Способ обнаружения и контроля дефектов изделий из металла



Способ обнаружения и контроля дефектов изделий из металла
Способ обнаружения и контроля дефектов изделий из металла
Способ обнаружения и контроля дефектов изделий из металла
Способ обнаружения и контроля дефектов изделий из металла
Способ обнаружения и контроля дефектов изделий из металла

 


Владельцы патента RU 2589486:

Общество с ограниченной ответственностью "ХИШТАР" (RU)

Использование: для обнаружения и контроля дефектов изделий из металла. Сущность изобретения заключается в том, что металлическое изделие сканируют зондирующим сигналом, формирующимся передающим устройством, а возникающий в дефектном металлическом изделии сигнал принимают с помощью приемного устройства, при этом зондирующий сигнал формируют в виде 1-й гармоники сигнала, а в качестве отраженного от металлического изделия принимают 3-ю гармонику этого сигнала, возникающую в дефекте. Технический результат: повышение достоверности обнаружения дефектов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к контролю состояния изделий из металла и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения, в частности, и российскими железными дорогами (ОАО «РЖД») при исследовании боковых рам (БР) тележек грузовых вагонов.

Наиболее распространенным способом выявления трещин БР является визуальный осмотр.

Недостатками этого способа является пропуск наличия трещин из-за:

- образования трещин в невидимых для осмотра зонах;

- особенностей адаптации зрения человека при переводе взгляда со света в тень и обратно, составляющей несколько минут. Неоднократная темновая и световая переадаптация глаз существенно снижает остроту зрения осмотрщиков;

- отсутствие в арсенале осмотрщиков технических средств дистанционного объективного контроля целостности БР.

Широко используемые в ОАО «РЖД» ультразвуковой, феррозондовый, акусто-эмиссионный методы дефектоскопии БР трудоемки и дороги, требуют тщательной очистки поверхности обследуемой рамы от разнообразных загрязнений (лед, грязь, нефтепродукты…) для обеспечения качественного контакта с датчиками и аппаратурой и наиболее пригодны (с учетом требований к квалификации пользователя) для применения в стационарных условиях. Проходящий испытания акустический "интеллектуальный молоток" разработки компании "Чистые технологии" (г.Санкт-Петербург) имеет тот же недостаток.

В качестве прототипа выбраны способ и устройство идентификации объектов, активного радиоволнового обнаружения и неразрушающего контроля естественных, производственных и эксплуатационных дефектов и включений систем и объектов природного и техногенного характера, описанное в заявке RU 2006103112, где в контролируемом изделии возбуждают электромагнитное поле внешним электромагнитным излучением, принимают излучаемые электромагнитные сигналы, измеряют их параметры и по результатам измерений определяют наличие дефектов.

Однако в данном техническом решении принимаемые электромагнитные сигналы создаются за счет возникновения в контролируемом изделии макротоков и характерных для емкостных элементов токов смещения, для чего облучение контролируемого изделия производят с помощью металлических пластин и оболочек через диэлектрические пластины и оболочки, исполняющие роль своеобразной системы конденсаторов, между которыми устанавливают контролируемое изделие, причем данные пластины определенным образом выкладываются по контуру исследуемого изделия, в результате чего поле, излучаемое изделием, а следовательно, и спектральные характеристики становятся объектно-ориентированными, то есть само изделие становится антенной и начинает излучать электромагнитные волны, по спектру которых и производится идентификация объекта исследования, что является сложным, не достаточно точным и ограничено в применении.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение безопасности эксплуатации металлических изделий, у которых возникают различные дефекты при эксплуатации, в частности трещины.

Поставленная задача достигается с помощью получаемого от использования изобретения технического результата, заключающегося в увеличение точности и надежности контроля целостности металлических объектов за счет создания метода дистанционного неразрушающего контроля трещин, возникающих и в невидимых для осмотра зонах, и создание устройства, реализующего данный метод.

Поставленная задача достигается тем, что поверхность металлического изделия сканируют зондирующим сигналом, формирующим передающим устройством, а преобразованный нелинейностями этого металлического изделия сигнал принимают с помощью приемного устройства. При этом зондирующий сигнал формируют в виде 1-й гармоники сигнала, а в качестве преобразованного контактными неоднородностями металлического изделия принимают 3-ю гармонику этого сигнала, возникающую в дефекте.

Для увеличения отношения сигнал/шум вместе с зондирующим сигналом на изделие из металла осуществляют одновременное механическое воздействие (удар, вибрация, и т.д.) или в качестве воздействующего сигнала на изделие из металла используют амплитудно-модулированную 1-ю гармонику зондирующего сигнала.

