Исходя из вышеописанных способов контактов и условий контроля (нам требуется обеспечить более высокую чувствительность, чем при бесконтактном способе; крышка ёмкости находится в вертикальном положении не на всех технологических стадиях, что не позволяет свободно проводить контроль щелевым способом; геометрические размеры крышки ёмкости значительно увеличат расход смазывающего вещества при создании иммерсионной ванны) выбираем контактный способ ввода акустических волн в объект контроля [5].

Для создания стабильного акустического контакта в качестве контактной смазки для данного случая будет использоваться машинное масло.

5.4 Выбор мест ввода ультразвуковых волн и схемы сканирования

Правильный выбор мест ввода ультразвуковых волн должен обеспечить принятые направления прозвучивания объекта контроля. При этом следует учитывать, что поверхность, через которую вводятся волны, должна быть относительно ровной, не иметь выступов и выемок, мешающих перемещению преобразователя.

При использовании контактного способа контроля, недопустимо наличие на поверхности отслаивающейся окалины, грубых неровностей или покрытий, препятствующих прохождению ультразвука. В связи с этим в ряде случаев следует предусмотреть предварительную обработку мест ввода УЗ-волн.

Зная параметры объекта, преобразователя, а также тип волн и направление их распространения в материале можно определить места ввода ультразвуковых волн в изделие.

Рисунок 5.1 - Схема контроля сварного соединения прямым и однократно отраженным лучами

Из рисунка 5.1 определим расстояние X₁ при контроле прямым лучом:

(5.1)

где е=12 мм - катет шва;

п=11мм - стрела преобразователя.

Тогда

(5.2)

Определим положение преобразователя при контроле однократно отраженным лучом

(5.3)

Схему сканирования выберем с продольно-поперечным перемещением преобразователя относительно валика шва.

Шаг сканирования примем p=10 мм, исходя из того, что он не должен превышать диаметра пьезопластины.

Количество проходов преобразователя

M= (x2-x1) /p=5. (5.4)

Скорость перемещения преобразователя определяется исходя из толщины изделия - чем больше толщина изделия, тем меньше должна быть скорость перемещения. Выберем скорость перемещения равной 0.04 м/с.

5.5 Выбор технических средств контроля

В качестве дефектоскопа выберем прибор УД2 - 70 со следующими техническими характеристиками:

5.6 Выбор способа регистрации и расшифровки результатов контроля

При проведении контроля на его результаты будут влиять помехи, такие как шумы преобразователя, ложные сигналы, структурные помехи.

Для отстройки от помех и упрощения техники контроля определим зоны сканирования.

Зона стробирования на экране осциллографа дефектоскопа будет рассчитываться исходя из скорости распространяющейся в объекте контроля волны и максимального расстояния подлежащего прозвучиванию для данного устройства преобразователя. Т.е. величина зоны стробирования (в секундах) будет рассчитана по формуле

(5.5)

где

r' - расстояние, равное пути ультразвука, прошедшего в призме и объекте до дефекта;

с - скорость акустической волны, вводимой в объект контроля.

Для наклонного преобразователя величина рассчитывается как толщина изделия в зоне предполагаемого дефекта, деленная на косинус угла ввода луча в объект контроля.

Для прямого луча

. (5.6)

Тогда

c. (5.7)

Для однократно отраженного луча

(5.8)

Тогда

c. (5.9)

Расшифровка результатов будет производится 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 пьезоэлемента.

5.7 Разработка метрологического обеспечения средств контроля

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) [5].

В данном случае для настройки и проверки характеристик прибора удобно применить стандартный образец СО-2, который выполнен из стали 20

по ГОСТ 1050-74 или из стали 3 по ГОСТ 14637-69. Для заданного изделия образец будет представлять собой плиту, выполненную из стали размерами 2105930 мм, и накладку (рисунок 5.7), которую укрепляют четырьмя винтами.

