Способ измерения толщины слоев двухслойного изделия

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения толщины каждого слоя двухслойного изделия. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения. Цель достигается тем, что измерения проводят при двух различных температурах ti и ta, дополнительно измеряют температуру изделия, скорости распространения ультразвуковых колебаний в первом и втором слоях изделия и рассчитывают толщину каждого слоя по формулам.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (1 I ) (я)5 6 01 В 17/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСliOMY СВИДЕТЕГ1ЬСТВУ

"4

"4 ,ЬЗ ф,) фь! (, (21) 4887362/28 (22) 31.08,90 (46) 30.10,92. Бюл. N 40 (71) Ремонтно-строительное управление Управления Приволжскими магистральными нефтепроводами и Научно-технический центр научно-технического творчества молодежи "Магистраль" (72) Г.(D.Меледин, А,П.Алексеев, В.В.Бобров, Н.А.Бухарев, Л.И.Егунов и В.А,Химикус (56) Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. / под ред. Г.С.Самойловича, M.: Машиностроение, 1976, с.332.

Авторское свидетельство СССР

¹ 974253, кл. G 01 В 17/02, 1982. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

СЛОЕВ ДВУХСЛОЙНОГО ИЗДЕЛИЯ

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения толщины каждого слоя двухслойного изделия.

Известен способ определения толщины слоя двухслойного иделия, основанный на измерении времени прохождения ультразвука, вводимого под углом к границе раздела. Его недостатком является существенная погрешность измерений, вызванная нескомпенсированным влиянием температуры объекта контроля на результат измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому. решению является способ определения толщины слоя двухслойного изделия, заключающийся в том, что прозвучивают изделие в направлении, перпендикулярном границе раздела слоев, и rto времени распространения ультразвука судят о толщине слоя. Данный способ пре(57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения толщины каждого слоя двухслойного изделия. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения. Цель достигается тем, что измерения проводят при двух различных температурах tq и t2, дополнительно измеряют температуру изделия, скорости распространения ультразвуковых колебаний в первом и втором слоях изделия и рассчитывают толщину каждого слоя по формулам, дусматривает вспомогательные измерения общей толщины изделия не ультразвуковым методом (например, с помощью штангенциркуля). Вычисление толщины слоя производится по формуле h = С1 (Н2 — Н >)/(С) — С2), где h толщина измеряемого слоя; С вЂ” скорость ультразвука в материале измеряемого слоя; С2 — скорость ультразвука в материале второго слоя; Н1 — общая толщина изделия, . определенная по времени распространения ультразвука: Н2 — толщина изделия, измеренная не ультразвуковым методом (штангенциркулем).

Для реализации способа необходимо, чтобы были известны скорости С1, С2 распространения ультразвуковых колебаний в . каждом слое, Необходимо измерить время прохождения УЗК через все изделие, Это время связано с толщинами слоев соотноЬ1 h2 шением т= — -+ —.

С С2

1772624

При реализации способа делается предположение, что скорости распространения

УЗ К в каждом слое одинаковы, т.е. С1 = С2.

На основании предыдущих соотношений получается равенство 5

Н1= т C1=(C2h1+ С1й2)/С1, в которое подставляется толщина изделия

Н2, измеренная штангенциркулем. Из этого соотношения получается выражс il.:.а,,ук;.:.занное в формуле изобретения про1.М,Йа:- = :10

Недостатками рассмотренного способа являются: необходимость использования двух методов измерений, основанных на различных физических йринципах (ультразвуковом и не ультразвуковом), существен- 15 ная погрешность, обусловленная влиянием температуры на скорости УЗК, существенные методические погрешности, вызванные тем фактам, что в расчетной формуле в знаменателе стоит разность двух близких друг 20 к.другу величин (скорости УЗК в первом и втором слое). Погрешность косвенных измерений для таких случаев резко возрастает при стремлении знаменателя к нулю.

Целью изобретения является повыше- 25 ние точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения толщины слоев двухслойного изделия, заключающегося в том, что прозвучивают изделие в направлении, 30 перпендикулярном границе раздела слоев, и по времени распространения ультразвуковых колебаний судят о толщине, дополнительно измеряют температуру изделия, скорости распространения ультразвуковых 35 колебаний в первом и втором слоях изделия, время .:(ро -л.дения ультразвуковых колебаний через изделие в направлении, перпендикулярном границе раздела слоев, затем нагревают изделие и повторно изме- 40 ряют температуру изделия, скорости распространения ультразвуковых колебаний в первом и втором слоях изделия, время прохождения ультразвуковых колебаний через изделие в направлении, препендикулярном 45 границе раздела слоев, и рассчитывают толщину каждого слоя по формулам

h,..(со,(с с д,(t;told (tz-ы(-с,c4d, Иг Rcldz" 50 (а;2о(-с,м,(;2о1(с1с сс,(t;aоl6,-с,c,tt,(t,-2о(Я/(Ам,(4-ооД

h,==(с,с ода,(t,-оо1-с<сосдсс,(t -2о))/А, гдЕ А - С2СЗ (22(t2 — 20) а1(т1 — 20) — Сто а1 (t2 — 20) а2 (t1 — 20); t1 — исходная температура изделия; С1, C2 — скорости рэспростt1—

С1 при температуре t2

С2 т2 С + С, На основании этих двух выражений можно получить ситему уравнений, из которой легко выразить hl и h2.

