Разработка и проектирование ультразвукового преобразователя для контроля сварных соединений

график мой.cdw

Зависимость амплитуды эхо-сигнала
от сферического отражателя
от дискообразного отражателя
Белорусско-Российский

схемы.cdw

Преобразователь 4 работает
по совмещенной схеме
Преобразователи 123 - приемники
Преобразователь 2 работает
Преобразователи 134 - приемники
Преобразователь 3 работает
Преобразователи 124 - приемники
зонами прозвучивания
и схемами сканирования
Белорусско-Российский
Схема прозвучивания (2:1)
Объект контроля (2:1)

Акустика преобразовательСпецификация 1.cdw

Белорусско-Российский
университетгр.МПК-051
Разъем высокочастотный
Клей ЛБС 1 ГОСТ 901-78
Припой ПОС 61 ГОСТ21930-76

Расчетная схема А2.cdw

Белорусско-Российский

ПРЕОБОРАЗОВАТЕЛЬ Гашникова.cdw

1 Клей ЛБС 1 ГОСТ 901-78
Припой ПОС 61 ГОСТ21930-76

Министерство образования Республики Беларусь1111.doc

Анализ характеристик объекта контроля
Сравнительный анализ известных методик УЗ контроля сварных
Выбор метода контроля (теоретический анализ акустического тракта)
Расчет и проектирование преобразователя
Разработка методики контроля
1 Выбор частоты УЗ волн
2 Выбор типа УЗ – волн и направления их распространения в изделии
3 Выбор способа контакта
4 Выбор мест ввода ультразвуковых волн и схемы сканирования
5 Выбор способа регистрации и расшифровка результатов контроля
6 Разработка метрологического обеспечения средств контроля
7 Описание мероприятий по технике безопасности и охране труда
Разработка вспомогательных средств для сканирования объекта
Расчет чувствительности и производительности контроля
Список использованных источников
Уровень промышленного развития передовых стран на современном этапе
характеризуется не только объемом производства и ассортиментом
выпускаемой продукции но и показателями ее качества.
Современные технологические процессы изготовления продукции
машиностроения в большинстве случаев сопровождаются использованием
различных способов сварки. Совершенствование их или применение новых
способов соединений только частично решает проблему повышения качества
изготовляемых конструкций так как даже при хорошо отработанной
технологии сварки возможны различного рода дефекты приводящие к снижению
надежности и долговечности изделий. В связи с этим важное значение для
повышения качества изготовляемых конструкций приобретают методы
неразрушающего контроля. Применяя средства неразрушающего контроля можно
полностью автоматизировать многие процессы изготовления изделий повысить
производительность труда и качество выпускаемой продукции.
Наибольшее развитие получила ультразвуковая дефектоскопия. По
сравнению с другими методами неразрушающего контроля она обладает важными
преимуществами: высокой чувствительностью к наиболее опасным дефектам
типа трещин и непроваров большой производительностью возможностью вести
контроль непосредственно на рабочих местах без нарушения технологического
процесса низкой стоимостью контроля.
Ультразвуковые методы контроля позволяют получить информацию о
дефектах расположенных на значительной глубине в различных материалах
изделиях и сварных соединениях. Автоматизация ультразвукового контроля не
только повышает производительность труда но и позволяет получить
объективную картину качества изделия или сварного соединения подобную
Целью курсового проектирования является разработка методики и
технических средств для ультразвукового контроля сварного полотнища
эскиз которого изображен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Эскиз контролируемого изделия
Для обеспечения качественного провара и формирования сварного шва
выполняют подготовку кромок под сварку. Элементами геометрической формы
подготовки кромок под сварку являются: угол разделки кромок угол скоса
одной кромки зазор между стыкуемыми кромками притупление.
Существующие способы ручной дуговой сварки позволяют сваривать без
разделки кромок металл ограниченной толщины – до 5 мм. Поэтому при
сварке металла большой толщины необходимо разделывать кромки для
доступа сварочной дуги в глубь соединения и полного проплавления кромок
Сварные швы в изделии выполнены автоматической дуговой сваркой под
флюсом по ГОСТ 8713-79. Основные геометрические параметры швов
приведены в таблице 1.1 и рисунке 1.2.
Таблица 1.1- Основные размеры сварного шва по ГОСТ 8713-79
S мм амм b мм с мм е мм g мм hмм ( град
[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic]
а - подготовка свариваемых деталей
Рисунок 1.2 – Эскиз стыкового сварного шва
Материал изделия – сталь 3. Это сталь обыкновенного качества
(содержание углерода от 014-022 %). Ст3 используется для несущих
сварных и несварных конструкций работающих при положительных
температурах. Это сталь относится к группе хорошо сваривающихся сталей
– сварные соединения высокого качества.
Основные акустические характеристики материала изделия приведены в
Таблица 1.2- Основные акустические характеристики Ст3
Материал Плот- Коэффицие Скорость
ность нт распространения волн мс
П121-25-хх-А-001 35x20x23 8х10 углы ввода 40 45 50 55
П121-18-хх-А-002 35x20x23 9x12 углы ввода 40 45 50 55
Рисунок 2.9 - Преобразователи наклонные (тип П121)
Рисунок 2.10 - Преобразователи наклонные (тип П121)
призма из оргстекла или полиимида (с повышенной стойкостью к
износу и агрессивным средам);
оптимальная чувствительность и разрешающая способность;
прямоугольная форма пьезопластины обеспечивающая высокую энергию
Мгц Угол Стрела ммРазмер Размер
ввода пьезоле-контактной
град. мента поверхно-
25 25 32х26 П111-25-К25
20 20 26х26 П111-25-К20
12 12 22х36 П111-25-К12
12 12 22х36 П111-5-К12
6 12 19х22 П111-5-К6
0 4 6 19х22 П111-10-К4
Для сканирования плоских изделий предложено устройство описанное в
Для продольно – поперечного сканирования можно использовать
устройство описанное в [13]. Устройство содержит направляющую 1 каретку
и шток 3 подвижно установленный на каретку 2 а также механизм 4
прижима и установленный на нем преобразователь 5. Механизм прижима 4
выполненный например в виде магнитного прижима закреплен на штоке 3.
Кроме того устройство содержит установленную с возможностью
вращения на каретке 2 ось 6 жестко установленные на ней программный
диск 7 и зубчатое колесо 8 а также упоры 9 установленные на
направляющей 1 и взаимодействующие в ходе контроля с программным диском
Программный диск выполнен в виде радиальных лепестков. Каждый лепесток
диска 7 начиная со второго сдвинут относительно предыдущего на угол α.
