Способ определения глубины залегания дефекта при ультразвуковом теневом контроле изделий

 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является расширение области применения при контроле дефектов известных типов благодаря определению глубины залегания дефекта известного типа по координатам интерференционных максимумов и минимумов теневого поля любой конфигурации, образованного за дефектом. С одной стороны изделия излучают квазинепрерывные ультразвуковые (УЗ) колебания. С другой стороны изделия принимают прошедшие через него УЗ колебания, например, в ходе сканирования приемным преобразователем поверхности приема. Фиксируют амплитуду принятых колебаний и ее распределение на поверхности приема. Измеряют координаты интерференционных максимумов и минимумов амплитуд и с их помощью определяют расстояние от дефекта до поверхности приема, приравнивания нулю вторую производную результирующего поля первичной и рассеянной дефектом известного типа УЗ волны. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (л)5 G 01 N 29/08

tgj„ „ й, .. ".

«,««« -.« -«г t,ð- т«: рг, 1«,-I« «« q «г «

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4645299/28 (22) 07.12.88 (46) 07.07.91. Бюл. N 25 (72) Ю,В.Словинский (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 794495, кл. G 01 N 29/04, 1979.

Автдрское свидетельство СССР

N 1430877, кл. 6 01 М 29/04, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ

ЗАЛЕГАНИЯ ДЕФЕКТА ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ ТЕНЕВОМ КОНТРОЛЕ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является расширение области применения при контроле дефектов известных типов благодаря определению глубины залегания дефекта известного типа по коорИзобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и мо-. жет быть использовано при ультразвуковом (УЗ) теневом контроле изделий.

Цель изобретения — расширение области применения при контроле дефектов известных типов, в частности, при контроле дефектов, продольные размеры которых много больше их поперечных размеров.

На фиг.1.представлены диаграммы направленности рассеянных бесконечным цилиндром диаметром б в жидкости волн по амплитуде Ф (О ) и Ф (Н ) и начальной фазе = Cb(0 ) и Cb (Н ), индекс 0 в скобках соответствует акустически-мягкому цилиндру с граничным условием Дирихле на его поверхности, а индекс Н вЂ” акустически-жесткому цилиндру страничным условием Неймана на его поверхности:. Ж,, 1661640 А1 динатам интерференционных максимумов и минимумов теневого поля любой конфигурации, образованного за дефектом. С одной стороны изделия излучают квазинепрерывные ультразвуковые (УЗ) колебания, С другой стороны изделия принимают прошедшие через него УЗ колебания, например, в ходе сканирования приемным ,преобразователем поверхности приема.

Фиксируют амплитуду. принятых колебаний и ее распределение на поверхности приема.

Измеряют координаты интерференционных максимумов и минимумов амплитуд и с их помощью определяют расстояние от дефекта до поверхности приема, приравнивая нулю вторую производную результирующего поля первичной и рассеянной дефектом иэвестного типа УЗ-волны. 1 з.п, ф-лы, 1 табл., 3 ил. а) kd - 0,05; б) kd = 0,4; в) kd = 2,0; (k— волновое число); на фиг.2 — расположение 0 дефекта D типа бесконечного цилиндра от- 0 носительно йлоскости приема М; на фиг.3— распределения приведенного давления Р за Ос дефектом 0 диаметром d в плоскости при- ф, ема, параллельной фронту излучаемой пло- Q ской волны, для колебаний с длиной волны

i4 = 20 л d- позиция 1, для колебаний с дли-,3 ной волныА =5 ad — позиция 2,для колебаний с длиной волны i4 =0,4жб— позиция 3.

Способ определения глубины залегания дефекта при УЗ теневом контроле изделий

° заключается в следующем.

С одной стороны иэделия излучают УЗколебания, а с другой — принимают прошедшие через него колебания. Так, при контроле дефектов, продольные размеры !

1661640 которых много больше их поперечных размеров d, излучают плоскую волну длиной Л, много меньшей продольных размеров дефекта, и принимают УЗ-колебания в параллельной фронту излучаемой волны плоскости, отстоящей от дефекта на расстоянии, много большем поперечных размеров дефекта. Фиксируют амплитуду принятых колебаний и измеряют координаты интереренционных максимумов и минимумов мплитуд, в частности первого минимума

Хмин и первого максимума Х макс. Расстояние r от дефекта до поверхности приема

Определяют из выражения

F =О, F = fo+Фрf1(г)COS(Фат2(г) — тз); (") где т0 — зависимость давления излучаемых колебаний от координат точки приема

В системе координат, начало которой совмещено с центром дефекта;

Фр Фа — диаграммы направленности рассеянных дефектом известного типа колебаний по амплитуде и начальной фазе соОтветственно; т1(г),12(г) — зависимость амплитуды и фазы рассеянных колебаний от расстояния r от дефекта до поверхности приема, fa — зависимость фазы излучаемых колебаний от координат точки приема в системе координат, начало которой совмещено. с центром дефекта, При использовании плоской волны с Л4

I и приеме УЗ -колебаний в параллельной ее фронту плоскости с условием r >)d для дефектов с I Фб расстояние r определяется по полученной из формулы (1) зависимости г = Л ((— -"- ) — (— " У"- )2 — — — 0,75 ), (p) где.il — длина волны УЗ-колебаний в материале иэделия; а — отклонение начального сдвига фаз рассеянных дефектом УЗ-колебаний от величины -л, Способ определения глубины залегания дефекта при УЗ теневом контроле изделий осуществляется следующим образом.

