Разработка установки и методики ультразвукового контроля поковки

Условная протяженность L_д дефекта определяется расстоянием между крайними положениями преобразователя, в которых амплитуда эхо-сигнала от дефекта уменьшается до определенного уровня. По значению коэффициента К судят о характере дефекта.

При К<1- дефект плоскостной, вертикальный, компактный;

К =1 - дефект округлый, компактный; К >1 - дефект протяженный, округлый, плоскостной.

Схема измерения условной ширины и условной высоты представлена на рисунок 5.1 б).

К_х= Х_д/ Х_о, (5.2)

где Х_д - условная ширина дефекта;

Х_о - условная ширина эталонного отражателя.

Рисунок 5.1 - Схемы измерения L_д, Х_д

Или же по измеренным значениям Х_д, Н_д и Н_о, Х_о вычисляется величина:

К=(Х_д/Н_д)/(Х_о/Н_о), (5.3)

где Н_д - условная высота реального дефекта;

Н_о - условная высота эталонного отражателя.

Условная ширина дефекта Х_д определяется, также как и условная протяженность, а условная высота Н_д дефекта определяется как разность показаний глубиномера в положениях преобразователя, расстояние между которыми равно условной ширине дефекта.

По значениям коэффициентов K_x и К также судят о характере выявляемого дефекта:

- К_х<1, К<1 - дефект плоскостной вертикальный;

- K_x=l, K=l - дефект округлый;

- К_х>1, К>1 - дефект плоскостной горизонтальный.

Определим зоны стробирования.

Расчет зон стробирования для прямого преобразователя показан на рисунке 5.2

Рисунок 5.2- Расчет зон стробирования для прямого преобразователя

Длительность строба импульса при сканировании определяется по формуле:

, (5.5)

где R_m- максимальный путь ультразвука до дефекта в объекте контроля

Следовательно ,

,

,

,

.

Расчет зон стробирования для наклонного преобразователя показан на рисунке 5.3

Рисунок 5.3-Зона стробирования для наклонного преобразователя

Длительность строба импульса при сканировании наклонным преобразователем определяется по формуле:

R_m6=АВ==339,411(мм)

5.6 Разработка метрологического обеспечения средств контроля

В ультразвуковой дефектоскопии амплитуда эхо-сигнала измеряется относительным методом - сравнением полученного от дефекта эхо-сигнала с каким-либо опорным сигналом, полученным тем же преобразователем от отражателя известной геометрической формы и величины. Такой метод весьма удобен на практике, т.к. он позволяет полностью отказаться от необходимости расчета коэффициента преобразования электрической энергии в механическую.

Размер дефектов должен выражаться стандартизованной величиной, воспроизводимой при любых измерениях. В качестве такой унифицированной единицы в ультразвуковой дефектоскопии принята эквивалентная площадь (эквивалентный диаметр) S_э дефекта, которая измеряется площадью дна плоскодонного отверстия, расположенного на той же глубине, что и дефект, и дающего эхо-сигнал такой же амплитуды. Аналогично определяется и эквивалентный диаметр.

Применяют два способа измерения эквивалентной площади дефектов: с помощью образцов и по АРД - диаграммам. В первом способе эхо-сигнал последовательно сравнивается с сигналом от плоскодонных поверхностей различной величины, выполненных на той же глубине, что и дефект в тест - образце, акустические свойства и качество поверхности которого такие же, как в контролируемом изделии. Основные преимущества способа - простота и минимум погрешности измерения. Все операции по измерению эквивалентного размера сводятся к тому, что оператор должен найти отверстие, от которого фиксируется эхо-сигнал, равный эхо-сигналу от дефекта. Недостаток способа в необходимости изготовлять большое число образцов с широким набором плоскодонных отражателей по диаметру и глубине. При измерении размера дефекта по АРД - диаграммам, необходимо определить коэффициент затухания ультразвука .

