Акустический контроль емкости

При измерении размера  дефекта по АРД – диаграммам, необходимо определить коэффициент  затухания ультразвука d.

Для отстройки от ложных эхо-сигналов возможно применение метода амплитудной дискриминации, при  котором, за счет стробирования зон  развертки, в которых возможно их появление, фиксируются только те сигналы, амплитуда которых превышает уровень ложных. Таким образом, необходимо  определить зоны стробирования сигнала (зоны временной селекции).

Зону стробирования выставляем в дефектоскопе (см. пункт 5.5). В данном приборе существует возможность выставить строб в зависимости от толщины изделия. Начало строба выставляем 4 мм (половина толщины изделия), длину строба 14 мм.

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.

Ниже представлены предполагаемые осциллограммы обнаружения дефектов (рисунок 5.3).

 

 

 

а) от непровара прямым лучом, б) от поры однократно-отражённым лучом,  
в) от трещины однократно-отражённым лучом.

 

Рисунок 5.3 – Предполагаемые осциллограммы обнаружения дефектов.

Определим зоны стробирования  для каждой схемы сканирования.

Зона стробирования t₁ – t₂ при контроле стыкового шва прямым лучом определяется геометрическим путем.

 

Рисунок 5.5.2 – Схема  для определения зон стробирования

 

В данном случае L=10мм, r_пр=4,12 мм и тогда для прямого луча можно определить зону стробирования по формуле

 

   (5.4.1)

 

    (5.4.2

 

Для однократно отраженного  луча

 

 (5.4.3)

 

      (5.4.4)

 

 

Глубина залегания дефекта  пересчитывается исходя из времени  прохождения импульса.

 

5.5 Выбор технических средств контроля

 

Для создания требуемого напряжения на пьезоэлементе и регистрации импульсов, приходящих от пьезоэлектрического преобразователя, используются ультразвуковые эхо-дефектоскопы.

Исходя из анализа  технических средств контроля (пункт 2) выберем ультразвуковой эхо-дефектоскоп  УД4-Т. Как видно из характеристик дефектоскопа УД4-Т, данный прибор удовлетворяет условиям контроля заданного объекта. Дополнительными преимуществами данного прибора являются автономное питание, малые габариты и вес.

 

5.6 Разработка метрологического  обеспечения средств контроля

 

Для исключения влияния  субъективных факторов на результаты акустического контроля, необходимо создать стандартные условия контроля. Одним из существующих и существенных моментов стандартизации контроля является настройка параметров приборов по эталонным  и контрольным образцам. Для текущей проверки наиболее важных параметров и характеристик приборов служит комплект стандартных образцов по ГОСТ14782-86.

Для контроля реальных объектов и для настройки чувствительности удобно использовать специальные контрольные  образцы с искусственными дефектами. Образец изготовляют из материала той же марки, такой же номинальной толщины и кривизны, что и контролируемое изделие. Обязательным условием является соответствие качества поверхности испытательного образца качеству поверхности контролируемого изделия и проведение термообработки, если она предусмотрена для штатного изделия.

Для проверки основных параметров преобразователя используется комплект стандартных образцов, который предусмотрен ГОСТ 14782-86.

Стандартный образец СО-2 применяют для определения условной  чувствительности, мертвой зоны, погрешности глубиномера, угла ввода луча, ширины основного лепестка диаграммы направленности, импульсного коэффициента преобразования при контроле соединений из малоуглеродистой и низколегированной сталей, а также для определения предельной чувствительности.

 

Рисунок 5.6.1 - Стандартный образец СО-2

 

Стандартный образец СО-3 следует применять для определения точки выхода ультразвукового луча преобразователя (стрелы ПЭП). Допускается применять стандартный образец СО-3 для определения времени распространения ультразвуковых колебаний в призме преобразователя.

 

Рисунок 5.6.2 - Стандартный образец СО-3

 

Для контроля реальных объектов и для настройки чувствительности удобно использовать специальные контрольные  образцы с искусственными дефектами, которые могут изготовляться непосредственно на предприятии. Образец изготовляют из материала той же марки, такой же номинальной толщины и кривизны, что и контролируемое изделие. Обязательным условием является соответствие качества поверхности испытательного образца качеству поверхности контролируемого изделия и проведение термообработки, если она предусмотрена для штатного изделия.

Для простоты работы, более точной и быстрой  расшифровки эхо-сигналов на экране дефектоскопа устанавливается рабочий участок. Его можно установить по СОП (рисунок 5.6.3).

 

 

  Рисунок 5.6.3 - СОП для настройки рабочего участка и чувствительности дефектоскопа при контроле угловых швов.

 

Для этого,  вначале  прямым лучом находят максимальный эхо-сигнал от нижнего бокового отражателя, а однократно отраженным лучом - эхо-сигнал от верхнего отражателя и замечают эти положения сигналов на экране дефектоскопа, после чего строб-импульс между этими метками перемещают влево на половину его величины, а затем задний фронт строб-импульса доводят до метки, соответствующей эхо-сигналу от верхнего бокового отражателя.

Рабочий участок па экране дефектоскопа можно устанавливать  не только по боковым цилиндрическим сверлениям, но и по угловым отражателям (зарубке).

 

5.7 Описание мероприятий по технике безопасности и охране труда

 

Для предупреждения возгорания рядом находящиеся приборы и  блоки  помещаются на отдельной стойке. При работе со сканерами и блоком управления следует соблюдать правила  электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75, ГОСТ 12.1.009-76,  ГОСТ 12.1.019-79, ГОСТ 12.1.038-82 и требованиями пожарной безопасности СТБ 11.0.02-95, ГОСТ 12.1.004-85.

