Образец для ультразвукового контроля

 

Изобретение относится к дефектоскопии изделий и конструкционных элементов ответственного назначения, в том числе для подтверждения надежности. Задачей изобретения является создание образца с искусственным дефектом, изготовляемого на широкораспространенных металлорежущих станках, проверяемого с помощью простых измерительных средств (штангенциркуль, угломер). Образец по характеру отражения ультразвука моделирует естественные дефекты плоскостного типа, имеет размерные параметры компактного дефекта (ограниченного в пространстве по отношению к пучку ультразвуковых лучей), технологичен в изготовлении. Образец представляет собой твердое (например, металлическое) тело, имеющее хотя бы одну плоскую или цилиндрическую грань, в котором на другой грани выполнены два паза, причем осевая линия дна первого из них перпендикулярна или параллельна одной из поверхностей образца, а второй паз пересекает первый, при этом глубина второго паза больше глубины первого паза. 5 ил.

Изобретение предназначается для использования в машиностроении, металлургии, энергетике, на транспорте и в других отраслях народного хозяйства в процессе выполнения работ по дефектоскопии материалов, деталей, узлов, сварных соединений и других конструкционных элементов оборудования ответственного назначения, в том числе для подтверждения его качества и надежности.

Известен способ дефектоскопии с настройкой прибора по искусственному дефекту угловому отражателю [I, чертеж 7] в виде углубления на поверхности с размерами плоского участка a x h (произведение ширины на глубину). Такой отражатель изготовляют путем внедрения в стенку металлического (стального) образца инструмента типа "зубило", например с помощью ударов молотка по хвостовику зубила (получается "зарубка") [2] Этот образец является прототипом. Геометрически отражатель-прототип можно рассматривать как двугранный отражатель, состоящий из отражающей полуплоскости (одна грань) и примыкающего к ней под прямым углом плоского компактного прямоугольника со сторонами a x h (вторая грань).

Указанный отражатель нетехнологичен, труден для достоверных измерений размеров и формы (нужны специальные уникальные приборы), плохо воспроизводим, кроме того, при изготовлении возможно образование внутренних трещин вследствие выдавливания металла изнутри на поверхность при внедрении в нее зубила. Вследствие этого результаты дефектоскопии и определения размера дефектов в сравнении с таким образцом (прототип) недостоверны.

Плоскодонный отражатель в виде торца сверления [1] также нетехнологичен, так как нет серийного инструмента для его изготовления. Кроме того, он как и сегментный отражатель должен быть строго ориентирован по отношению к направлению акустической оси ультразвукового преобразователя, иначе нарушается достоверность результатов ультразвукового контроля. Боковой цилиндрический отражатель не дает непосредственного представления о размерах опасных плоскостных дефектов (трещины, несплавления по кромке сварных соединений и т.п.), так как имеет округлую форму, характеризующуюся иным законом (силой) отражения, чем плоскостные дефекты.

Задачей изобретения является создание образца, эквивалентного по назначению образцу с двугранным отражателем типа "зарубка", но без перечисленных недостатков прототипа, что решается специальной конструкцией, учитывающей типовые возможности обычных производственных процессов на основе серийных широкораспространенных металлорежущих станков.

Предлагаемый искусственный дефект (образец) по характеру отражения ультразвука моделирует естественные дефекты плоскостного типа, имеет размерные параметры компактного дефекта (ограниченного в пространстве по отношению к пучку ультразвуковых лучей), технологичен в изготовлении, метрологически обеспечивается обычным широкораспространенным в технике измерительным инструментом (штангенциркуль, угломер), легко повторяем на обычных металлорежущих станках (фрезеровальные и токарные работы), причем трещины в образце при изготовлении его не возникают).

Задача решается тем, что образец для ультразвукового контроля представляет собой твердое (например, металлическое) тело, имеющее хотя бы одну плоскую или цилиндрическую грань (поверхность), в котором на другой грани выполнены два паза, причем осевая линия дна первого из них перпендикулярна или параллельна одной из поверхностей образца, а второй паз пересекает первый, при этом глубина второго паза больше глубины первого паза.

Сущность изобретения заключается в том, что в образце на одной поверхности (грани) выполнены два паза, например прямоугольного профиля, причем осевая линия (ось симметрии) дна первого из них перпендикулярна или параллельна поверхности образца, а второй паз пересекает первый, при этом глубина второго больше глубины первого паза.

На фиг.1 показан вариант образца с плоской рабочей контактной поверхностью, предназначенный для настройки чувствительности дефектоскопа по амплитуде эхо-сигнала при дефектоскопии изделий с плоской поверхностью для ввода ультразвука.

На фиг.1 позициями обозначены: образец 1 с плоской гранью (поверхностью 2), пазом 3, вдоль донной поверхности 4 которого проходит ось 5, пазом 6 с боковой поверхностью 7. Оба паза выполнены на одной и той же поверхности 8. Образующие донных поверхностей этих пазов параллельны поверхности 8. В варианте на фиг.1 они также параллельны грани 9, что удобно для изготовления на станках (базовая плоскость). Позицией 10 обозначен ультразвуковой преобразователь (установлен на поверхности 2) с акустической осью 11, при этом ультразвук вводится в образец под углом α, центральный луч ультразвука распространяется в образце 1 по акустической оси 11, как показывает стрелка, идущая наискось-вниз до преобразователя 10. Точечные линии ограничивают на чертеже область параллельных оси 11 лучей, которые попадают на поверхность 7 паза 6 и поверхность 4 паза 3, зеркально отражаясь от обозначенных поверхностей (при этом β= 180-2 α, согласно закону зеркального отражения). Преобразователь 10 может быть установлен и на другой грани, например грани 9, образца 1.