Внешний вид установки изображен на рисунке 2.12
Рисунок 2.12 – Внешний вид установки для продольно – поперечного
В [14] описано устройство целью которого является повышение
надежности контроля изделий на поверхности которых имеются препятствия в
виде сварных валиков и т. п. за счет постоянного поджатия
преобразователей дефектоскопа к поверхности изделия. Устройство (рисунок
13) для перемещения преобразователей дефектоскопа содержит платформу
закрепленные на ней магнитные колеса соединенные с последними приводами
перемещения и закрепленные на платформе преобразователи дефектоскопа.
С целью повышения надежности контроля оно снабжено импульсным
электромагнитом который размещен между магнитными колесами и подпружинен
относительно платформы блоком управления и датчиками изменения потока
рассеяния установленными в нерабочей части воздушного зазора магнитных
колес и через блок управления соединенными с электромагнитом.
Рисунок 2.13– Устройство для ультразвукового контроля сварных швов
Ультразвуковая измерительная установка “СКАРУЧ”. Малогабаритная
установка измерительная ультразвуковая серии "Сканер" – модель
СКАРУЧ" (УИУ "СКАРУЧ") предназначена для оперативного обнаружения и
определения характеристик дефектов в сварных соединениях и основном
металле трубопроводов сосудов и металлоконструкций с толщиной стенки
– 60 мм и проведения толщинометрии изделий толщиной до 100 мм.
Установка используется для ручного и механизированного ультразвукового
контроля качества сварных соединений и основного металла со скоростью
продольного сканирования 0.5 – 1.0 ммин вдоль сварного шва или
участка основного металла. УИУ "СКАРУЧ" работает в режиме
автоматической фиксации и расшифровки результатов контроля (АФ и РРК)
при ручном сканировании системой преобразователей а также в режиме
ручного дефектоскопа (толщиномера) общего назначения. Контроль может
производиться как в цеховых так и в монтажных условиях. Аппаратура
прошла государственные испытания и имеет хорошие отзывы от
предприятий различных отраслей. УИУ "СКАРУЧ" сертифицирована
Госстандартом РФ зарегистрирована в государственном реестре средств
измерений (№ 15723-02) и допущена к применению в Российской Федерации.
Имеются сертификаты стран СНГ. Методика применения УИУ "СКАРУЧ
согласована с ГОСГОРТЕХНАДЗОРом РФ и разрешена для применения на
подконтрольных объектах [17].
Рисунок 2.14 – Ультразвуковая измерительная установка “СКАРУЧ”
Функциональные особенности ультразвукового дефектоскопа УИУ
– осуществляет 16 различных схем прозвучивания на каждом миллиметре
– обнаруживает внутренние дефекты (поры шлаковые включения непровары
– идентифицирует дефекты по характеру (объемные объемно- плоскостные
– оценивает параметры дефектов(длину и развитие по глубине);
– проводит толщинометрию основного металла по сканируемой поверхности с
шириной участка 65мм;
– автоматически отслеживает уровень акустического контакта с изделием;
– автоматически устанавливает и корректирует параметры УЗК с поправкой
– осуществляет самоконтроль работоспособности электроники и
акустической системы;
– автоматически фиксирует запоминает и расшифровывает результаты
– производит передачу результатов контроля в память подключаемого
– распечатывает результаты контроля с помощью подключаемого принтера;
– имеет автономное питание.
Основные технические характеристики ультразвукового дефектоскопа
– дискретность регистрации: датчика пути – 1 мм параметров дефекта – 1
мм толщины – 0.1 мм;
– измерение параметров дефекта сварного шва с погрешностью: по длине ±
мм; по глубине развития ± 0.5 мм;
– определение координат дефекта вдоль шва с погрешностью от пройденного
пути – не более 1 %;
– минимально выявляемый дефект – 0.8 – 1.0 мм;
– скорость УЗК – до 1 ммин;
– количество каналов – 8;
– количество схем прозвучивания – 16;
– частотный диапазон – 1.0 – 10.0 МГц;
– максимальное усиление по каждому каналу – 90 дБ;
– диапазон регулировки усиления – 85 дБ;
– максимальная глубина прозвучивания (продольные волны) – 10000 мм;
– время непрерывной работы от аккумуляторов (6
– диапазон рабочих температур: -20 – +45°С;
– время установления рабочего режима мин – 1;
– габариты дефектоскопа – 200 х 225 х 90 мм;
– вес дефектоскопа (с аккумуляторами) – 3.5 кг.
Основные преимущества дефектоскопа УИУ "СКАРУЧ":
– высокая достоверность УЗК т.к. в установке "СКАРУЧ" используется 16
схем и методов прозвучивания одновременно на каждом миллиметре
сканирования. За счет этого возможно – идентифицировать дефект по
характеру (плоскостной объемный объемно-плоскостной) оценить
реальные параметры дефекта (длину и высоту) оценить эквивалентные
размеры дефекта производить автоматическое слежение за уровнем
акустического контакта на каждом миллиметре пути;
– высокая оперативность. Скорость сканирования – до 1 ммин. Память
прибора позволяет запомнить результаты УЗК до 1000 м дефектных сварных
– отсутствие настройки. Она автоматически выставляется при наборе
типоразмеров контролируемого изделия;
– самоконтроль работоспособности ЭАТ;
– автоматическая расшифровка результатов УЗК;
– получение документа контроля (распечатки) всего сварного шва;
– не требуется дополнительной квалификации обслуживающего персонала;
– удобство в эксплуатации. Установка имеет малые габариты и вес
– многофункциональное назначение – УЗК сварных швов (стыковых
тавровых нахлесточных) УЗК основного металла в т.ч. определение
недопустимой коррозии и расслоения металла режим ручного
дефектоскопа режим ручного толщиномера.
Рассмотрим некоторые виды современных сканирующих устройств.
Установка АУЗК сварных швов труб
Рисунок 2.15 - Автоматизированная установка серии "СКАНЕР
Автоматизированная установка серии "СКАНЕР" АУИУ "СКАНЕР
предназначена для автоматизированного контроля ультразвуковым методом
продольных и спиральных сварных швов и околошовной зоны продольно- или
спиральношовных труб диаметром 508 1420 х 6 40мм изготовленных из
низколегированных сталей типа Ст 3 10 16ГС 17ГС 17Г2С 20 и др. с
идентичными акустическими свойствами с целью обнаружения дефектов типа
нарушений сплошности: трещин непроваров несплавлений шлаковых
включений пор неоднородностей продольной и поперечной ориентации
согласно нормативных требований API. Шероховатость поверхности
контролируемых труб — в состоянии горячей прокатной поставки. Контроль
производится в цеховых условиях. Способ акустического контакта —
щелевой. Контактная жидкость — вода. Скорость контроля — до 12 ммин.
