Ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп

 

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии и может быть использовано для регистрации стадий накопления усталостных повреждений циклически нагружаемых деталей. Цель изобретения - повышение точности регистрации стадий накопления усталостных повреждений материала циклически нагружаемой детали за счет измерения не только знака, но и значения разности активных длительностей эхо-сигналов. Дефектоскопом осуществляется измерение и индикация абсолютного значения разности активных длительностей (Δ&Tgr;) эхо-сигналов. По значению измеряемой величины регистрируют четыре стадии накопления усталостных повреждений: инкубационную (при постоянном положительном значении величины Δ&Tgr;), стадию предразрушения (величина Δ&Tgr; растет от нуля до максимума в отрицательной области значений), стадию развития микротрещин (величина Δ&tgr; уменьшается от максимума до нуля в отрицательной области значений) и стадию развития макротрещины (величина Δ&Tgr; растет в положительной области значений). 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

И1)5 G 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4496635/25-28 (22) 02.10.88 (46) 23.08.90. Бюл, № 31 (72) Ю. Г. Васенев, А.И.Поляков, Е.В.Абаев и А.О.Каксис (53) 620.179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 953557, кл. G 01 N 29/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1165975, кл. G 01 N 29/04> !985. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ 3ХО-И1!ПУЛЬСН1!Й

ДЕФЕКТОСКОП (57) .Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии и может быть использовано для регистрации стадий накопления устапостных повреждений циклически нагружаемых деталей. Цель изобретения — повышение точности регистрации стадий накопления усталостных повреждений материала цикличесИзобретение относится к ультраэву ковой дефектоскопии и может быть использовано для регистрации стадий накопления усталостных повреждений циклически нагружаемых деталей.

Цель изобретения — повышение точности регистрацьы стадий накопления усталостных повреждений материала циклически нагружаемой детали за счет измерения не только знака, но и значения разности активных длительностей эхо-сигналов.

На фиг.1 представлена блок-схема ультразвукового эхо-импульсного дефектоскопа; на фиг.2 — эпюры напряжений, поясняющие принцип работы дефектоскопа.

„,Я0„„1587437 А 1

2 ки нагружаемой детали за счет измерения не только знака, но и значения разности активных длительностей эхо-сигналов. Дефектоскопом осуществляются измерение и индикация абсолютного значения разности активных дпительностей (йГ) эхо-сигналов.По значению измеряемой величины регистрируют четыре стадии накопления усталостных повреждений: инкубационную (при постоянном положительном значеи нии величины ЛI, ), стадию предразрушения (величина Д ь растет от нуля до максимума в отрицательной области значений), стадию развития микротрещин (величина Л уменьшается от максимума до нуля в отрицательной 9 области значений) и стадию развития микротрещины (величина 37 растет в положительной области значений). 2 ил.

Ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп содержит последователь- © но соединенные синхронизатор I,гене- 0© ратор 2 зондирующих импульсов, ультра- 4 звуковой совмещенный преобразователь 4

3, усилитель-детектор 4., временной ф© селектор 5:и нормализатор б,формирователь 7 селектирующих импульсов, выход которого подключен к второму входу временного селектора 5, последовательно соединенные датчик 8 уровня нагрузки, первый элемент 9 срав- . нения, первый мультивибратор 10,первый триггер 11, первый элемент 12 совпадения, первый счетчик 1З,второй элемент 14 сравнения, регистр 15 и индикатор L6, последовательно соеди1587437 ненные источник 17 опорного напряжения, третий элемент 18 сравнения и второй мультивибратор 19, выход которого подключен к второму входу первого триггера 1 1 и к первому входу синхронизатора 1, последовательно соединенные. генератор 20 счетных им" пульсов, второй элемент 21 совпадения и второй счетчик 22, выход которого подключен к второму входу второго элемента 14 сравнения, последова" тельно соединенные третий элемент 23 совпадения и одновибратор-24, выход которого соединеH с установочным 15 входом регистра 15, второй выход источника 17 опорного напряжения соединен с вторым входом первого элемента 9 сравнения, второй вход третьего элемента 18 сравнения подключен к выходу датчика 8 уровня нагрузки, выход нормализатора 6 подключен .к вторым входам первого и второго элементов

