Способ определения границ макрозерен анизотропного материала



Способ определения границ макрозерен анизотропного материала
Способ определения границ макрозерен анизотропного материала

 


Владельцы патента RU 2598686:

Смольская Елена Геннадьевна (RU)
Игнатова Тамара Ивановна (RU)
Игнатов Виталий Викторович (RU)

Использование: для контроля качества изготовления и оценки усталостной прочности литых лопаток с направленной кристаллизацией высокотемпературных турбомашин. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают в материале изделия поверхностные ультразвуковые механические импульсы, фиксируют изменение времени прохождения ультразвуковыми механическими волнами определенного расстояния по поверхности изделия и по количеству и местоположению зафиксированных изменений времени распространения определяют количество макрозерен и местоположение границ макрозерен. Технический результат: увеличение точности оценки физико-механических свойств материалов и изделий, состоящих из нескольких макрозерен, каждое из которых обладает своей собственной и неизвестной ориентацией в пространстве и/или физико-механическими свойствами, отличающимися от других макрозерен. 1 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий, состоящих из нескольких макрозерен с отличающимися друг от друга физико-механическими свойствами (ориентацией кристаллической решетки, модулем нормальной и сдвиговой упругости, коэффициентом Пуассона и др.), в частности, для контроля литых лопаток газовых турбин с направленной структурой, для которых характерно наличие 3…5 крупных зерен, каждое из которых обладает отличающимися от других зерен физико-механическими свойствами за счет различной ориентации макрозерен в пространстве.

Известен способ определении физико-механических свойств материала изделия путем визуального осмотра ее поверхности, предварительно подвергнутой, в частности, химическому травлению (ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна). Применение этих методов приводит к повреждению контролируемой поверхности изделия.

Известен также способ, основанный на регистрации магнитных полей рассеивания, выявляемых по осаждению магнитного порошка на границе зон с различными физико-механическими свойствами (см. «Неразрушающий контроль металлов и изделий». Справочник под редакцией Г.С. Самойловича. - М.: Машиностроение, 1976 г., стр. 161). Применение данного способа является невозможным для немагнитных материалов и изделий, к которым относятся, в частности, лопатки высокотемпературных газовых турбин.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к заявляемому способу является способ определения физико-механических свойств, основанный на определении времени прохождения упругим механическим импульсом отрезка поверхности изделия известной протяженности. Способ заключается в том, что на поверхности изделия на выбранном расстоянии друг от друга устанавливаются ультразвуковой излучатель и приемник механических колебаний. В зависимости от угла наклона излучателя и приемника к поверхности изделия вводятся излучателем и улавливаются приемником преимущественно волны определенного типа, например, поверхностные волны. Излучателем в изделии возбуждаются упругие импульсы, в частности - импульсы поверхностной волны, путем подачи электрического импульса на ультразвуковой излучатель. Излучатель преобразует электрический импульс в механический и вводит его в изделие. Прошедшие по изделию упругие механические импульсы воспринимаются и регистрируются ультразвуковым приемником, установленным также на поверхности изделия. Определяют промежуток времени между возбуждением и приемом одного и того же импульса. По измеренному промежутку времени и известному расстоянию между излучателем и приемником определяется скорость распространения импульса. Физико-механические свойства макрозерна - модуль нормальной и сдвиговой упругости, коэффициент Пуассона и др. - зависят от пространственной ориентации макрозерна, являются функциями скорости распространения импульса и рассчитываются по соответствующим формулам (см. «Неразрушающий контроль металлов и изделий». Справочник под редакцией Г.С. Самойловича. - М.: Машиностроение, 1976 г., стр. 334).