В состав установки АУЗК входят следующие основные блоки и системы:
- механоакустический блок (МАБ) с 16-ю ультразвуковыми
телями расположенными по 8(“Ж-схема”) в двух рамках которые
крепятся к конструкции подвески;
- 16-канальный ультразвуковой дефектоскоп АУИУ “СКАНЕР” с
системой обработки отображения и архивирования информации рабочим и
отладочным программным обеспечением блоком управления;
- система слежения за сварным швом;
- координатная система;
- система краскоотметки;
- система подачи контактной жидкости;
- кабели соединительные и вспомогательная оснастка.
Конструктивно установка выполнена в виде пыле- и влагозащищенной
Установка АУЗК обеспечивает:
- автоматизированный контроль сварных швов и околошовной зоны;
- прозвучивание контролируемого металла по всему сечению;
- слежение за сварным швом;
- слежение за качеством акустического контакта;
- обнаружение дефектов продольной и поперечной ориентации согласно
нормативных требований
- отметку дефектных зон в процессе контроля;
- отображение результатов контроля на экране дефектоскопа;
- отображение результатов контроля на экране монитора ПЭВМ;
- накопление и сохранение результатов контроля (архивирование).
В установке АУИУ "СКАНЕР" реализованы: эхо-метод эхо-зеркальный
метод ультразвукового контроля в щелевом варианте (зазор - 0.5 0.7
Установка изготовлена в климатическом исполнении ХЛ ГОСТ15150:
температура в зоне контроля от+5оС до +80°С;
температура в зоне вторичной аппаратуры от +5°С до +30°С;
относительная влажность до 75% при температуре 0°С и атмосферном
давлении 84 106 кПа. По устойчивости к воздействию внешней среды
(климатических факторов пыли влаги) установка соответствует
исполнению 4.1. по ГОСТ 23049-84. По устойчивости к механическим
воздействиям АУИУ "СКАНЕР" соответствует виброустойчивому исполнению
по ГОСТ 12997-84. По устойчивости к воздействию агрессивных сред АУИУ
СКАНЕР" соответствует обычному исполнению по ГОСТ 23049-84. По
способу защиты от поражения электрическим током АУИУ "СКАНЕР
соответствует классу 01 по ГОСТ 14254.
Напряжение питания установки — 220 В ± 10 %.
Потребляемая мощность — 100 ВА.
Время установления рабочего режима — 1 мин.
Время непрерывной работы — 24 час.
Сканер HSFCS-XY01. Это гибкий сканер обладает необходимой
гибкостью для контроля неровных и наклонных поверхностей. Система
множественных чашечных присосов держит сканер на детали [18].
Рисунок 2.16 – Гибкий сканер HSFCS-XY01
HSFCS-XY01 – также может быть с чашечными присосами
активируемыми вручную что исключает необходимость использования
компрессора рисунок 2.6.
Рисунок 2.17 – Гибкий сканер HSFCS-XY01 с чашечными присосами
активируемыми вручную
– передвижной модуль прикреплен к каретке на колесиках с механизмом
быстрого освобождения;
– рельса сконструирована с петлей на одном конце для предохранения
сканера от случайных падений.
– общая протяженность хода до 3000 мм;
– разрешение кодировщика – 10 едмм;
– минимальны внешний изгиб – 360 мм;
– минимальный внутренний изгиб – 360 мм;
– шесть вакуумных генераторов смонтированных на коллекторе с подачей
воздуха и выпускным отверстием;
– сила удержания – 30 кг на чашку.
– алюминиевая направляющая с твердым анодированным покрытием 16 мм в
диаметре с зубчатой рейкой из нержавеющей стали;
– направляющая не двигается под своим собственным весом;
– конструкция каретки позволяет поворачивать ось Y что дает
возможность для измерений по траектории не параллельной оси Y.
– общий ход до 510 мм;
– приращение 0.5 или 1 мм устанавливается через делительный круг;
– блокировка по осям винтами.
– две оси с минимальным люфтом;
– система множественных присосов для удержания на горизонтальной
вертикальной или любой наклонной поверхности;
– гибкая ось Х смонтирована на вакуумных чашках для контроля изогнутой
поверхности профиля;
– подходит для обычного УЗК и УЗК ФР.
Ультразвуковой сканер LSI. Ультразвуковой дефектоскоп-сканер LSI
предназначен для автоматизированного ультразвукового контроля и
измерения толщины иммерсионным способом крупногабаритных изделий из
металлов и углеродистых сплавов. Область применения: УЗ контроль и
диагностика особо ответственных крупных объектов энергетики
нефтегазовых и нефтеперерабатывающих комплексов морского и речного
транспорта и др. (трубы большого диаметра резервуары цистерны
сосуды давления теплообменники корпуса кораблей и др.). Магнитные
колёса обеспечивают достаточный прижим сканера к контролируемой
поверхности длина подводящих кабелей даёт возможность его подъема на
высоту до 30 м. Управление передвижением может осуществляться вручную
с помощью джойстика или компьютером по заданной программе. Сканер
может быть оснащён одним УЗ датчиком для проведения сплошной
толщинометрии или двумя наклонными датчиками для контроля сварных швов
(метод TOFD). Сканер связан с системой управления кабелем передающим
УЗ сигналы и подающим питание для шаговых электромоторов сканера.
Вместе с кабелем проходит шланг подачи воды к головке сканера. В
автоматическом режиме система управляется с помощью компьютера с
применением специализированного программного обеспечения для
ультразвукового обследования UltraWin работающего в операционной
среде Windows. UltraWin предназначен для накопления данных контроля и
вывода картин А В и С-сканирований на экран и принтер [19].
Рисунок 2.18 – Автоматизированный сканер LSI
диапазон контроля по дальности (для стали) – 0.5 мм – 30 м;
разрешающая способность для поперечного сканирования – 0.11 мм;
разрешающая способность продольного перемещения – 0.25 мм;
рабочий диапазон частот – 0.5 – 30 МГц;
скорость поперечного сканирования до 500 ммсек;
скорость продольного перемещения до 100 ммсек;
диапазон регулирования усиления приемного тракта 110 дБ;
рабочий диапазон окружающих температур 5 – 50 (С;
масса сканера – 5 кг.
Ручной сканер HSMT-X03
Ручной сканер для предварительного контроля сварного шва. Сканер
предоставляет возможность для проведения полного ручного контроля
сварного шва. Онпозволяет проводить контроль эхо-методом TOFDи
методом фазированных решеток как раздельно так и одновременно(рисунок
Рисунок 2.19 – Ручной сканер HSMT-X03
Существуют еще ряд сканеров приведенных на рисунках 2.20-2.22
Рисунок 2.20 – Механизированные сканеры для контроля швов труб
Рисунок 2.21 – Ручной сканер для предварительного контроля сварного
Сканер (рисунок 2.21) предназначен для осуществления контроля
кольцевых сварных швов натрубах с внешним диаметром 4 дюйма с
использованием до 4 датчиков. А также для контроля пластин с
использованием до 8 датчиков. Сканер предоставляет возможность для
проведения полного ручного контроля сварного шва.