12 и 21 совпадения и к первому входу третьего элемента 23 совпадения,ВТорой вход которого соединен с вторым выходом триггера 11 и объединен с третьим входом второго элемента 21 совпадения, выход генератора 20 счетных импульсов подключен к третьему входу первого элемента 12 совпадения, выход первого мультивибратора 10 соединен с входами "Сброс" первого и второго счетчиков 13 и. 22 и с вторым входом синхронизатора I,подключенного вторым выходом к входу формирователя 7 селектирующих импульсов, последовательно соединенные второй регистр 25, сумматор 26,логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27, третий регистр 28, постоянное запоминающее устройство 29 и второй индикатор 30, последовательно соединенные тактовый генератор 31 и первую схему 32 сопряжения, выход которой подключен к второму входу второго индикатора 30, последовательно соединенные вторую схему 33 сопряжения и третий индикатор 34, четвертый регистр 35, выход которого подключен к второму входу сумматора 26, первый информационный вход четвертого регистра 35 соединен с выходом второго счетчика 22, а второй вход синхронизации четвертого регистра

35 — с выходом второго мультивибратора 10, первый информационный вход второго регистра 25 соединен с выходом первого счетчика 13, второй вход синхронизации — с выходом первого мультивибратора 10, второй вход элемента ИСКЛЮЧА10ЩЕE ИЛИ 27 соединен с выходом второго элемента 14 сравнения, второй вход синхронизации третьего регистра 28 подключен к выходу одновибратора 24, выход тактового генератора 31 подключен к второму входу постоянного запоминающего устройства 29, вход второй схемы

33 сопряжения подключен к второму выходу тактового генератора 31, а второй вход третьего индикатора

34 соединен с выходом постоянного запоминающего устройства 29.

На схеме (фиг.l) обозначена также консольно закрепленная испытуемая деталь 36, испытывающая циклические нагружения, Дефектоскоп работает следующим обрasом.

В процессе циклического нагружения изделия датчик 8 уровня нагрузки преобразует нагрузку в напряжение, представленное эпюрой 37 (фиг.2), ь которое поступает на элементы 9 и 18 сравнения. В моменты превыщения этим напряжением уровней Ц1 и 112, устанавливаемых источником 17 опорного напряжения и подаваемых соответственно на вторые входы первого 9 и третьего 18 элементов сравнения, запускаются мультивибраторы 10 и 19.

Синхроимпульсы на выходе мультивибратора 10 представлены эпюрой 38, а синхроимпульсы на выходе мультивибратора 19 — эпюрой 39 °

При каждом поступлении синхроимпульсов синхронизатор 1 запускает одновременно генератор 2 зондирующих импульсов и формирователь 7 селектирующих импульсов. Затем преобразователь 3 возбуждает в нагружаемой детали ультразвуковые колебания,принимает эхо-импульсы, которые после прохождения усилителя-детектора 4 поступают на вход временного селектора 5, с помощью которого выделяются сигналы, отраженные от края концентратора напряжений (от края проточки в образце, в зоне которой накапливаются усталостные повреждения). Эхосигналы на выходе временного селектора 5 представлены эпюрой 40. С помощью нормализатора 6 такие эхо-сигналы усиливаются и ограничиваются на фиксированном уровне Ug (эпюра 40).

С выхода нормализатора 6 усиленные и

1587437

50 ограниченные эхо-сигналы поступают на входы элементов 12, 2 и 23 совпадения, Импульсы на выходе нормализа тора 6 представлены эпюрой 41.Импуль— сы с первого выхода триггера 11,длительность которых соответствует времени нагружения детали в пределах цикла, представлены эпюрой 42, импульсы с второго выхода триггера

11 — эпюрой 43. Импульсы на выходе одновибратора 24 представлены эпюрой 44. Счетные импульсы с генератора 20 поступают на выход первого элемента 12 совпадения в интервалы времени совпадения импульсов с выхода нормалиэатора 6 (эпюра 41) с HM пульсами на первом выходе триггера . 11 (эпюра 42). Счетные импульсы на выходе второго элемента 21 совпадения появляются в интервалы времени совпадения импульсов на выходе нормализатора 6 (эпюра 41) с импульсами на втором выходе триггера 1! (эпюра 43). Сигналы на выходе первого элемента 12 совпадения представлены эпюрой 45, а на выходе второго эле— .мента 21 совпадения — эпюрой 46, С выходов счетчиков 13 и 22 информация в виде двоичного восьмиразряд— ного кода подается на вход второго элемента 14 сравнения для последующей индикации знака разности актив- . ных длительностей эхо-сигналов на первом индикаторе 16. Дополнительно с выходов счетчиков 13 и 22 указанная информация поступает на информационные входы второго регистра 25 и четвертого регистра 35 с целью последующего вычисления и индикации аб-. солютного значения разности активных длительностей эхо-сигналов (d7,,).