При проведении работ  необходимо обеспечить пожарную безопасность в соответствии с “Типовыми правилами  пожарной безопасности для промышленных предприятий ”. Перед тушением электроустановок их необходимо отключить от электросети. Небольшие загорания могут быть ликвидированы с помощью углекислотных огнетушителей. Такими огнетушителями можно тушить загорания электроустановок, находящихся под напряжением.

Для производственного  оборудования, в котором генерируется ультразвук для выполнения технологических  процессов, контроля и измерений, и  оборудования, при эксплуатации которого ультразвук возникает как сопутствующий  фактор, устанавливаются допустимые уровни ультразвука на рабочих местах. Характеристикой воздействия ультразвука по ГОСТ 12.1.001-89 является уровень звукового давления, выраженный в децибелах, в третьоктавных полосах. Для используемых частот ультразвука допустимый уровень звукового давления определяется порогом в 110 дБ. Развить такое давление пьезоэлектрический преобразователь неспособен, поэтому применение особых мер защиты (дистанционное управление, противошумы, перчатки и т.д.) необязательно.

По ГОСТ 12.2.007.0-75 разработанные устройства относятся к классу 0I, так как имеют, по крайней мере, рабочую изоляцию, элемент для заземления и провод без заземляющей шины для присоединения к источнику питания.

Для предупреждения возгорания вычислительная часть прибора помещается на неэлектропроводящем столе, рядом находящиеся приборы и блоки помещаются на отдельной стойке. При работе с установкой и ЭВМ следует соблюдать правила электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75, ГОСТ 12.1.009-76,  ГОСТ 12.1.019-79, ГОСТ 12.1.038-82 и требованиями пожарной безопасности СТБ 11.0.02-95, ГОСТ 12.1.004-85.

При проведении работ  необходимо обеспечить пожарную безопасность в соответствии с “Типовыми правилами  пожарной безопасности для промышленных предприятий ”. Перед тушением электроустановок их необходимо отключить от электросети. Небольшие загорания могут быть ликвидированы с помощью углекислотных огнетушителей. Такими огнетушителями можно тушить загорания электроустановок, находящихся под напряжением.

Предельно допустимый  уровень напряжённости воздействующего электрического поля устанавливается равным 25 кВ/м по ГОСТ 12.1.002-84. Пребывание в электрическом поле напряжённостью до 5 кВ/м включительно допускается в течение рабочего дня. Разрабатываемая электроустановка запитывается от сети переменного тока и потребляет незначительную мощность (до 60 Вт), поэтому она способна создать уровень напряжённости электрического поля на несколько порядков ниже, чем предельно допустимый.

Напряжённость электромагнитного  поля в диапазоне частот работы преобразователей (1.5 – 5 МГц) на рабочем месте персонала в течение рабочего дня не должна превышать установленных ГОСТ 12.1.006-84 предельно допустимых уровней по электрической составляющей 20 В/м, по магнитной составляющей 5 А/м. Электрические компоненты установки в силу незначительной мощности не могут воздействовать на человека с соизмеримыми показателями, что допускает не использование дополнительных мер защиты от вредного воздействия электромагнитного поля.

 

 

 

 

 

6 Разработка вспомогательных средств  для сканирования объекта

 

Сканирование объекта  осуществляется в продольном направлении  совмещённым преобразователем прямым и однократно отраженным лучами.

Вспомогательное устройство для сканирования сварных швов сварной емкости представлено на чертеже 1-54.01.02.00.01.000 СБ.

Наклонные преобразователь 1 закрепляется  в  держателе 2 при помощи винтов 10. Конструкция держателя обеспечивает плотное прижатие преобразователя к поверхности объекта контроля за счет применения подпружиненных направляющих 4, которые крепятся на каретке 3. Конструкция направляющих 5 и каретки 3 позволяет установить преобразователь, как для контроля прямым лучом, так и однократно отражённым лучом. Каретка 3 крепится на направляющих при помощи винтов 10.

Конструкция приводится в движение в ручную. За счёт роликов 7 и 8 обеспечивается равномерно и плавное  передвижение вдоль оси валика шва.

В качестве дефектоскопа используем УД4-Т «Томографик».

Таким образом, достоинством данного устройства является то, что можно контролировать геометрически близкие по форме объекты.

 

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 MathCAD на ЭВМ и изображены на листе  
1-54.01.02.00.00.000 Д1. На этих графиках представлена зависимость ослабления сигнала от размера дефекта и глубины его залегания.

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

 

 

T_общ  = t_ки + t_по + t_нс + t_ус + t_нп,      (7.1)

 

где t_ки – 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

 

t_ки= L / v = 2.2 / 0.08 = 28 с,    (7.2)

 

где L – путь сканирования, L = 2.2 м;

v – скорость сканирования v = 0.08 м/c.

 

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

 

t_по = 300 c;      (7.3)

t_нс = 180 c;      (7.4)

t_ус = 120 c.      (7.5)

 

Время настройки прибора  составляет t = 5 минут (300 секунд).

 

Значения составляющих времени, полученные в формулах (7.2) – (7.5) подставляем в формулу (8.1) и, таким образом, получим общее  время контроля одного изделия

 

T_общ  = 28 + 300 + 180 + 120 + 300 = 928 с. (16 мин.)

 

 

 

 

Заключение 

 

В курсовом проекте была проведена разработка методики и технических средств для УЗ контроля сварной емкости.

На основании проведённого анализа характеристик объекта  контроля, существующих методик ультразвукового контроля сварных швов можно сделать вывод о том, что на сегодняшний день актуальным вопросом является оптимизация параметров контроля для конкретных объектов и создание универсальных механизированных комплексов позволяющих производить широкий спектр контрольных операций для полной диагностики работоспособности исследуемой конструкции.