Рисунок 2.22 – Ручные тележки
Выбор метода контроля (анализ акустического тракта)
Проанализировав известные методы УЗ контроля сварных соединений
выбираем Х-схему контроля в которой реализуется эхо–метод и эхо-
импульсный метод. Прозвучивание стыкового сварного шва производится 4
наклонными преобразователями по поверхности стенки изделия.
Эхо-метод обладает наибольшей чувствительностью высокой
помехоустойчивостью простотой реализации и соответствует
конструктивным особенностям изделия (односторонний доступ).
В сварных швах контролируемого изделия возможны дефекты типа
трещин внутренних несплошностей и непроваров в корне шва. При
анализе эхо-метода формулы акустического тракта выводят для моделей
дефектов в данном случае реальные дефекты моделируются диском сферой
и двугранным углом. Амплитуды эхосигналов от моделей дефектов и
искусственных отражателей мало отличаются когда их размеры больше
длины волны ультразвука.
Рисунок 3.1 – Схема обнаружения трещин
Уравнение акустического тракта для диска площадью Sb имеет
где Sa– площадь преобразователя равная Sa = (a2 где а –
радиус преобразователя;
Sb– площадь дефекта равная Sb = (b2 где b – радиус
R – путь ультразвука в материале объекта контроля равный
– угол наклона призмы;
rn – приведенный путь ультразвука в призме преобразователя;
[pic] – коэффициент прохождения по энергии через
Е – функция описывающая затухание УЗ колебаний.
В соответствии с графиком [12] для раздела границ оргстекло-сталь
Исходя из известных параметров преобразуем формулу (3.1).
Функция описывающая затухание УЗ колебаний будет определяться
где пр – коэффициент затухания в материале призмы;
– коэффициент затухания в материале объекта контроля;
rno - действительный путь центрального луча в призме;
R – путь ультразвука в материале объекта контроля.
Приведенный путь ультразвука в призме преобразователя будет
определяться выражением:
где r – действительный путь центрального луча в призме;
[pic] и [pic]– скорости УЗ-волн в призме и изделии.
Длина пути до дефекта в изделии:
С учетом формул (3.2) (3.4) выражение (3.1) примет вид:
Рисунок 3.2 – Схема обнаружения пор
Уравнение акустического тракта для сферы имеет вид [12]:
С учетом формул (3.2) и (3.4) выражение (3.6) примет вид:
Рисунок 3.3 – Схема обнаружения непровара в корне шва
В качестве ширины пропила d в формулу 3.26 необходимо подставить
эквивалентную высоту b непровара (см. рисунок 3.3)
Уравнение акустического тракта для бесконечной полосы [12] имеет
С учетом формул (3.2) и (3.4) (3.9) выражение (3.8) примет вид:
Акустический тракт для контроля эхо-импульсным методом.
Рисунок 3.4 – Схемы на прохождение обнаружения: а) трещин; б)
непроваров в корне шва; в) пор
Расчет акустического тракта при контроле по Х-схеме сводится к
анализу ослабления амплитуды сквозного сигнала. Сквозной сигнал в
отсутствие дефекта Ас считается по формуле (3.11)
rno – действительный путь центрального луча в призме;
R – путь ультразвука в материале объекта контроля от источника
излучения к приемнику.
Сигнал принимаемый при наличии дефекта вычисляют как разность
между сквозным сигналом и сигналом отраженным от дефекта [12]
следовательно формулы для расчета акустического тракта имеют вид:
Для схемы обнаружения трещин (рисунок 3.1):
- для схемы обнаружения пор (рис.3.2):
- для схемы обнаружения непроваров в корне шва (рис.3.3):
Графики чувствительности показаны на чертеже УЗК 00.00.00 Д3
Расчет и проектирование преобразователей
Выбор расчет и проектирование пьезоэлектрического
преобразователя определяется конфигурацией изделия условиями доступа
для проведения контроля наиболее вероятным месторасположением типом
и ориентацией дефектов наличием ложных сигналов и т. д. [6].
Пьезоэлектрический совмещенный наклонный преобразователь
изображен на рисунке 4.1.
– пьезопластина; 2 – призма; 3 – электроды; 4 – демпфер; 5 – корпус;
– соединительный кабель.
Рисунок 4.1 – Эскиз совмещенного наклонного пьезопреобразователя
Расчет пьезопреобразователя начнем с нахождения рабочей частоты
Выбор рабочей частоты ультразвуковых колебаний определяется в
основном коэффициентом затухания и уровнем структурной реверберации
материала объекта а также его габаритами. Увеличение частоты
способствует повышению разрешающей способности уменьшению мёртвой
зоны снижению величины минимально выявляемых дефектов повышению
точности измерения расстояния. С другой стороны это приводит к
возрастанию затухания ультразвука и уменьшению толщины пьезопластины.
Кроме того ухудшаются условия прохождения волн через поверхность
ввода и увеличивается интенсивность отражений от границ зёрен. Таким
образом можно оценить и выбрать оптимальную частоту которая
обеспечит наибольшую чувствительность контроля при минимальных потерях
энергии ультразвука.
Для свариваемых деталей толщиной 12 – 60 мм эффективно
применение преобразователя с углом ввода α = 50° – 70° рабочей
частотой f = 2.5 – 4.0 МГц размером пьезопластины 10 – 15 мм уровень
фиксации 2 – 7 мм2 [6].
Выберем стандартную рабочую частоту fр = 25 МГц.
Частота УЗ-колебаний должна быть такой чтобы длина волны была
меньше размеров дефекта которые требуется обнаружить. За размер
дефекта принимают диаметр плоскодонного отверстия d соответствующий
уровню фиксации. Отсюда следует требование [6]:
5 МГц > 2.3 МГц – условие выполняется.
Основной элемент преобразователя – пьезопластина. Из
пьезокерамических материалов наибольшее распространение получили
цирконат-титанат свинца (ЦТС) и твердые растворы четырехкомпонентных
систем включающих титанат свинца и цирконат свинца (ПКР). За рубежом
широко применяют метаниобат свинца и ниобат лития.
В качестве материала пьезопластины выберем цирконат-титанат
свинца ЦТС-19 так он обладает высоким коэффициентом
электромеханической связи [pic] = 0.4 который определяет
эффективность возбуждения и приема пластиной акустических волн и
достаточно высоким значением диэлектрической постоянной [pic] = 1525 ±
5 что позволяет применить соединительный электрический кабель с
большой удельной емкостью его основные характеристики приведены в
таблице 4.1. Также его преимущество в том что у него слабы колебания
по ширине пластины которые являются паразитными по отношению к
основным колебаниям по толщине [2].