Лучи, которые выходят из преобразователя 10 справа от оси 11, попадают прямо на поверхность 7, отражаются от нее и далее так же отражаются от поверхности 4 и идут параллельно оси 11, попадают на преобразователь 10, присоединенный к эхо-импульсному дефектоскопу, например УД2-12. Аналогично, но в противоположном направлении идут лучи, которые выходят из преобразователя 10 левее его оси 11. Эти лучи формируют на экране дефектоскопа (не показан) эхо-сигнал, амплитуда которого характеризует размер отражающей площади поверхностей отражателя [2] Последний образован двумя взаимно перпендикулярными в данном случае поверхностями 4 и 7, имеющими общее ребро (точка А на фиг.1). Возможно иное взаимное расположение этих поверхностей.

Указанная отражающая площадь граней такого двугранного отражателя (называемого в оптике катафотом) лимитируется в направлении горизонтальной оси чертежа на фиг.1 шириной b, в перпендикулярном направлении к плоскости чертежа шириной а паза 3, в вертикальном направлении на чертеже величиной h b˙ctgα, Суммарная отражающая площадь S этих двух граней равна S ab+ah a(b+h) ab(1+ctgα) и выражается произведением двух величин, одна из которых имеет размерность площади (и равна a ˙b), а другая безразмерная и не зависит от параметров образца. Поэтому постоянная для данного образца величина площади a˙ b, удобна для хранения, воспроизведения и передачи такой физической величины как амплитуда сигнала для преобразователя с заданным углом ввода ультразвука.

На фиг.2 и 3 показаны варианты конструкции образца с цилиндрической внешней поверхностью (труба, сплошной цилиндр). На этих фигурах использованы те же обозначения, что и на фиг.1, причем преобразователь на поверхности 2 фиг. 2 не показан.

На фиг.2 показан образец с ограниченным двугранным отражателем, относящимся к внутренней поверхности 7 трубы, а на фиг.3 к внешней. Для удобства изготовления на станке дно (или осевая его линия) одного из пазов должно быть перпендикулярно или параллельно одной из поверхностей (граней) образца. Такая грань, являясь базовой, удобна для метрологического обеспечения измерений образца, а также для установки преобразователя и ориентирования его акустической оси по отношению к отражающим пазам.

На фиг.4 показано в изометрии взаимное расположение отражающих поверхностей пазов предложенного образца, причем 1 показывает в крупном масштабе поверхность 4 (фиг. 1), 2 поверхность 7 (фиг.1), а пунктирной линией показан ход отражаемых ультразвуковых лучей.

На фиг.5 показан вариант конструкции образца, обозначения те же, что на фиг. 1. Ось 5 дна паза 3 параллельна прямолинейной образующей цилиндрической поверхности 2, на которой расположен преобразователь 10, имеющий акустическую ось 11. В этом случае поверхность грани 9, для которой имеется параллельность с осью 5, совмещена с поверхностью грани 9 (гранью 2). Этот вариант соответствует трубе внешним диаметром D с толщиной стенки Н и дефектом типа "зарубка" глубиной d на внутренней поверхности трубы.

Для испытаний были изготовлены образцы по эскизу фиг.1 (заготовка в виде стального параллелепипеда 50х50х30 мм, первый паз шириной 2 мм, второй 10 мм на расстоянии 10 мм от рабочей контактной поверхности, глубина первого 15 мм, второго 17 мм) и эскизу фиг.5 (труба диаметром 32 мм с толщиной стенки 8 мм, радиальный паз на торце шириной 2 мм, кольцевой паз внешним диаметром 24 мм, шириной 4 мм, с выходом на внутреннюю поверхность трубы, глубина первого паза 10 мм, второго 11 мм). Установлено, что для ультразвукового преобразователя на частоту 2,5 МГц с углом ввода 45^о эхо-сигналы для указанных образцов соответствовали таковым с эквивалентной зарубкой размером 2х1 мм на той же глубине от рабочей контактной поверхности. При изменении ширины первого и заглубления второго паза (относительно первого) имеется монотонный участок зависимости амплитуды эхо-сигнала от величины заглубления. Аналогично имеется монотонность относительно ширины первого паза.

Изобретение является технически выполнимым и применимым, так как имеется необходимость в технологически и метрологически обеспеченных стандартных образцах для ультразвукового контроля со свойствами компактного углового отражателя взамен образца с искусственным дефектом типа "зарубка".

Формула изобретения

ОБРАЗЕЦ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ, выполненный в виде твердого тела, имеющего плоскую или цилиндрическую рабочую поверхность, предназначенную для установки преобразователя, и по крайней мере еще одну плоскую поверхность, отличающийся тем, что на любой другой грани, кроме установочной, выполнены два паза, причем осевая линия дна одного из них перпендикулярна или параллельна любой плоской поверхности образца, а второй паз пересекает первый и его глубина больше глубины первого паза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5