Этот способ может быть осуществлен с помощью устройств, изображенных на фиг. 1, 2, 3, где:

1 - Задающий генератор

2 - Удвоитель частоты

3 - Усилитель зондирующего сигнала

4 - Фильтр гармоник

5 - Антенна зондирующего сигнала

6 - Антенна приемника

7 - Входной фильтр

8 - Усилитель входного сигнала

9 - Синхронно-фазовый детектор

10 - Утроитель частоты

11 - Регулируемый фазовращатель напряжения гетеродина

12 - Фильтр и усилитель выходного сигнала СФД

13 - Устройство обработки

14 - Индикатор приемника

15 - Низкочастотный генератор

16 - Усилитель мощности низкой частоты

17 - Источник механического воздействия

18 - Амплитудный модулятор

19 - Модулирующий генератор.

На фиг. 1 изображено устройство, в котором объединены: передающее устройство - генератор 1-й гармоники зондирующего сигнала (ЗС), и принимающее - устройство приема 3-й гармоники ЗС. В устройстве генератор ЗС построен по классической схеме и содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, удвоитель частоты 2, усилитель зондирующего сигнала 3, фильтр гармоник 4 и антенну зондирующего сигнала 5. Принимающее - устройство приема 3-й гармоники ЗС, состоит из антенны приемника 6, выход которой через входной фильтр 7 и усилитель входного сигнала 8 соединен с одним из входов синхронно-фазового детектора (СФД) 9, который должен иметь внутри два нелинейных элемента, включенных встречно-параллельно. На другой вход СФД 9 подается напряжение от задающего генератора 1 через утроитель частоты 10 и регулируемого фазовращателя 11, а выход СФД 9 подключен через фильтр и усилитель 12 выходного сигнала СФД к устройству обработки 13 и индикатору 14.

На фиг. 2 изображено передающее и принимающее устройство, изображенное на фиг. 1, в котором к устройству обработки 13 (фиг. 1) подключен выход низкочастотного генератора 15, выход которого также подключен к усилителю мощности низкой частоты 16, выход которого подключен к источнику механического воздействия 17.

На фиг. 3 изображено передающее и принимающее устройство, изображенное на фиг. 1, где между удвоителем частоты 2 и усилителем зондирующего сигнала 3 включен амплитудный модулятор 18, второй вход которого подключен к выходу модулирующего генератора 19, и выход модулирующего генератора 19 подключен к блоку обработки 13.

Устройство обнаружения и контроля дефектов изделий из металла работает следующим образом.

Напряжение с задающего генератора 1 подается на удвоитель частоты 2 и получается частота 1-й гармоники зондирующего сигнала (ЗС), которая усиливается усилителем 3, фильтруется фильтром гармоник 4, излучается на объект диагностики с помощью антенны передатчика 5. Излучаемый сигнал пропускают через фильтр гармоник 4 для уменьшения 3-й гармоники передающего устройства. При облучении изделий из металла, имеющего дефект в виде трещины, генерируется 3-я гармоника ЗС, которая поступает в антенну приемника 6, и через фильтр 7, подавляющий 1-ю гармонику ЗС для исключения перегрузки входных каскадов приемника, при которой может генерироваться 3-я гармоника ЗС в этих приемных каскадах, и через усилитель 8 поступает на второй вход СФД 9, на первый вход которого подается напряжение гетеродина СФД, образованного (обведено на фиг. 1, 2, 3 пунктирной линией) последовательно соединенными задающим генератором 1, утроителем частоты этого генератора 10 и регулируемым фазовращателем 11. Частота напряжения, поступающего на первый вход СФД 9 с гетеродина в два раза меньше частоты входного напряжения (3-й гармоники ЗС), поступающего на другой вход СФД 9.

На выходе СФД 9 возникает сигнал, пропорциональный амплитуде принимаемой 3-й гармоники ЗС, возникшей в дефекте изделия из металла. Это возможно только при синхронно-фазовой обработке входного и гетеродинного напряжений. Сигнал на выходе СФД 9, являющийся импульсным, поступает через фильтр и усилитель 12 на устройство обработки этого сигнала 13 и индикатор 14. Необходимость пропускания выходного сигнала СФД 9 через фильтр 12 связано с необходимостью уменьшения влияния на этот сигнал сетевых и индустриальных помех и паразитных модуляционных эффектов деталей изделия.