Таблица 4.1 – Характеристики ЦТС-19
Тип среза Вдоль направления поляризации
Скорость звука ClCt 10-3 мс 5.03.3
Плотность 10-8 кгм3 7
Характеристический импеданс 10-6 кг(м2(с)3523
Диэлектрическая постоянная 1525(325
Пьезомодуль 1012 КлН 200
Коэффициент электромеханической связи 0.35 – 0.45
Допустимая температура (С Св. 290
Для эффективного возбуждения пьезопластины необходимо чтобы
собственная частота f толщинных колебаний пьезоэлемента совпадала с
рабочей частотой электрических колебаний. Это условие обеспечивается
где сп и (п – соответственно длина волны и скорость звука в
материале пьезопластины.
Пьезопластина которая удовлетворяют этому требованию
обеспечивает максимальную амплитуду излученного импульса при прочих
С учетом этих требований рассчитаем толщину пластины:
Примем толщину пластины hп = 0.66 мм. На противоположных
поверхностях пластины располагаются круглые серебряные электроды для
приложения электрического поля.
При выборе поперечных размеров пьезоэлемента следует учитывать
что увеличение поперечных размеров сужает характеристику направленности
и повышает чувствительность в дальней зоне одновременно увеличивая
протяженность ближней зоны. Кроме того увеличение размеров
пьезоэлемента влечет за собой увеличение площади контактной
поверхности что снижает достоверность и воспроизводимость результатов
контроля. В то же время пьезоэлемент малых размеров не обеспечивая
требуемой мощности излучения обладает недостаточной разрешающей
способностью и пониженной точностью определения координат дефектов
вследствие широкой диаграммы направленности.
Примем рабочую частоту равной 25 МГц. Тогда исходя из
рекомендации af=12 15 ммМГц где а – радиус пьезопластины [6] радиус
пьезопластины равен 6 мм.
В качестве материала призмы выберем органическое стекло т.к. его
целесообразно применять в диапазоне частот 1.5 – 5 МГц.
Таблица 4.2 – Параметры органического стекла
Плотность ρ кгм3 1180
Скорость продольной волны Сl мс 2670
Скорость поперечной волны Сt мс 1120
Скорость поверхностной волны Сs мс 1050
Коэффициент затухания м-1 8(10-6(f
Для УЗ контроля сварных швов толщин 12мм и более эффективны
наклонные ПЭП с углами ввода α0 = 50( – 70°. Рабочая частота 25 – 4
МГц. Прозвучивание производится с одной поверхности [6]. Примем α0 =
По рисунку 4.2 определим угол наклона призмы по закону синусов:
Сtи – скорость поперечных волн в изделии мс.
Формула (4.3) является приближенной т.к. под влиянием изменения
условий преломления лучей угол максимума излучения не всегда
соответствует расчетному [2].
Рисунок 4.1 – Схема контроля
При конструировании призмы необходимо проверять отсутствие
продольной и поверхностной волны в объекте контроля. Условие
отсутствия продольной волны:
поверхностной волны:
где – угол между акустической осью и крайним лучом.
Крайними лучами расходящегося пучка следует считать те амплитуды
которых уменьшаются до 20 дБ по сравнению с центральным лучом.
Найдем значение угла 1 по формуле:
Проверим отсутствие поверхностной волны по условию (4.5):
Уточним угол ввода по графику [12] α0 = 63 º
Форма призмы и её размеры выбираются таким образом чтобы они
обеспечивали отсутствие ложных импульсов. Для этого необходимо чтобы
отраженные от поверхности призма-изделие волны не попадали на
пьезопластину. В ближней зоне пьезоэлемента излучаемую волну можно
считать слабо расходящейся. Тогда требования таковы что луч АА'
рисунок 4.2 выходящий из нижней части пьезопластины после отражения
от нижней поверхности призмы с учетом трансформации не должен
попадать на верхнюю часть пьезопластины а луч ВВ' выходящий из
верхней части пластины не должен попадать на ребро двугранного угла.
Эти условия можно записать в следующем виде [7]:
Стрела преобразователя определяется по формуле [5]:
Стрелу преобразователя с учетом толщины стенки преобразователя
(принимаем 1мм) и с учетом рифления корпуса блока преобразователей
(принимаем 1 мм) выберем n =11 ( 10-3 м.
Путь центрального луча в призме определяется из условия [7]:
Уточним [pic] с учетом конструктивных размеров приняв AD
= 36 мм.Тогда анализируя рисунок 4.2 получим что:
Таким образом все отраженные волны должны попадать в ловушку и
испытывая в ней многократные отражения до попадания на пьезоэлемент
должны ослабнуть не менее чем на 60 дБ. Ослабление центрального луча в
призме на пути от пластины до объекта должно быть не более 10 дБ.
Рисунок 4.2 – Расчетная схема преобразователя
Акустическое поле преобразователя с линией задержки можно
приближенно оценить введением мнимого пьезоэлемента. Направление
акустической оси мнимого излучателя определяется углом ввода
центрального луча в изделие. Расстояние вдоль акустической оси от
точки ввода до мнимого пьезоэлемента вычисляется по формуле [7]:
Мнимый излучатель строится перпендикулярно акустической оси а
его размеры принимают равными размеру преломленной лучевой трубки
реального излучателя как показано на рисунке 4.2. Для дискового
пьезоэлемента мнимый излучатель будет иметь форму эллипса с осью 2(а1
в плоскости падения равной:
Значит радиус мнимой пьезопласины [pic] м.
Вторая ось будет иметь размер 2(а = 12 мм.
Сведем все полученные параметры пьезопреобразователя в таблицу.
Таблица 4.3 – Параметры пьезопреобразователя
Рабочая частота МГц 25
Угол ввода α0 град 63
Стрела преобразователямм 11
Угол наклона призмы [pic] град 48
Радиус пьезопласины а мм 6
Путь центрального луча в призме 1204
Радиус мнимой пьезопластины а1 мм 407
Толщина пластины h мм 066
Определим протяженность ближней зоны и угол раскрытия основного
лепестка диаграммы направленности преобразователя [9]:
Таким образом преобразователь состоит из следующих составных
элементов: пьезопластины призмы и корпуса (протектор в нашем случае
применять не будем).
Пьезопластина – является основным элементом ПЭП к посеребренной
поверхности которой припаивается экранированный провод для приложения
электрического поля и всё помещается в полость призмы. Призма
изготовляется обычно из износостойкого материала (оргстекло). При
разработке и изготовлении преобразователей размеры форму и материал
призмы выбирают таким образом чтобы они по возможности удовлетворяли
следующим основным требованиям: обеспечивали достаточное гашение УЗК
возникающих при отражении волн на границе раздела призма – изделие.