Рисунок 5.7 - Накладка к контрольному образцу СО-2А

Положение штрихов, определяющих угол ввода, на пластине определяют пересчетом на скорость поперечных волн в стали 20.

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.

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

Для настройки чувствительности прибора к различным минимально допустимым дефектам используются контрольные образцы, которые изготавливаются из того же материала, что и контролируемый объект. Форма образцов и технология их изготовления соответствует форме и технологии изготовления изделия. В данных образцах закладываются модели основных недопустимых дефектов: диск - плоскодонное отверстие, сфера - отверстие со сферическим дном. Протяженные дефекты можно имитировать с помощью бокового цилиндрического отверстия и протяженной плоскости.

Для настройки чувствительности установки при контроле сварных швов в качестве контрольного образца используют стандартный образец предприятия с искусственным отражателем в виде зарубки размером 2.0х2.0 мм. Зарубки изготавливают специальным инструментом (бойком) с допуском на линейные размеры ±0.05 мм [4].

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

Размеры контрольного образца в сборе должны соответствовать внешнему контуру накладки [5].

5.8 Описание мероприятий по технике безопасности и охране труда

К основным нормативным документам, направленным на создание высокопроизводительных и безопасных условий труда, относятся системы государственных стандартов безопасности труда (ССБТ), различного рода санитарные нормы и правила, правила и инструкции по безопасности труда и производственной санитарии [4].

Безопасность труда при проведении неразрушающих испытаний различных деталей и сварных соединений обеспечивается при выполнении государственных стандартов СЭВ:

ГОСТ 12.0.001-82 (СТ СЭВ 829-77) ССБТ. Основные положения;

ГОСТ 12.1.001-83 (СТ СЭВ 4361-83) ССБТ. Электробезопасность. Общие требования;

ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.

К работе по ультразвуковому контролю допускаются лица, прошедшие инструктаж по правилам безопасности труда и имеющие соответствующие удостоверения. Инструктаж по технике безопасности проводится в соответствии с порядком, установленным на предприятии.

Операторы должны знать и выполнять общие правила безопасности труда, установленные для работников цехов и участков, в которых проводят контрольные операции.

Дефектоскопы необходимо подключать к малонагруженным электролиниям (осветительным линиям). При отсутствии такой возможности подключение дефектоскопа следует производить через стабилизатор. Операторам категорически запрещается работать под подъемными механизмами, на неустойчивых, шатких конструкциях и в местах, где возможно повреждение проводки электропитания дефектоскопов. Нельзя также вскрывать и ремонтировать дефектоскоп во время контроля. Принадлежности, используемые оператором, масленки, обтирочные материалы, ветошь должны храниться в металлических ящиках.

Подключить дефектоскоп оператор имеет право только на специально оборудованных постах, в остальных случаях подключение производит техник-электрик.

Место, на котором производится контроль, должно быть удалено от сварочных постов и защищено от лучистой энергии.

Требования ИТР и операторов, проводящих ультразвуковой контроль, по созданию необходимых условий для их работы должны выполняться администрацией цеха в обязательном порядке.

Инструктаж по правилам безопасности труда проводится периодически в соответствии с порядком, установленным на предприятии. Проведение инструктажа фиксируется в специальном журнале.

Помещения, в которых проводят контроль, должны соответствовать действующим нормам и правилам проектирования промышленных предприятий.

6. Разработка вспомогательных средств для сканирования объекта

В процессе сканирования необходимо обеспечить постоянный акустический контакт преобразователя с поверхностью объекта контроля. Контакт определяет качество измерений, а в особенности точность. Должен быть обеспечен равномерный слой смазки, к преобразователю необходимо прикладывать одинаковое усилие при перемещении его по объекту контроля.

Сканирование осуществляется в продольно-поперечном направлении относительно валика шва совмещенным преобразователем прямым и однократно отраженным лучами.