Индикация знака разности активных длительностей эхо-сигналов происходит следующим образом. Второй элемент

14 сравнения производит сравнение двух восьмиразрядных двоичных чисел, значения которых соответствуют активным длительностям двух эхо-сигналов, принимаемых в пределах цикла нагружения детали. При этом на его выходе формируется сигнал " " или " ",соответствующий знаку разности активных длительностей. С выхода элемента 14 двоичный код знака записывается в регистр 15 в момент прихода импульса с выхода одновибратора.24 (эпюра 44), Затем знак указанной разности фиксируется индикатором !6.

6

Вычисление и индикация абсолютного значения разности активных длительностей эхо-сигналов осуществляются следующим образом.В регистр 25 записывается информация о значении и

,; в момент прихода импульсов с мультивибратора 1О, а в регистр

35 — о значении, ;в момент прихода импульсов с мультивибратора 19 (эпюры 45 и 46). С выхода регистра

25 на вход сумматора 26 информация поступает в прямом коде, а с выхода регистра 35 на второй вход сумматора 26 — в обратном коде. В результате в сумматоре 26 происходит вычисление разности активных длительностей двух эхо-сигналов, которая в виде прямого или обратного двоичного кода поступает на вход логического элемента 27, управляемого сигналом с выхода элемента 14 сравнения. На выходе логического элемента 27 формируется двоичный код абсолютного значения величины дГ

Указанная информация записывается в регистр 28 в момент прихода импульса с выхода одновибратора 24 (эпюра

44) и регистрируется с помощью схемы, состоящей из элементов постоянного запоминающего устройства 29, двух семисегментных индикаторов 30 и 34, тактового генератора 31, двух схем 32 и 33 сопряжения. В устройстве 29 записана программа перевода двоичного кода числа в семисегментный код.

Индикация абсолютного значения величины d i осуществляется следующим образом. Двоичный код числа, поступающий с выхода регистра 28 на вход постоянного запоминающего устройства 29, а также импульсы с выхода тактового генератора 31 формируют адрес ячейки памяти. Причем при поступлении с выхода тактового генератора 31 импульса логического "0" формируется адрес ячейки памяти семисегментного индикатора 30, а при поступлении импульса логической "1"— адрес ячейки памяти индикатора 34.

Схемы 32 и 33 сопряжения в зависимости от состояния выходов тактового генератора 31 коммутируют катоды соответствующих индикаторов 30 и 34. В результате на индикаторах 30 и 34 регистрируется абсолютное значение величины д в пределах каждого цикл ла нагружения детали.

1587437

На первой стадии (инкубационной) в материале детали практически отсутствуют структурные повреждения, соответственно, значение величины

Д ; постоянно и имеет положительный знак (фиг.2,а) ., При исчерпании металлом в локальной деформированной зоне своих пластических возможностей и образования в ней ряда разрозненных микронесплошностей (линий сдвига, пересекающих границы зерен поликристаллического материала) величина Д,, становится равной нулю (фиг.2,б), а затем отрицательной (фиг, 2,в) . При этом индикатор 16 сигнализирует об изменении знака величины с положительного на отрицательный, что соответствует началу второй стадии — стадии предразрушения материала.

По мере увеличения плотности раэрознениых микронесплошностей и глубины их распространения в материале начинает увеличиваться абсолютное 25 значение величины d с ., что регистрируется индикаторами 30 и 34,При этом знак измеряемой величины отрицательный, что регистрирует индикатор

16, Наработка изделия; в пределах которой величина Д, растет от нуля до максимума в отрицательной области значений, соответствует второй стадии.

Максимальное отрицательное значе1 ние величины Л ;, регистрируемое индикаторами 16,30 и 34, соответствует образованию в пластически деформированной зоне металла ряда разрозненных микротрещин. 40

Дальнейшая наработка приводит к росту степени структурных изменений, сопровождающемуся ростом размеров и числа микротрещин. На этой (третьей) стадии отрицательное значение вели- 45 и чины 1 уменьшается от максимального значения до нуля, что регистрируется индикаторами 30 и 34.

На последующей (четвертой) стадии происходит слияние микротрещин в

50 макротрещину. При этом индикаторы

16,30 и 34 регистрируют рост. положительного значения величины Д i .