Это условие выполняется тогда когда все отраженные волны попадают в
ловушку и испытывают в ней многократные отражения. Ловушка выполняется
в виде ребристой поверхности на передней грани призмы. Кроме того
материал призмы должен обладать износостойкостью а в ряде случаев и
Далее пьезопластина заливается эпоксидной смолой с наполнителем
(демпфер-ЭД5). Данная конструкция помещается в корпус приклеивается к
его стенкам подключается к разъему. Корпус преобразователя
обеспечивает прочность конструкции а также экранирование
пьезоэлемента и выводов от электронных помех. Электрические контакты
выполняются пайкой легкоплавкими припоями особенно на
пьезокерамической пластине во избежание её располяризации. Для
соединения пьезопластины с разъёмом применяется коаксиальный кабель с
минимальной ёмкостью. Пьезопластину приклеивают к призме с помощью
клея ЛБС1 (ГОСТ 901 – 78).
На корпус преобразователя затем наносится риска определяющая
стрелу преобразователя и маркировочные значки.
1 Выбор частоты ультразвуковых волн
Рабочая частота контроля определяется в основном коэффициентом
затухания ультразвука в материале изделия минимальными размерами
выявляемых дефектов а также толщиной прозвучиваемого материала. Зная
эти характеристики можно оценить и выбрать оптимальную частоту
которая обеспечит наибольшую чувствительность контроля при минимальных
потерях ультразвуковой энергии на рассеяние и поглощение [10].
Так как объект контроля изготовлен из крупнозернистой
низколегированной конструкционной стали то его контроль возможно
производить на частотах 25 или 50 МГц.
Кроме того одним из главных критериев выбора оптимальной частоты
является допустимый размер дефекта который в данном случае составляет
bmin=15(10-3 м. Т.е. необходимо чтобы удовлетворялось условие (2bmin
((bmin). Следует также иметь в виду что чем выше частота тем меньше
длина волны и тем лучше условия отражения от дефектов. Кроме того
повышение частоты увеличивает направленность излучения и приема что
ведет к возрастанию отношения отраженной от дефекта энергии к общей
энергии вводимой в изделие. Однако с повышением частоты повышается
коэффициент затухания ультразвука ухудшаются условия прохождения волн
через поверхность ввода увеличивается интенсивность отражений от
границ зерен и неоднородностей материала не являющихся дефектами [15].
На основании всех перечисленных критериев и с учетом того что
желательно ориентироваться на стандартные преобразователи выпускаемые
промышленностью которые имеют определенный ряд конкретных значений
частот выбираем частоту прозвучивания равной 25 МГц.
2 Выбор типа ультразвуковых волн
Продольные и поперечные волны применяют обычно для выявления
дефектов в толще и вблизи поверхности массивных деталей толщина
которых значительно превосходит длину волны [3].
Поверхностные волны применяют для обнаружения дефектов
непосредственно выходящих на поверхность или залегающих на глубине не
более длины поверхностной волны. Их энергия уменьшается с увеличением
глубины и практически достигает нуля на глубине равной длине волны.
Для выявления подповерхностных дефектов применяют головные волны.
Они не следуют изгибам поверхности подобно поверхностным а
распространяются прямолинейно. В каждой точке поверхности ими
порождаются поперечные волны уходящие под углом равным третьему
критическому. В связи с этим амплитуда головной волны быстро убывает с
расстоянием. Основное отличие головных волн от поверхностных с точки
зрения практики ультразвукового контроля – это нечувствительность к
дефектам на поверхности изделия. Поэтому примером применения головных
волн может служить выявление дефектов под валиком шва усиления сварного
шва под антикоррозионной наплавкой резьбой.
Волны в пластинах (волны Лэмба) применяют для контроля листов
оболочек труб толщиной не более 3..5 мм т.е. соизмеримой с длиной
волны. Для контроля проволок и стержней диаметр которых соизмерим с
длиной волны применяют волны в стержнях (волны Похгаммера).
Для контроля заданного изделия выбираем поперечный тип волн
которые будут вводиться при помощи наклонного преобразователя.
Использование поперечных волн является более предпочтительным в связи
с меньшей длиной волны что повышает чувствительность к дефектам и
разрешающую способность контроля. Верхнюю часть шва контролируют
однократно отраженным лучом а нижнюю прямым. При этом используют
совмещенный преобразователь.
Направление волн должно быть таким чтобы обеспечивалось надежное
выявление наиболее опасных дефектов (трещин пор непроваров) [15].
Определение направлений прозвучивания выбранным типом волн
основано на обеспечении полного 100%-го прозвучивания сечений сварных
швов объекта контроля и надежном выявлении опасных дефектов.
Автоматизированный контроль изделий часто производят контактным
способом. Этим же способом будем производить контроль данного изделия.
При этом способе контакта преобразователь прижимают к поверхности
изделия предварительно смазанной жидкостью. Контактный смазочный
материал должен хорошо смачивать контролируемый материал и поверхность
преобразователя создавать равномерный тонкий слой и не стекать слишком
быстро с поверхности.
В зависимости от толщины слоя контактной смазки hсм в акустическом
контроле различают три способ ввода ультразвуковых колебаний
(акустического контакта):
– контактный (hсм ();
– щелевой (hсм ( ();
– иммерсионный (hсм >> ().
В данном случае можно считать шероховатость поверхности объекта
контроля приемлемой для обеспечения контактного способа ввода
ультразвуковых колебаний через слой контактной смазки.
При контактном способе слой жидкости имеет толщину меньше длины
волны ультразвука в ней. Этого достигают путем плотного прижатия
преобразователя к поверхности объекта контроля на которую
предварительно наносят смазку. Нарушение жидкой прослойки или изменение
ее толщины приводит к изменению качества акустического контакта и как
следствие к снижению достоверности результатов контроля [2]. Поэтому
при проектировании устройства сканирования заданного изделия необходимо
обеспечить стабильный акустический контакт преобразователя с объектом
Для создания постоянного акустического контакта в качестве
контактной смазки для данного случая будет использоваться вода т.к.
объект контроля расположен горизонтально и имеет большие размеры.
Правильный выбор мест ввода ультразвуковых волн должен обеспечить
принятые направления прозвучивания объекта контроля. При этом следует
учитывать что качество поверхности ввода ультразвука должно обеспечить
его максимальное прохождение в изделие по всей площади сканирования.
Для этого необходимо освободить контролируемый материал от
неплотно прилегающих наслоений под которыми может образоваться
воздушная прослойка не пропускающая ультразвук а затем сгладить
неровности для обеспечения стабильного акустического контакта. С
поверхности удаляют отслаивающуюся окалину и краску сглаживают
забоины задиры галтельные переходы переходы от выпуклости сварного
шва к основному металлу брызги металла сварочный флюс.