Для увеличения отношения сигнал/шум принимаемого сигнала одновременно с ЗС на объект диагностики осуществляют воздействие звуковым источником с помощью введенными в устройство на фиг. 1 низкочастотного генератора 15, усилителя мощности низкой частоты 16, источника механического воздействия 17 (см. фиг. 2), и с выхода низкочастотного генератора 15 напряжение подается на устройство обработки 13 для синхронизации и корреляции дополнительного механического воздействия на изделие из металла.

Для повышения вероятности обнаружения местоположение дефекта в изделии из металла предлагается усовершенствование устройства на фиг. 1 с помощью введения блоков амплитудной модуляции ЗС, изображенных на фиг. 3, включающих модулятор 18 и модулирующий генератор 19. С помощью этих блоков производится амплитудная модуляция ЗС, за счет чего повышается коэффициент нелинейного преобразование ЗС на нелинейностях трещины металлического изделия, что увеличивает отношение сигнал/шум принимаемого сигнала 3-й гармоники и повышает вероятность правильного обнаружения.

Задающий генератор 1 является общим для генератора зондирующего сигнала и для сигнала гетеродина СФД с требуемым соотношением частот 2 к 1 для нормальной работы СФД 9. Это обеспечивает синфазную обработку принимаемого сигнала 3-й гармоники зондирующего сигнала и сигнала гетеродина СФД (с частотой в два раза меньше частоты принимаемой 3-й гармоники зондирующего сигнала от дефектного объекта).

Применение СФД 9 в системах, где приемное и передающее устройства расположены рядом друг с другом, существенно упрощает синхронный приемник, так как частота гетеродина в нем формируется как умноженное в нужное количество раз частоты задающего генератора передатчика. Синхронный приемник, как известно, обладает повышенной помехоустойчивостью и его можно рассматривать как супергетеродинный с нулевой промежуточной частотой.

Для подтверждения работоспособности способа и реализующего этот способ устройства был создан макет устройства. Основные характеристики макета:

- частота зондирующего сигнала (ЗС) - 300 МГц,

- выходная мощность ЗС - 5 Вт,

- принимаемая гармоника - третья,

- чувствительность приемника - -120 дБ/Вт,

- поляризация антенн - линейная.

Упрощенная схема макета с указанием рабочих частот изображена на фиг. 4, где частота входного напряжения СФД 9 от гетеродина СФД F3=150 МГц×3=450 МГц, а частота принимаемого сигнала 3-й гармоники ЗС F4=150 МГц×2×3=900 МГц.

В качестве объектов исследования были использованы части дефектных боковых рам грузовых вагонов с наружной трещиной и литьевой трещиной.

Передающая антенна 5 и антенна приемного устройства 6 были выполнены из совмещенных квадратных вибраторов с соответствующими рефлекторами. Поляризация антенн - изменяемая линейная.

При облучении боковых рам сигналом с антенны генератора 6 (при изменяемой линейной поляризации) производился периодический удар деревянной или резиновой кувалдой по раме. На индикаторе приемника 14 после устройства обработки 13 (в котором использовалась цифровая обработка при синхронизации и корреляционной обработке), вместе со световым и звуковым сигналами был получен график (см. фиг. 5) огибающей принятой 3-й гармоники ЗС, возникшей в дефекте при ударах деревянным молотком по дефектной боковой раме грузового железнодорожного вагона.

Аналогом метода использования периодических ударов деревянной или резиновой кувалдой по раме может быть использование эффектов вибрации от неровностей колеса, железнодорожного полотна и рельсовых стыков, которая возникает при движении вагона.

Авторами было изучено влияние амплитудной модуляции ЗС на эффективность предлагаемого метода диагностики дефектных изделий из металла. В результате чего было установлено, что применение амплитудной модуляции ЗС позволяет проводить диагностику дистанционно, при движении железнодорожного вагона, так как не требует механического контакта с объектом диагностики. Дистанционная диагностика вагонов может быть проведена с помощью стационарного пункта диагностики, расположенного рядом с путями, с моментальной передачей полученных данных диспетчеру или машинисту.

1. Способ обнаружения и контроля дефектов изделий из металла, в котором металлическое изделие сканируют зондирующим сигналом, формирующимся передающим устройством, а возникающий в дефектном металлическом изделии сигнал принимают с помощью приемного устройства, отличающийся тем, что зондирующий сигнал формируют в виде 1-й гармоники сигнала, а в качестве отраженного от металлического изделия принимают 3-ю гармонику этого сигнала, возникающую в дефекте.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вместе с зондирующим сигналом на изделие из металла осуществляют одновременное механическое воздействие (удар, вибрация, и т.д.).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве воздействующего сигнала на изделие из металла используют амплитудно-модулированную 1-ю гармонику зондирующего сигнала.