Вспомогательное устройство для сканирования таврового шва представлено на чертеже СУ 00.00.000. СБ.

Наклонный преобразователь 8 закрепляется в корпусе 7 при помощи винтов 18 с шайбой 21. Конструкция обеспечивает плотное прижатие преобразователя к поверхности объекта контроля за счет пружин 9.

Установка представляет собой корпус опоры 1 соединенные между собой по средствам корпуса 12 и 13. Корпус с опорами соединены по средствам винта 17. Данным винтом также закреплен преобразователь к направляющей. На концах опор установлены колеса 2, которые обеспечивают передвижение сканера, закрепленные болтом 15, гайкой 20 и шайбой 23. Между корпусами расположена направляющая 3 на котором установлен передвижной механизм 4 с крышкой 5, предназначенный для передвижения преобразования из положения контроля однократно отраженным лучом до положения контроля однократно-отраженным лучом. Преобразователь соединен с передвижным механизмом по средствам направляющей 6. Передвижение преобразователя осуществляется за счет роликов 24. Закреплен механизм болтом 14 с шайбой 22 и гайкой 19.

Конструкция приводится в движение вручную по средствам ручки для передвижения 11, которая крепится за счет крепежных пластин 10, закрепленных винтами 16.

7. Расчет чувствительности и производительности контроля

Чувствительность контроля определяется по ослаблению зондирующего сигнала. Расчет ослабления сигнала для различных видов отражателей был произведен при теоретическом анализе акустического тракта.

Графики чувствительности для наклонного преобразователя получены с помощью программы Sonic для ЭВМ и изображены на листе ГЧ 00.00.000. На этих графиках представлена зависимость от размера дефекта и глубины его залегания.

Для построения графиков использовались уравнения акустических трактов, приведенные в пункте 3.

Найдем значение коэффициентов

(7.1)

(7.2)

(7.3)

Расчет производительности произведем на основе данных о методике контроля, схемы сканирования и размеров объекта контроля.

При этом необходимо учитывать время на подготовительные операции (настройка аппаратуры, подготовка объекта, установка и снятие сканирующего устройства на объект контроля и др.), проведение контроля, а также оценку полученных результатов. Так же необходимо отметить, что настройку дефектоскопа производят один раз за рабочую смену.

Суммарное время контроля рассчитывается по формуле

(7.4)

где - время контроля изделия;

t_{по -} время подготовки объекта (зачистка поверхности);

t_нс - время нанесения смазки;

t_ус - время установки устройства сканирования на объект контроля;

t_нп - время настройки прибора на контроль одного изделия.

Время контроля изделия определяется схемой сканирования и геометрическими параметрами объекта контроля

(7.5)

где L - путь сканирования, L=R*m=1100*5=5500 мм;

R - длина объекта контроля;

m - количество проходов преобразователя;

v - скорость сканирования 0.04 м/с.

Время подготовки объекта, нанесения смазки, установки устройства сканирования выбираются субъективно. Примем следующие значения

t_по=300 с;

t_нс=180 с;

t_ус=120 с;

t_нп=300 с.

Значения составляющих времени подставим в формулу (7.4) и получим общее время контроля одного изделия

Т_общ=2* (137,5+300+180+120+300) =2075 с (34,6 мин).

Таким образом при 8-ми часовом рабочем дне, производительность контроля может составлять до 13 изделий.

Заключение

В данном проекте была проведена разработка методики и технических средств для УЗ контроля сварного изделия.

Из анализа объекта контроля следует, что основными дефектами сварного шва из данного материала являются непровары, трещины и поры, исходя из этого был произведен анализ акустического тракта на основании которого выбран эхо-импульсный метод контроля сварных швов.

Для контроля заданного изделия, исходя из вероятного месторасположения дефектов, схемы прозвучивания был выбран, рассчитан и спроектирован пьезоэлектрический преобразователь со следующими характеристиками: рабочая частота 2.5 МГц, радиус пьезопластины 6 мм, угол наклона призмы 49R, угол ввода поперечных волн в объект контроля 65, стрела 11мм.