Качество поверхности оценивают по параметрам шероховатости (ГОСТ
89-73). Оптимальной считается шероховатость менее Rz=20 40 мкм.
Контроль сварного шва будет производиться 4-мя наклонными
преобразователями которые будут расположены по Х-схеме. Расположим
преобразователи под углом 450 к оси сварного шва и зная параметры
объекта и пьезопреобразователя можно графически определить места ввода
ультразвуковых колебаний в изделие( рисунок 5.4.1).
Рисунок 5.4.1- Сечение сварного шва под углом 45
Из рисунка 5.4.1 следует что расстояния Х1 и Х2 будут рассчитаны
по следующим формулам:
Контроль мест пересечения сварных швов будет вестись при помощи
устройства УП-1 УИУ «СКАРУЧ».
Особенности изделия позволяют определить непровары в корне шва
Скорость сканирования примем [pic].
Зоны прозвучивания и схема сканирования объекта контроля
изображены на чертеже УЗК 00.00.000 Д2.
На основе анализа акустического тракта можно показать
предполагаемые осциллограммы они приведены на рисунке 5.5.2.
[pic] [pic] [pic] [pic]
Рисунок 5.5.1 – Предполагаемые осциллограммы.
Для отстройки от помех и упрощения техники контроля определим
зоны стробирования. Так как схема контроля происходит по Х-схеме и в
зависимости от такта работы один из преобразователей работает по
совмещенной схеме а три остальных работают как приемники то
необходимо стробировать весь путь ультразвука в объекте контроля (рис.
Рисунок 5.5.2 – Схема контроля.
где: r – полное расстояние пройденное ультразвуком:
С – скорость волн в материале изделия.
Рассчитаем зону стробирования для наклонного преобразователя:
Расшифровка результатов будет производиться на основании
полученных результатов контроля. Глубина залегания определяется исходя
из времени прохождения зондирующего импульса от поверхности ввода и
Эквивалентный размер определяется на основании результатов
измерения амплитуды эхо – сигнала расстояния до дефекта и его
ориентации относительно акустической оси пьезоэлемента.
Прозвучивание одновременно шва с двух противоположных сторон
наклонными искателями позволяет определить на основании результатов
сканирования ориентацию дефекта в объеме.
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
В нашей стране для текущей проверки наиболее важных параметров и
характеристик приборов ГОСТ 14782-86 предусмотрен комплект из четырех
стандартных образцов (СО) [4].
В данном случае для настройки и проверки характеристик прибора
удобно применить стандартный образец СО-2 который выполнен из стали
по ГОСТ 1050-74 или из стали 3 по ГОСТ 14637-69. Для заданного
изделия образец будет представлять собой плиту выполненную из стали
размерами 210(59(30 мм и накладку (рисунок 5.6.1) которую укрепляют
[pic] ( 0 20 40 50 60
Рисунок 5.6.1 – Накладка к контрольному образцу СО-2А
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.
Размеры контрольного образца в сборе должны соответствовать
внешнему контуру накладки.
Для настройки дефектоскопа согласно [16] допускается
использовать стандартный образец предприятия с искусственным дефектом в
виде уголкового отражателя (см. рисунок 5.6) изготовленный из стали
той же марки что и контролируемое изделие.
Рисунок 5.6.2 – Стандартный образец с уголковым отражателем
При этом размеры углового отражателя определяются размерами
плоскодонного дискового отражателя дающего эхо-сигнал такой же
амплитуды как от минимального недопустимого дефекта. Необходимую
площадь углового отражателя определяют по формуле
где Sд – площадь плоскодонного отверстия;
N – коэффициент для стали и других металлов и сплавов
зависящий от угла ( который задается в технической документации на
контроль с учетом справочного приложения 5 [16].
При этом ширина b и высота h углового отражателя должна быть
больше длины волны; отношение hb должно быть более 05 и менее 4.
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 .
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
- 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.
Подключить дефектоскоп оператор имеет право только на специально
оборудованных постах в остальных случаях подключение производит техник-
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.
Сканирование объекта контроля будет проводиться с помощью
механического сканирующего устройства.
Наклонные преобразователи (1) заключаются в металлический корпус-
держателя так чтобы края преобразователя и корпуса плотно прилегали друг
к другу для обеспечения жесткой фиксации. Эта конструкция помещается в
основной корпус больших габаритов и между ними располагается пружина
для обеспечения плотного прижатия преобразователей к поверхности объекта
контроля. Основной корпус состоит из двух боковых стенок и крышки
скрепляющей их. В основном корпусе вдоль боковых стенок располагаются
два отверстия для подачи жидкости. Крепление трубок обеспечивается с
помощью штуцера с наружной цилиндрической резьбой. Все это образует
фиксатор преобразователя. Фиксаторы ( ) преобразователей устанавливаются
на штанги для удобства установки фиксаторов на одной из граней которых
нанесена шкала проградуированная в миллиметрах и позволяющая определить
расстояние от оси сварного шва до точки ввода ультразвука. Конструкция
штанг позволяет установить преобразователи как для контроля с одной
стороны шва так и с обеих сторон. Таким образом возможно осуществить
контроль шва при любом направлении движения а также контролировать
качество акустического контакта преобразователей с поверхностью объекта.
Штанги при помощи винтов крепятся на основание ( ).
Для перемещения преобразователей вдоль продольной оси валика шва в
сканирующем устройстве предусмотрены обрезиненные направляющие колеса (
) посаженные на оси ( ). Они имеют вырез повторяющий форму валика
усиления шва. Небольшой диаметр колес не позволяет им соскочить с
поверхности валика шва. Также в конструкции предусмотрены дополнительные
обрезиненные колеса с кобальтоникелевыми магнитами ( ) благодаря чему
обеспечивается плотное прижатие колес к поверхности объекта а также
магниты уменьшают нежелательные вибрации и удары при проведении контроля.
Для обеспечения хорошей подвижности механизма перемещения в конструкции
применены подшипники качения ( ).
К основанию( ) прикреплена ручка( ) для перемещения сканирующего
устройства вдоль сварного шва. Для удобства оператора предусмотрена
возможность установки дефектоскопа непосредственно на сканирующее
устройство. Для этого имеется основание крепления дефектоскопа ( ) а
также предусмотрено крепление ( ) для установки бака с водой ( ) для
обеспечения акустического контакта преобразователей с поверхностью
В качестве дефектоскопа выберем УИУ СКАРУЧ преднозначенный для
формирования электрических сигналов и возбуждения ПЭП в акустических
блоках приема и обработки по заданному алгоритму пришедших с
акустических блоков сигналов выдачи информации о наличии дефектов их
координатах типе и размере.