При контроле; например, плоскопарал-. лельного изделия с дефектами, продольные и поперечные размеры I u d соответственно которых удовлетворяют условию I »d, излучают с одной стороны иэделия плоскую волну; фронт . которой параллелен гговерхностям изделия, Частоту излучаемых

У3-волн выбирают удовлетворяющей условию Л((I. Прием прошедших через изделие

УЗ-колебаний производят в ходе сканирования приемного преобразователя по плоскости M изделия при выполнении условия значительного превышения минимально возможного расстояния между дефектом D и приемным преобразователем величины d.

5 Для таких условий выполняются следующие равенства = 1; (3) гд = ф Д . (4)

r = ra сов грд, (5)

10 где гд — радиус вектора от центра дефекта до точки А приема на плоскости М сканирования;

Хд — расстояние от точки А приема по плоскости M до центра "теневой" зоны за

15 дефектом; рд — угол между радиусом-вектором гд и волновым вектором к излучаемых волн, Излучение осуществляют в непрерывНоМ или квазинепрерывном режиме таким образом, чтобы длительность зондирующегс импульса была достаточна для его интерференции с рассеянным дефектом излучения, Поскольку диаграммы Фь иФа направленности рассеянной дефектом вол2 ны по амплитуде и начальной фазе в пределах углов формирования первых максимумов и минимумов, т.е, +(30 — 40), 0 близки к круговым (фиг,1), то выполняются следующие равенства

Фа =+.к+а, (6) (7)

Ф7 2 тз = + л + a — k гд (1 — cos pA ), (8) где а - отклонение начального сдвига фаэ рассеянных дефектом волн от величины

+ 7г, 1с = 2 л/Л ..

Подставив (3) — (8) в () получают, что

40 условие образования максимумов и минимумов сводится к условию получения максимума или минимума выражения

cos ((+ л + а ) — k г (1 — cos p } ),(9)

Расстояние r" "ин от центра дефекта до.

45- точек образования минимумов номера n определяется из формулы (>} а грин =г+Л +nЛ., (10)

2 где n = 0,1,2....

50 Расстояние г вахе от центра дефекта ,m) ро точек образования максимумов номера m определяется из формулы (m) а гцакс =Г+Л вЂ” ™+ (2 m 1 ), 2л 2

55 где m =1,2,3„,.

В ходе сканирования приемным преобразователем измеряют амплитуду принятых колебаний и фиксируют их распределение в плоскости М приема, Определяют центр те1661640 невой зоны за дефектом и смещения Хмак и

Хмин относительно него первых максимумов и минимумов интерференционной картины.

По полученной на основании выражений (9) — (11) формуле (2) определяют местоположение дефекта по сечению изделия. Для дефекта в виде бесконечного цилиндра, расположенного на расстоянии r, при использовании колебаний с длиной волны il получают результаты, приведенные s таблице.

По приведенному раэбросу значений r по формуле (2) учитывается неопределенность параметра а с учетом того, что для реальных дефектов в пределах углов +(30—

40) kg < + л/4 . Для наиболее характерных дефектов диаграммы направленности Ф, а следовательно и а, определяются расчетным или экспериментальным путем и расчеты значений r производятся с большей

ТОЧНОСТЬЮ.

Расширение области применения предлагаемого способа обусловлено возможностью oI;ðåäåëåíèÿ глубины залегания не только круглых дисковых дефектов диаметром больше длины волны, теневая картина. которых имеет четкое пятно Пуассона, но и других типов дефектов, у которых максимум в теневой зоне размыт или отсутствует.

Формула изобретения

1. Способ определения глубины залегания дефекта при ультразвуковом теневом контроле изделий, заключающийся в том, что излучают с одной стороны изделия ультразвуковые колебания, принимают с другой стороны прошедшие через изделие колебания, фиксируют амплитуду принятых колебаний, измеряют геометрические параметры поля зафиксированных амплитуд в поверхности приема ультразвуковых колебаний и с их помощью определяют расстояние от дефекта до плоскости приема. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения при контроле дефектов известных типов, в качестве измеряемых геометрических параметров используют координаты интерференционных максимумов и минимумов амплитуд, а расстояние r от дефекта до поверхности приема определяют из выражения F = О, II

F = f0 + % f (г j cos (4tx г (r ) — з ); (1)

5 гдето — зависимость давления излучаемых колебаний от координат точки приема в системе координат, начало которой совмещено с центром дефекта;

Ф Фу — диаграммы направленности рассеянных дефектом известного типа колебаний по амплитуде и начальной фазе соответственноо;

f<(r),fz(r) — зависимость амплитуды и фазы рассеянных. колебаний от расстояния г от

"5 дефекта до поверхности приема.

F — распределение давления результирующей волны вдоль плоскости приема;

1э — зависимость фазы излучаемых колебаний от координат точки приема в системе координат, начало которой совмещено с центром дефекта;

F — вторая производная функции расII пределения, 2. Способ по и 1, отличающийся

25 тем, что, с целью расширения области применения при контроле дефектов, продольные размеры которых много больше их поперечных размеров, в качестве излучаемых колебаний используют плоскую волну

З0 длиной, много меньшей продольных размеров дефекта, прием колебаний осуществляют в плоскости, параллельной фронту . излучаемой волны и отстоящей от дефекта на расстоянии, много большем поперечных размеров дефекта, а в качестве измеряемых геометрических параметров используют координаты первого минимума и максимума

Хмин и Хмакс, а расстояние Х от дефекта до плоскости приема определяют иэ выраже40 1

Х = 1 ((—; — ) — (—, — ) — — — 0,75 ) . гдето — длина волны ультразвуковых колебаний в материале иэделия; а - отклонение начального сдвига фаз. рассеянных дефектом колебаний от величины +л.

1661640

1661640

Составитель В.Гондоровский

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Яцола

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2119 Тираж 393 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5