Наряду с амплитудным широкое распространение получил способ оценки величины дефектов путем определения их условных размеров на поверхности изделия. Он состоит в том, что при сканировании вдоль дефекта на поверхности изделия измеряется расстояние между положениями преобразователя, в которых при заданном уровне чувствительности дефектоскопа эхо-импульс от дефекта исчезает с экрана. Условные размеры дефектов превышают их действительные размеры за счет широкой диаграммы направленности преобразователя. Расшифровка результатов будет производиться на основании полученных результатов контроля. Глубина залегания определяется исходя из времени прохождения зондирующего импульса от поверхности ввода и обратно.

Эквивалентный размер определяется на основании результатов измерения амплитуды эхо - сигнала, расстояния до дефекта и его ориентации относительно акустической оси пъезоэлемента.

Для исключения влияния субъективных факторов на результаты акустического контроля, необходимо создать стандартные условия контроля. Одним из существенных моментов стандартизации контроля является настройка параметров прибора по эталонам и контрольным образцам.

В нашей стране для текущей проверки наиболее важных параметров и характеристик приборов ГОСТ 14782-86 предусмотрен комплект из четырех стандартных образцов (СО) [16].

В данном случае для настройки и проверки характеристик прибора удобно применить стандартный образец СО-2А, он выполняется из материла контролируемого изделия. Для заданного изделия образец будет представлять собой плиту, выполненную из АМГ5 размерами 2105930 мм, и накладку (рисунок 5.4), которую укрепляют четырьмя винтами.

Отверстие диаметром 6 мм на глубине 44 мм предназначено для измерения угла ввода наклонных преобразователей и настройки на заданную условную или предельную чувствительность. Выбор диаметра отверстия обусловлен особенностями формирования эхо-сигнала от цилиндрической полости в твердой однородной среде. Выбранный диаметр цилиндрического отверстия - 6 мм - при длительностях импульсов, применяемых в ультразвуковой дефектоскопии, исключает интерференцию зеркально отраженной волны и волны скольжения. Это отверстие высверливают в титановой плите по разметке на накладке.

Рисунок 5.4 - Накладка к контрольному образцу СО-2А

Настройку чувствительности дефектоскопа УД 4-76 по следующей методике:

- устанавливают режим максимальной или завышенной чувствительности дефектоскопа, гарантирующий обнаружение эхо-сигнала от цилиндрического отверстия при озвучивании его прямым лучом с той поверхности образца, для которой глубина расположения отверстия равна 44 мм;

- устанавливают преобразователь на смоченную контактной жидкостью поверхность контрольного образца и, плавно перемещая преобразователь по поверхности стандартного образца №2, находят максимум эхо-сигнала от отверстия. В принадлежности найденного сигнала дефекту убеждаются по соответствию угла ввода преобразователя по номинальному значению;

- действуя переключателями аттенюатора дефектоскопа, устанавливают максимальное значение амплитуды эхо-сигнала на выбранную высоту по экрану дефектоскопа;

- перечисленные операции следует повторить 2-3 раза с целью подтверждения точности их выполнения.

Устанавливают браковочный уровень чувствительности. Контрольный и поисковый уровни чувствительности воспроизводят переключением аттенюатора на 6 и 12 дБ.

Два отверстия диаметром 2 мм используют для оценки мертвой зоны, они выполнены на глубине 3 и 8 мм.

Образцы должны храниться в специально отведённом месте. Рекомендуется при переносе и хранении образцов помещать их в футляры, исключающие их загрязнение и механическое повреждение.

5.7 Описание мероприятий по технике безопасности и охране труда

Безопасность труда при проведении ультразвукового контроля обеспечивается при выполнении ГОСТ 12.1.019 -79 ССБТ. К работе по ультразвуковому контролю допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности и имеющие соответствующее удостоверение. Инструктаж по безопасности труда проводится в соответствии с порядком, установленном на предприятии. При проведении дефектоскопии операторы должны знать и выполнять общие правила по технике безопасности, установленные для работников цехов и участков, в которых приводят контроль. При проведении работ по ультразвуковому контролю дефектоскопист должен руководствоваться «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденными Госэнергонадзором СССР 21.12.84 г., а также ГОСТ 12.2.007.0 «Изделия электротехнические. Общие требования безопасности» и ГОСТ 12.2.007.14 «Кабели и кабельная арматура. Требования безопасности».