Для измерения температуры изделий могут быть использованы различные методы и средства. Например, механические термометры, принцип действия которых основан на тепловом расширении тел, жидкостные термометры, в которых происходит расширение жидкости, заключенной в резервуар. Недостатком механических термометров является невозможность передачи информации на большие расстояния, например, для ее введения в оперативную память ЭВМ. Более предпочтительными ранения ультразвуковых колебаний соответственно в первом и втором слоях при температуре 11; а1, а — температурные коэффициенты линейного расширения материалов первого и второго слоев сооТВ8ТсТВ8ННо; t2 — температура нагретого изделия; Сз, С4- скорости распространения ультразвуковых колебаний соответственно в первом и втором слоях при температуре 12;

r1 t2 — время прохождения ультразвуковых колебаний через изделие при температурах t1 и t2 соответственно.

Способ осуществляется следующим образом..

Вначале измеряют исходную температуру изделия tl. Затем измеряют скорость распрострэ((ения ультразвуковых колебаний в первом слое С1 и во втором слое С2 при исходной температуре. Далее с помощью ультразвуковой аппаратуры измеряют время прохождения ультразвуковых колебаний через два слоя изделия в направлении, перпендикулярном границе раздела слоев, и фиксируют это время г1. После этого нагревают изделие до температуры t2 и повторно измеряют скорости распространения ультразвуковых колебаний в первом

Сз и втором Сл слоях изделия, а также время прохождения т2 ультразвуковых колебаний через изделие в направлении, г(ерпендикулярном границе раздела слоев. Расчет толщины каждого слоя производится в соответствии с приведенной формулой.

Формула получена на основании следуюших соображений.

Время прохождения ультразвуковых колебаний зависит от толщины слоев и скорости распространения ультразвуковых колебаний в слоях при температуре t1

1772624 являются измерения с помощью электрических контактн ых термометров (термосоп ротивлений, термопар). Для автоматизации процесса измерения температуры наиболее целесообразно использовать бесконтактные оптические параметры. Подробное описание подобных устройств и их технические характеристики приведены в технической литературе;

При косвенном измерении толщины каждого слоя необходимо определить скорости распространения ультразвуковых колебаний в каждом слое. Известно большое количество методов, позволяющих выполнить такие измерения, Наибольшее распространение получили метод поверхностного прозвучивания с раздельными и метод поверхностного. проэвучивания с раздельносовмещенными преобразователями, Для измерения скорости ультразвуковых колебаний отдельно в каждом слое можно испольэовать большое число типов как, отечественной, так и зарубежной аппаратуры. Например, скорость может быть измерена с помощью толщиномера УТ вЂ” 56 Б.

Для измерения времени прохождения ультразвуковых колебаний через изделие в направлении, перпендикулярном границе раздела слоев, также может быть использована широкая номенклатура приборов.

Удобно производить подобные измерения, например, с помощью ультразвукового дефектоскопа УД 2-12.

Измерение скорости ультразвука происходит при существенных перепадах температуры (700...800 С). Известно, что температурный коэффициент скорости ультразвука для стали составляет — 1 м/с град.

Таким образом, изменение температуры окружающей среды в укаэанном диапазоне приводит к изменению скорости ультразвуковых колебаний примерно на 10 Д. Эта величина является достаточной для того, чтобы зафиксировать надежно вариацию скорости иэ-эа нагрева изделия.

Одновременно с изменением скорости

УЗК происходит линейное расширение изделия. Это явление в расчетной формуле учитывают коэффициенты Qt и аг .

Очевидно, что для реализации описанного способа следует использовать устройство, в котором происходит автоматическое измерение температуры изделия, скорости распространения УЗК в каждом из слоев, времени прохождения УЗК через изделие.

Вычисление толщины каждого слоя должно, производиться с помощью ЭВМ, запрограммированной в соответствии с расчетной формулой. Для работы такого устройства

5 оператору потребуется ввести в ЭВМ значение температурных коэффициентов линейного расширения материалов для первого и второго слоев.

10 Формула изобретения

Способ измерения толщины слоев двухслойного изделия, заключающийся в том, что проэвучивают изделие в направлении, перпейдикулярном границе раздела слоев, 15 и по времени распространения ультразвуковых колебаний рассчитывают толщину слоев, отличающийся тем, что, с целью по вы ш ения точности, измеря ю г температуру иэделия, скорости распространения уль20 тразвука в первом и втором слоях изделия, нагревают изделие и повторно измеряют. температуру изделия, скорости распространения ультразвуковых колебаний в первом и втором слоях изделия, время прохожде25 ния ультразвуковых колебаний через изделие в направлении, перпендикулярном границе раздела слоев, и рассчитываюттолщину каждого слоя по формулам з0 h,:Ic«Ic,c,d,(Е,-2««jd (t;-201-c«c,d,(d.,-«оИ, «(t,-ЙОД-с,«««(1;2cikc>c«c («-20(«.а

-С,C,CC« -ncl««dI/(Д«C(<«-ЙОД зБ h«-(c«с с+Щ(,-ao) c«chic«(««L«(+z-20ôä« где А = СгСэ аг(тг — 20) at(tt — 20) — C

40 t> — исходная температура изделия;

С, Сг — скорости распространения ультразвуковых колебаний соответственно в первом и втором слоях при температуре т ; а, аг — температурные коэффициенты

45 линейного расширения материалов первого и второго слоев соответственно; тг — температура нагретого изделия;

Сз, С4 — скорости распространения ультразвуковых колебаний соответственно в

50 первом и втором слоях при температуре t2, A тг — время прохождения ультразвуковых колебаний через иэделие при температурах t< и t2 соответственно.