 

Похожие патенты:

Использование: для неразрушающего контроля литых корпусных деталей. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют секторное сканирование датчиком ФАР посредством качания луча с одновременным перемещением датчика ФАР по участку контроля сначала в поперечной, а затем в продольной плоскости в прямом и обратном направлении, причем направление перемещения датчика ФАР осуществляют в плоскости качания луча, проводят автоматическую запись результатов ультразвукового контроля совместно с записью координат перемещений датчика ФАР на поверхности участка контроля, посредством анализа записанных данных для каждого угла ввода секторного сканирования находят координаты ФАР на поверхности участка контроля, в которых амплитуда эхо-сигнала превышает уровень фиксации амплитуды эхо-сигнала, соответствующий дефекту, по найденным координатам на поверхности участка контроля и с учетом углов ввода секторного сканирования для каждой координаты, на которых определена максимальная амплитуда эхо-сигнала, определяют координаты точек в сечении отливки с амплитудой эхо-сигнала, превышающей уровень фиксации, причем условную протяженность дефекта определяют как расстояние между крайними положениями проекции определенных точек на плоскость сканирования.

Изобретение относится к способам оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) и может быть использовано для определения механических напряжений и деформаций элементов сложных конструкций расчетно-экспериментальным методом.

Использование: для ультразвукового контроля изделия по всему сечению. Сущность: заключается в том, что на поверхность контролируемого изделия устанавливают систему пьезоэлектрических преобразователей, чередующих работу совмещенного и раздельного режимов излучения-приема ультразвуковых колебаний и, перемещая систему пьезоэлектрических преобразователей вдоль продольной оси контролируемого изделия, излучают в него наклонным пьезоэлектрическим преобразователем ультразвуковые колебания и регистрируют эхо-сигналы, отраженные от вертикальных, вертикально ориентированных, горизонтальных и горизонтально ориентированных стандартных и нестандартных отражателей (дефектов), расположенными в проекции плоскости распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии одним или множеством прямых пьезоэлектрических преобразователей, при этом излучение ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие производится одним пьезоэлектрическим преобразователем с заданным углом ввода ультразвуковых колебаний, а прием эхо-сигналов одним или множеством прямых пьезоэлектрических преобразователей с углом приема эхо-сигналов 0° в одном цикле.

Использование: для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что электромагнитно-акустический преобразователь для контроля изделий из ферромагнитного материала содержит каркас из немагнитного материала, в котором закреплены узел подмагничивания и выполненные в виде последовательно разнесенных в пространстве решеток излучатель и приемник, при этом приемник размещен на обращенном к изделию полюсе постоянного магнита или электромагнита узла намагничивания, а излучатель размещен на держателе, закрепленном в корпусе, при этом шаг между синфазными проводниками приемника пропорционален длине возбуждаемой волны, а шаг между синфазными проводниками излучателя пропорционален удвоенной длине возбуждаемой волны.

Использование: для оперативной оценки результатов ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство отображения рельсового дефектоскопа содержит подсистему измерения, содержащую несколько акустических блоков, каждый из которых содержит несколько электроакустических преобразователей, соединенных с многоканальным ультразвуковым дефектоскопом, устройство отображения результатов ультразвуковых зондирований на дисплее в виде мнемонического изображения рельса с акустическими блоками, напротив каждого из которых расположены метки электроакустических преобразователей, содержащихся в соответствующем акустическом блоке, устройство автоматического обнаружения дефектов по результатам ультразвукового зондирования, обеспечивающего выделение на дисплее меток акустических блоков и электроакустических преобразователей, обнаруживших дефект, а также отображение сигналов от дефектов и местоположение дефектов на мнемоническом изображении рельса.