Недостатком способа, взятого за ближайший аналог, является то, что возникает ошибка в измерении локальной скорости импульса при наличии одной или нескольких границ между макрозернами с различной пространственной ориентацией кристаллической решетки на пути распространения ультразвукового механического импульса. Эта ошибка, в свою очередь, может привести к ложным оценкам оценки усталостной выносливости лопаток турбомашин с направленной кристаллизацией. Ближайший аналог может быть использован для измерения скорости распространения импульсов и оценки структурных характеристик изотропных мелкокристаллических материалов, а также анизотропных монокристаллических материалов, состоящих из одного зерна, но не пригоден для случаев, когда изделие состоит из нескольких крупных зерен, каждое из которых обладает собственными уникальными физико-механическими свойствами и/или ориентацией в пространстве.

Целью изобретения является увеличение точности оценки физико-механических свойств материалов и изделий, состоящих из нескольких макрозерен, каждое из которых обладает отличающимися от других макрозерен физико-механическими свойствами и/или ориентацией в пространстве. Для достижения поставленной цели определяются координаты и количество границ макрозерен при использовании способа контроля физико-механических свойств материала, включающем возбуждение, прием, определение скорости распространения в изделии поверхностных механических импульсов, оценку структурных характеристик материала по скорости распространения механического ультразвукового импульса, для чего перемещают пару излучатель-приемник по поверхности изделия, регистрируют изменение времени распространения импульсов, по количеству изменений времени распространения импульсов судят о количестве макрозерен в изделии, по местонахождению пары излучатель-приемник при изменении скорости судят о наличии в данном месте поверхности изделия границы между макрозернами.

Усталостная выносливость пера высокотемпературных турбинных лопаток, изготовленных из сплавов с направленной кристаллизацией, существенно зависит от количества, зон расположения и ориентации кристаллических решеток макрозерен. Контролируя и регулируя количество, взаимное расположение и ориентацию кристаллической решетки макрозерен при изготовлении лопаток можно существенно увеличить усталостную выносливость высокотемпературных лопаток. Такие лопатки могут состоять из нескольких длинных (до 200 мм и более) макрозерен шириной 5…30 мм. Физико-механические свойства макрозерен являются одинаковыми, если совпадает ориентация их кристаллических решеток в пространстве. Скорость распространения, например, поверхностной волны будет неизменной для каждой конкретной ориентации кристаллической решетки макрозерна. Обычно ориентации кристаллических решеток макрозерен являются различными, поэтому будут различаться физико-механические свойства макрозерен и, соответственно, будут также различными время распространения, например, поверхностной волны, бегущей по поверхности изделия.

Способ осуществляется следующим образом. Используется совмещенный искатель, состоящий из ультразвукового излучателя механических поверхностных волн и их приемника, которые жестко закреплены на общем держателе, совмещающем также функции призмы для ввода под определенным углом ультразвуковых импульсов от излучателя в изделие и от изделия на приемник (рис. 1). Конструкция держателя обеспечивает неизменность базового расстояния между излучателем и приемником L при перемещении и/или повороте искателя. Величина базового расстояния L не должна существенно превышать минимальный размер макрозерна. Величина угла призмы определяет основной тип волны, который генерируется излучателем в изделии и принимается приемником. Искатель прижимается к поверхности изделия через слой контактной жидкости. На излучатель подается электрический импульс от внешнего источника. В излучателе (обычно представляющем собой пьезопреобразователь) электрический импульс трансформируется в механический импульс, который проходит через призму и возбуждает механический импульс в изделии. Механический импульс, распространяясь по изделию, достигает другой призмы, преломляется в ней и направляется на приемник, в котором механический импульс трансформируется в электрический импульс. Измеряется интервал времени Δti между излучением и приемом импульса (рис. 1). Так как расстояние, проходимое механическим импульсом от излучателя до приемника, является неизменным, то измеряемый интервал времени прямо пропорционально зависит от скорости импульса в изделии. При пересечении границы между макрозернами вследствие различия их физико-механических характеристик регистрируется изменение величины измеряемого интервала времени. Количество таких изменений равно количеству границ зерен. Местоположение границы между зернами определяется местоположением искателя при регистрации изменения измеряемого интервала времени.