К работе по ультразвуковому контролю допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие инструктаж по правилам техники безопасности (с записью в журнале), имеющие удостоверение о проверке знаний вышеуказанных правил (п. 7.1), а также производственных инструкций предприятия и настоящего руководящего документа.

При питании от сети переменного тока ультразвуковые дефектоскопы должны быть заземлены медным проводом сечением не менее 2.5 мм2 в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 "ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление" и ГОСТ 12.4.038-82 "ССБТ. Общие требования. Электробезопасность".

Заземление ультразвуковых дефектоскопов осуществляется специальной жилой переносного провода, которая не должна одновременно служить проводником рабочего тока, т.е. должна быть изолированной по всей длине. В качестве заземляющего проводника следует использовать отдельную жилу в общей оболочке с фазным проводом, которая должна иметь одинаковое с ним сечение. Использовать нулевой провод для заземления запрещается. Штепсельные розетки для переносных электроприборов должны быть снабжены специальными контактами для присоединения заземляющего проводника.

Для защиты рук от воздействия контактных сред и ультразвука при контактной передаче дефектоскопист должен работать в рукавицах или перчатках, которые не пропускают контактную среду. При этом необходимо применять две пары перчаток: наружные - резиновые и внутренние - хлопчатобумажные или двухслойные по ГОСТ 20010.

Перед установкой сканирующего устройства на емкость следует убедиться в надёжной фиксации самого изделия и соблюдать дополнительные меры безопасности, позволяющие избежать травмирование персонала и окружающих. Категорически запрещается работа дефектоскописта под подъемными механизмами.

Администрация организации, проводящей ультразвуковой контроль, обязана обеспечить выполнение требований техники безопасности.

При нарушении правил техники безопасности дефектоскопист должен быть отстранен от работы и вновь допущен к ней после дополнительного инструктажа.

6. Разработка вспомогательных средств для сканирования объекта

Разработка сканирующего устройства является неотъемлемой частью проведения контроля любого объекта. Сканирующее устройство должно выполнять ряд требований: обеспечивать реализацию заданных схем прозвучивания и сканирования объекта, улучшение качество контакта ПЭП с объектом контроля, возможность слежения и фиксации координат перемещения ПЭП, механизацию и автоматизацию контрольных операций.

Сканирующее устройство представлено на чертеже 00.00.000СБ. Данное устройство предназначено для автоматизированного сканирования специзделия.

Всю систему приводит в движение электродвигатель с червячным редуктором. Крутящий момент с вала (2), который зафиксирован в корпусе (7) и посажен на подшипники (28, 29) передаётся на патрон (3). На патроне расположены зубцы, которые обеспечивают передачу всего крутящего момента без проскальзывания изделию закрепленному на нем. Ролики (18), закрепленные в фиксаторе (21) с помощью оси (16) и упорной шайбы (35) обеспечивают дополнительную центровку объекта. Фиксатор (21) подпружинен и закреплен на корпусе (7) с помощью двух направляющих (12) шайбы (34) и гайки (27) Преобразователь (1) перемещается в горизонтальном направлении по средствам каретки (5) расположенной на направляющей (14) и вала с резьбой, обеспечивающей перемещение каретки на определенный шаг. Вращательное движение вала по средствам резьбы преобразуется в поступательное движение каретки с преобразователем. Вертикальное перемещение преобразователя осуществляется темже принципом с помощью каретки (5). Преобразователь закреплен в держателе (4) с помощью двух витнов (25). Держатель (4) подпружинен и закреплен в фиксаторе (22) с помощью болтов (24). Каркас устройства состоит из пластин прямоугольной формы (15) с отверстиями к которому приверен корпус (7). Изменение точки ввода УЗ - волн производится вручную.

7. Расчет чувствительности и производительности контроля

7.1 Оценка производительности