Использование: для неразрушающего контроля качества сварных швов с использованием метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что акустическое устройство обнаружения и определения местоположения дефектов в сварных швах содержит измерительный канал, включающий установленный на безопасном расстоянии от сварного шва преобразователь акустических сигналов, первый предварительный усилитель, полосовой фильтр, а также первый аналого-цифровой преобразователь, блок оперативного запоминания акустических сигналов и компьютер с монитором отображения выходных данных, при этом оно снабжено коммутатором, включенным между выходом преобразователя акустических сигналов и входом первого предварительного усилителя, первым амплитудным дискриминатором, соединенным с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу полосового фильтра, вход которого подключен к выходу первого предварительного усилителя, вторым амплитудным дискриминатором, причем выходы первого амплитудного дискриминатора соединены с соответствующими входами блока оперативного запоминания акустических сигналов и второго амплитудного дискриминатора, блоком записи эталонных сигналов, вход которого соединен с выходом второго амплитудного дискриминатора, блоком вычисления нормированных взаимно корреляционных функций и их максимальных значений.

Изобретение относится к области определения одной из основных характеристик шумоизолирующих материалов - коэффициента их звукопоглощения. Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов заключается в измерении удельного сопротивления протеканию потоком воздуха RS и определении коэффициента звукопоглощения α на заданной частоте по регрессионным уравнениям, связывающим RS и α.

Изобретение относится к области ракетной и измерительной техники и может быть использовано при выходном контроле на предприятии-изготовителе корпуса ракетного двигателя и входном контроле на предприятии-изготовителе твердотопливного заряда.

Использование: для дефектоскопии изделий из титановых сплавов непосредственно после отливки с применением ультразвуковых волн для обнаружения внутренних дефектов.
Использование: для определения состояния подземной части железобетонных опор контактной сети. Сущность заключается в том, что возбуждают собственные колебания опоры, воздействуя на опору ударным импульсом в зоне раздела подземной и надземной частей, а о состоянии подземной части опоры судят по зависимости частот и энергий колебаний от времени из получаемой спектрограммы, сравнивая спектрограмму с эталонными спектрограммами для остродефектной, дефектной и нормальной опор данного типа.

Использование: для исследования дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что способ исследования дефектов включает в себя: первый этап подачи высокочастотного сигнала во множество катушек индуктивности, которые расположены смежно по отношению друг к другу таким образом, что они частично накладываются друг на друга, в электромагнитном ультразвуковом зонде для генерации ультразвукового колебания в исследуемом объекте; второй этап приема B-эха ультразвукового колебания с использованием каждой из множества катушек индуктивности; третий этап приема F-эха ультразвукового колебания с использованием каждой из множества катушек индуктивности; четвертый этап корректировки интенсивности сигнала B-эха, принятого каждой из множества катушек индуктивности, на основе рабочего состояния каждой из множества катушек индуктивности; и пятый этап вычисления отношения посредством деления интенсивности сигнала F-эха на интенсивность скорректированного сигнала B-эха для каждой из множества катушек индуктивности и оценки внутреннего дефекта исследуемого объекта на основе результата вычисления отношения. Технический результат: повышение точности оценки внутреннего дефекта независимо от изменения промежутка между поверхностью обследуемого объекта и катушкой индуктивности. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Использование: для определения среднего диаметра зерна металлических изделий посредством ультразвукового излучения. Сущность изобретения заключается в том, что определение среднего диаметра зерна DЗ металла выполняют с использованием градуировочного графика отношения U′ величины структурного шума USN к импульсу релеевской волны UR, описываемого линейной зависимостью DЗ=a+b·U′, где a и b - структурные коэффициенты. При этом устройство для определения среднего диаметра зерна металлических изделий дополнительно предварительно калибруют, проводя испытания n образцов, вычисляя n значений отношения U′ и измеряя с помощью металлографического светового микроскопа n соответствующих им значений среднего диаметра зерна DЗ испытываемых образцов. Технический результат: обеспечение возможности высокой точности определения среднего диаметра зерна металлических изделий. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для оценки качества участка сварки в стальном материале неразрушающим методом с использованием ультразвуковых волн. Сущность изобретения заключается в том, что модуль задания точки измерений задает произвольную точку измерений рядом с участком сварки внутри стального материала и предполагает виртуальную отражающую поверхность, которая содержит эту точку измерений и параллельна направлению линии сварки. Вычислительный модуль для управления матричным зондом передает ультразвуковые волны в виде волны сдвига, удовлетворяющие произвольному выражению, и фокусирует их в точке измерений через согласующую среду под заданным углом падения относительно виртуальной отражающей поверхности. Модуль выделения уровня эхо-сигнала регистрирует отраженные волны переданных ультразвуковых волн на границе раздела между участком основного металла и участком сварки. Контроллер оценивает форму участка сварки на основе отраженных волн. Технический результат: повышение достоверности оценки качества участка сварки в стальном материале. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 26 ил.
Наверх