Таким образом, предложенный дефектоскоп позволяет выделить четыре стадии накопления усталостных повреждений материала. Если величина и, положительная и не изменяется с увеличением количества циклов (N) нагружения детали, то это соответствует стадии I (инкубационной); если знак г ) величины,Л i отрицательный, а ее абсолютное значение увеличивается с ростом числа N3 — то стадии II (стадии предраэрушения материала); если знак величины d8 отрицательный, а ее абсолютное значение уменьшается с увеличением числа циклов нагружения исследуемой детали, — то стадии III (стадии развития микротрещин); если знак величины Д с положительный, а ее абсолютное значение увеличивается с. ростом числа

N, — то стадии TV (стадии развития макротрещины).

Предложенный дефектоскоп по сравнению с известным позволяет повысить точность регистрации различных стадий накопления усталостных повреждений материала, расширены его функциональные возможности, В предлагаемом дефектоскопе дополнительно предусмотрена схема (элементы 25-35) вычисления и индикации абсолютного значения разности активных длительностей эхосигналов, измеряемой в пределах каждого цикла нагружения исследуемой детали, Это позволяет с высокой точностью регистрировать четыре стадии накопления усталостных повреждений материала в соответствии с указанной методикой. В то же время с использованием известного дефектоскопа нельзя отличить стадию II от стадии III ïîñкольку он регистрирует только знак величины Д, который в пределах укаэанных стадий отрицательный. Известный дефектоскоп не позволяет отличить стадию I от стадии IV в пределах которых величина d имеет положительный знак, а отличительным признаком укаэанных стадий является лишь закон изменения абсолютного значения величины 8< в функции от числа циклов нагружения детали. Следовательно, предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность регистрации различных стадий и обладает более широкими функциональными воэможностями.

Формула изобретения

Ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные синхронизатор,генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь, 1587437

IO усилитель-детектор, временной селектор и нормализатор, формирователь селектирующих импульсов, выход которого подключен к второму входу временного селектора, последовательно соединенные датчик уровня нагрузки, первый элемент сравнения, первый мультивибратор, первый триггер, первый элемент совпадения, первый счетчик, второй элемент сравнения, регистр и индикатор, последовательно соединенные источник опорного напряжения,третий элемент сравнения и второй мультивибратор, выход которого подключен к второму входу первого триггера и к первому входу синхронизатора, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, второй элемент совпадения и второй счетчик, выход которого подключен к втОрому входу

1 второго элемента сравнения, последовательно соединенные третий элемент совпадения и одновибратор, выход которого соединен с установочным входом регистра, второй выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом первого элемента сравнения, второй вход третьего элемента сравнения подключен к выходу датчика уровня нагрузки, выход нормализатора подключен к вторым входам первого и второго элементов совпадения и к первому входу третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен с вторым выходом триггера и объединен с третьим входом второго элемента совпадения, выход генератора счетных импульсов подключен к третьему входу первого элемента совпадения, выход первого мультивибратора соединен с входами "Сброс" первого и второго счетчиков и с вторым входом синхронизатора, подключенного вторым выходом к входу формирователя селектирующих импульсов, о т л и5 чающий с я тем, что сцелью

В У повыщения точности регистрации стадий накопления усталостных повреждений материала циклически нагружаемой детали, он снабжен последовательно соединенными вторым регистром,сумматором, логическим элементом ИСК ПО"

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третьим регистром, посто- . янным запоминающим устройством и вторым индикатором, последовательно соединенными т BKToBblM ГенераторОм и пер вой схемой сопряжения, выход которой подключен к второму входу второго индикатора, последовательно соединенными второй схемой сопряжения и третьим индикатором, четвертым регистром, выход которого подключен к второму входу сумматора, первый информационный вход четвертого регистра соединен с выходом второго счетчика, а второй вход синхронизации четвертого регистра — с выходом второго мультивибратора, первый информационный вход вто.рого регистра соединен с выходом первого счетчика, второй вход синхронизации — с выходом первого мультивибратора, второй вход элемента ИСКЛЮЧАВШЕЕ ИЛИ соединен с выходом второго элемента сравнения, второй вход синхронизации третьего регистра под35 ключен к выходу одновибратора, выход тактового генератора подключен к второму входу постоянного запоминающего устройства, вход второй схемы сопряжения подключен к второму выходу

4p TGKToBoro генератОра a BTopoA ВхОд третьего индикатора соединен с выходом постоянного запоминающего устройства.

1587437

Фиг,!

t

1

4т

Ггк и а

Фиг.2

Редактор О. Юрков ецкая

Подписное

Тираж 506

Закаэ 2417

ННИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул. Гагарина, 101

Л7

v<

М

33

ljtP

Ь

И

92

03

Щ

Составитель Г. Макснмочкин

Техред М.Дидык Корректор M.Пожо