Способ контроля физико-механических свойств материала изделия, включающий возбуждение в материале изделия поверхностных ультразвуковых механических импульсов, определение скорости распространения импульсов и оценку физико-механических характеристик по известным формулам, отличающийся тем, что с целью увеличения точности оценки физико-механических свойств материала изделия, состоящего из нескольких макрозерен, каждое из которых обладает отличающимися от других макрозерен физико-механическими свойствами или ориентацией в пространстве, фиксируют изменения времени прохождения ультразвуковыми механическими волнами определенного расстояния по поверхности изделия и по количеству и местоположению зафиксированных изменений времени распространения определяют количество макрозерен и местоположение границ макрозерен.



 

Похожие патенты:

Использование: для оценки исчерпания ресурса деталей из металлов и их сплавов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют установку на поверхность контролируемой детали в месте контроля материала детали раздельно-совмещенного пьезоэлектрического преобразователя, ввод импульсов ультразвуковых колебаний в материал детали через ее внешнюю поверхность и прием смеси отраженных ультразвуковых колебаний от неоднородностей структуры материала детали, причем при приеме смеси отраженных ультразвуковых колебаний от неоднородностей структуры материала детали дискретно измеряют величины сигналов с момента заданного времени t1 по момент заданного времени t2 с дискретностью (t2-t1)/n, где n число измерений в интервале времени от t1 до t2, запоминают величины измеренных значений, определяют среднее значение измеренных значений отраженных ультразвуковых колебаний и стандартное отклонение смеси отраженных ультразвуковых колебаний относительно вычисленного среднего значения в интервале времени (t2-t1), после чего определяют стандартное отклонение смеси отраженных ультразвуковых колебаний Uпр для детали, соответствующей предельному состоянию материала, которое определяют экспериментально, доводя материал детали до состояния, предшествующего ее разрушению, что приводит к невозможности эксплуатации детали, далее определяют первую величину стандартного отклонения смеси отраженных ультразвуковых колебаний U1 для детали после выпуска из производства из того же материала, что и деталь, соответствующая предельному состоянию материала, затем определяют вторую величину стандартного отклонения смеси отраженных ультразвуковых колебаний U2 для детали из того же материала, по времени эксплуатации соответствующей первому плановому обслуживанию, далее по двум измеренным предыдущим значениям стандартного отклонения смеси отраженных ультразвуковых колебаний U1 и стандартного отклонения смеси отраженных ультразвуковых колебаний U2 определяют линейную зависимость времени эксплуатации детали от стандартного отклонения смеси отраженных ультразвуковых колебаний T(U), далее на основании полученных параметров проводят оценку исчерпания ресурса деталей из металлов и их сплавов.

Использование: для обнаружения дефектов при ручном и автоматическом контроле. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают с помощью ультразвукового преобразователя в контактной среде импульс продольной волны, которая падает на поверхность объекта контроля под углом, значение которого больше первого критического угла и меньше второго критического угла, анализируют амплитуду зарегистрированных эхосигналов.

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, устройствам исследований и может быть использовано для контроля характеристик преобразователей, применяющихся при мониторинге различных технических объектов.

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.

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.

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.

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.

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 коррекции позиции дефекта. Сущность изобретения заключается в том, что способ коррекции позиции дефекта включает в себя: генерацию ультразвуковой вибрации на поверхности объекта обследования, к которому присоединена проводящая лента; регистрацию F-эхосигнала и B-эхосигнала ультразвуковой вибрации; выявление псевдодефектов с помощью проводящей ленты на основании обнаруженных значений F-эхосигнала и B-эхосигнала; получение позиционной информации псевдодефектов; получение разности между фрагментами позиционной информации псевдодефектов на основании позиционной информации псевдодефектов; и коррекцию позиционной информации внутренних дефектов на основании разности. Технический результат: повышение точности определения позиции дефекта. 6 з.п. ф-лы, 29 ил.
Наверх