Сборочный чертёж сканирующего устройства представлен на чертеже
Чувствительность определяется по ослаблению зондирующего
сигнала. Расчет ослабления сигнала для различных видов отражателей был
произведен при теоретическом анализе акустического тракта (Приложение
Графики чувствительности для наклонного преобразователя
изображены на чертеже УЗК 00.00.00Д3. На этих графиках представлена
зависимость ослабления сигнала от размера дефекта.
Расчет производительности контроля произведем на основе данных о
методике контроля схемы сканирования и размеров объекта контроля.
При этом необходимо учитывать время на оценку полученных
результатов подготовительные операции снятие объекта. Так же
необходимо отметить что настройку дефектоскопа производят один раз за
Время нанесение контактной жидкости на поверхность ввода УЗ –
Время для установки устройства сканирования на объект контроля:
Время затрачиваемое при перемещении преобразователя по объекту
где: V—скорость сканирования;
l – длина перемещения.
Стальной лист имеет четыре сварных шва длиной 2000мм и два –
00 мм таким образом:
t3=162006 = 2700 сек.
Время на расшифровку результатов:
Время на перенос сканирующего устройства на следующий сварной шов :
Окончательное время которое необходимо затратить на контроль
t = t1 + t2 + t3 + t4 + t5·
t = 90+30+2700+60+360=3210 с
В расчетах не учитывается время на зачистку поверхности снятие
контактной жидкости и настройку дефектоскопа.
Посчитаем производительность контроля считая что рабочее время
Время на настройку дефектоскопа tн=20 мин=1200 с
Время на контроль Т=25200-1200=24000 с
П=240003210[pic]7 листов за одну смену.
В данном курсовом проекте для заданного сварного полотнища на
основе анализа литературных источников и нормативной документации
была разработана методика и аппаратура для ультразвукового контроля
позволяющая обнаружить внутренние дефекты вида пор трещин и
непроваров размером от b=15 мм до b= 4 мм. Был произведен анализ
акустического тракта построены графики чувствительности для различных
отражателей которые приведены в приложениях.
Также спроектирован наклонный совмещенный пьезоэлектрический
преобразователь имеющий следующие характеристики: рабочая частота 25
МГц радиус пьезопластины 6 мм угол наклона призмы 480 угол ввода
поперечных волн в изделие 630 стрела 11 мм.
Контроль производится эхо-методом по Х-схеме с совмещенным
наклонным преобразователем при одностороннем доступе с обеих сторон
сварного соединения.
Также разработано сканирующее устройство позволяющее
контролировать соединения с высокой производительностью.
Производительность контроля по расчетам составила около 7 полотнищ за
Также в проекте произведен выбор дефектоскопа. Для контроля
предлагается использовать универсальный дефектоскоп Скаруч обладающий
высокими техническими эксплуатационными и эргономическими
ГОСТ 8713-79 “Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы
конструктивные элементы и размеры”. – М. Издательство стандартов 1979. –
Алешин Н. П. Ультразвуковая дефектоскопия: Н. П. Алешин В. Г.
Лупачев. Справ. пособ. – Мн.: Высш. шк. 1982. – 271 с.
Методы акустического контроля металлов Под ред. Н. П. Алешина. –
М.: Маш. 1989. – 456 с.
Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы
контроля: Практ. пособие И. Н. Ермолов Н. П. Алешин; Под ред. В. В.
Сухорукова. – М.: Высш. шк. 1991. – 283 с.
Неразрушающий контроль. В 7 кн. Ультразвуковой контроль: справочник
Под ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение 2004. – 835 с.
Сергеев С. С. Приборы и методы акустического контроля.
Методические указания к курсовому проектированию для студентов
специальности Т06.01 «Приборостроение».– Могилев: МГТУ 2001.– 35 с.
Сергеев С. С. Приборы и методы акустического контроля. Физические
основы акустического контроля. Методические указания к самостоятельной
работе для студентов специальности 1-54 01 02 «Методы и приборы контроля
качества и диагностики состояния объектов. – Могилев: ГУВПО «Белорусско-
Российский университет» 2004. – 48 с.
Аппаратура и технология ультразвукового контроля. Методические указания к
самостоятельной работе для студентов специальности 1-54 01 02 «Методы и
приборы контроля качества и диагностики состояния объектов. – Могилев:
ГУВПО «Белорусско-Российский университет» 2004. – 47 с.
Сергеев С. С. Приборы и методы акустического контроля материалов
и изделий. Методические указания к самостоятельной работе для студентов
специальности 1-54 01 02 «Методы и приборы контроля качества и
диагностики состояния объектов. – Могилев: ГУВПО «Белорусско-Российский
университет» 2004. – 48 с.
Ультразвуковая дефектоскопия: 2-е изд. Б. И. Выборнов. М.:
Машиностроение 1986 г.- 256с.2.
Щербинский В. Г. Технология ультразвукового контроля сварных
соединений. – М.: “Тиссо”. 2003. – 326 с.
А.с. 1182383 СССР МКИ G01N 2904 Устройство для ультразвукового
контроля сварных швов продольно – поперечным сканированием А. А.
Марков Ю. А. Корольков А. К. Гурвич В.А. (СССР).-№367369225 – 28.
Заявлено 09.12.83. Опубл. 30.09.85. Бюл. №36 – 4 с.:ил.
Авторское свидетельство СССР № 906729 кл. В 60 В 1500 1980.
Устройство для перемещения преобразователей дефектоскопа Т.Власов
Л.А.Каплан М.С.Клавдиев и А.А.Чернобельский
Ультразвуковой контроль материалов: Справ.изд. Й. Крауткремер Г.
Крауткремер; Пер.с нем. – М:Металлургия1991.752 с.
ОСТ 14782 –86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы
ультразвуковые. - Государственный комитет СССР по стандартам 1991 г.
Рисунок А.1 – Диаграмма направленности в полярной системе координат
Рисунок А.2 – Диаграмма направленности в декартовой системе координат
Рисунок А.3 – График зависимости отношения АА0 от частоты для
Расчет чувствительности наклоного преобразователя
Коэффициент затухания в ОК
Радиус пьезопластины
Путь УЗ пучка в призме
Путь УЗ пучка в призме до
Рисунок А.4 – График чувствительности для модели дефекта типа
диска при b1 = 1.5 мм b2 = 2.5 мм b3 = 4 мм
Для двухгранного угла
Рисунок А.5 – График чувствительности для модели дефекта типа
Рисунок А.6 – График чувствительности для модели дефекта типа
сфера при b1 = 1.5 мм b2 = 2.5 мм b3 = 4 мм
Белорусско-Российский университет гр. МПК-051
Разработка методики и технических средств для УЗ контроля сварного
Пояснительная записка