Затем, на основе схемы сканирования и условий доступа для контроля сварного соединения, была разработана методика контроля и спроектировано сканирующее устройство, позволяющее с большой точностью производить контроль таврового шва изделия. Была рассчитана чувствительность и время контроля одного заданного изделия.

Для контроля предлагается использовать дефектоскоп УД2 - 70, т.к. он удовлетворяет условиям контроля предложенного объекта и обладает высокими техническими и эксплуатационными и эргономическими характеристиками.

Разработанная установка позволяет надежно выявлять в контролируемом сварном соединении характерные для него дефекты.

Список использованных источников

1. Алешин, Н.П., Лупачев, В.Г. Ультразвуковая дефектоскопия: Справ. пособ. - Мн.: Высш. шк., 2010. - 181с.

2. Сергеев, С.С. Методические указания к самостоятельной работе для студентов специальности 20 01 02 - Приборы и методы акустического контроля 2011. - 31 с.

3. Контроль сварочных работ: Учебн. пособие / В.П. Куликов, В.Г. Лупачев - Мн.: Полымя, 2011. - 480 с.

4. Белый, В.Е., Щербинский В.Г. Угловой отражатель // Дефектоскопия, 2013 г, №7. - 120 с.: ил.

5. Алешин, Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х. и др. Методы акустического контроля металлов / Под общ. Ред. Н.П. Алешина. - М. Машиностроение, 2009 - 456 с.: ил.

6. Алешин, Н.А. Ультразвуковая дефекоскопия: Справ. пособие / Н.А. Алешин, В.Г. Лупачев. - Мн.: Выш. шк., 1987. - 271 с.: ил.

7. Бадалян, В.Г., Вопилкин А.Х. Компьютерные системы для ультразвукового неразрушающего контроля. - Дефектоскопия, 1993, №5.

8. Неразрушающий контроль. Кн.2. Акустические методы контроля: Практ. пособие /И.Н. Ермолов, Н.Г. Алешин, А.И. Потапов; Под ред.В. В. Сухорукова - М.: Высш. шк., 1991 - 283 с.: ил.

9. Ультразвуковые пьезопреобразователи для неразрушающего контроля/ Под общ. ред. И.Н. Ермолова. - -М.: Машиностроение, 1986, 280 с.

10. Козлов, Л.В., Ралдугин А.Н., Фамичева М.А., Гаврев В.С. Электронная аппаратура для автоматизированного ультразвукового контроля НЗД-011. - Дефектоскопия, 2011, № 12, с.36-40.

11. Неразрушающий контроля: Справочник: В 7 т. Под общ. Ред.В. В. Клюева. Т.3: Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - М.: Машиностроение, 2014.

12. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х кн. Кн.2/ Под ред.В. В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1986 г. - 352 с.

13. Сварка и свариваемые материалы: Справочник в 3-х т. Т.2 Технология и оборудование. Справ. ред. / Под ред. Ямпольского. - М.: Машиностроение, 2010 г. - 352 с.

14. Щербинский, В.Г., Алешин Н.П., Ультразвуковой контроль сварных соединений, - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000 г. - 496 с.: ил.

15. Троицкий, В.А. Дефекты сварных соединений и средства их обнаружения / В.А. Троицкий, В.П. Радько, В.Г. Демидко. - Киев.: Вища школа. Голоывное изд-во, 1683. - 144с.

16. Деев Г.Ф. Дефекты сварных швов / Г.Ф. Деев, И.Р. Пацкевич. - Киев: Наук. думка, 2014. - 208с.

17. Куликов В.П. Технология сварки плавлением. - Мн.: Дизайн ПРО, 2000. - 256 с., ил.

18. http://www.ndt. by.

Размещено на Allbest.ru