ЛР - Физические методы контроля____. Петербургский государственный университет путей сообщения
 Скачать 116 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ _____________________________________________________________________ Кафедра “Методы и приборы неразрушающего контроля на железнодорожном транспорте” МЕТОДЫ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Методические указания № 1 к лабораторной работе по курсу “Основы неразрушающего контроля” САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1996 1 . Цель работы Ознакомление с методами акустического неразрушающего контроля и признаками обнаружения дефектов при использовании различных методов. 2. Общие сведения 2.1 Методы и аппаратура ультразвукового контроля 2.1.1 Классификация методов ультразвукового контроля Активные методы ультразвукового контроля, в которых применяют излучение и отражение ультразвуковых волн, по характеру взаимодействия поля с контролируемым объектом делят на подгруппы: методы, использующие прохождение волн, и методы, использующие отражение волн. Методы прохождения предполагают наличие двух преобразователей, излучающего и приемного, расположенных на противоположных сторонах контролируемого объекта. К методам прохождения относят: теневой (или амплитудно-теневой) метод, признаком выявления дефекта в котором является уменьшение или полное пропадание прошедшего сигнала; временной теневой метод, признаком обнаружения дефекта в котором является запаздывание прошедшего сигнала из-за огибания дефекта. Вариантом теневого метода является зеркально-теневой, признаком обнаружения дефекта в котором является уменьшение или полное пропадание сигнала, отраженного от противоположной поверхности контролируемого объекта (донного сигнала). Зеркально-теневой метод может быть реализован как одним, так и двумя преобразователями. В методах отражения также используется как один, так и два преобразователя. К методам отражения относят: эхо-метод, признаком обнаружения дефекта в котором является наличие сигнала, отраженного от дефекта (эхо-сигнала). Функции излучателя и приемника могут быть совмещены в одном преобразователе, такую схему называют совмещенной, или эти функции могут выполняться разными преобразователями, такую схему называют раздельной; зеркальный эхо- метод, в котором анализируются сигналы, зеркально отраженные от дефекта и донной поверхности; дельта-метод, в котором дефект озвучивается поперечной волной, трансформируемой на дефекте в продольную, которая и принимается приемным преобразователем. Контроль любым из вышеуказанных методов может выполняться с помощью импульсного ультразвукового дефектоскопа. 2.1.2 Ультразвуковой дефектоскоп УД2-12 Ультразвуковой дефектоскоп предназначен для генерирования импульсов ультразвуковых колебаний, приема отраженных сигналов, преобразования этих сигналов в вид , удобный для наблюдения их на экране электронно-лучевой трубки, а также для измерения координат дефектов и сравнения амплитуд сигналов. Для излучения и приема ультразвуковых колебаний используются пьзоэлектрические преобразователи: прямые, излучающие в контролируемое изделие продольные волны нормально к поверхности, и наклонные, с помощью которых в изделии возбуждаются волны любых типов. Основные органы управления ультразвукового дефектоскопа УД2-12 располагаются на его передней панели: "ОСЛАБЛЕНИЕ" - кнопочный аттенюатор для измерения амплитуд сигналов в дБ и регулировки чувсвительности; "dB" "mmH" "mmX, Y" - сенсорные переключатели режима отсчета; “  ” - регулятор зоны стробирования - с поворотом регулятора вправо гасятся все импульсы на экране ЭЛТ;АСД - автоматический световой индикатор, предназначен для сигнализации превышения амплитудой сигнала одного из трех порогов; "(®"- выходной разъем дефектоскопа для подключения преобразователя; "(¬" - входной разъем дефектоскопа для подключения преобразователя. 2.2. Устройство и принцип работы дефектоскопа АД-50У 2.2.1. Принцип работы дефектоскопа Дефектоскоп реализует метод свободных колебаний, основанный на различии спектров ударно возбуждаемых импульсов в доброкачественных и дефектных зонах контролируемого изделия. Контроль производится путем сканирования изделия преобразователем, содержащим вибратор и приемник упругих колебаний. Вибратор создает периодические удары по поверхности контролируемого объекта, приемник улавливает упругие колебания изделия и преобразует их в электрические сигналы, форма которых находится в соответствии с формой импульсов упругих колебаний. В электронном блоке электрические сигналы усиливаются и анализируются в 12-ти канальным анализатором спектра. Результаты анализа представляют в наглядной форме в виде светового табло из 12-ти линейных газоразрядных индикаторов. При этом амплитуда напряжения на выходе каждого канала линейно связана с высотой светящегося столба соответствующего индикатора. Использование спектроанализатора позволяет: а) при настройке дефектоскопа выбирать те каналы, в которых дефект вызывает наиболее сильное изменение уровня сигнала; б) оценивать характер дефектов по вызываемому ими изменению спектра сигнала. Наличие дефектов отмечается включением сигнальных лампочек, расположенных в преобразователе и на передней панели дефектоскопа. Включение этих лампочек осуществляется от автоматического сигнализатора дефектов. Последний управляется сумматором, выходное напряжение которого пропорционально сумме напряжений на выходах каналов, подключенных ко входу сумматора. Количество и номера используемых каналов определяется оператором по результатам анализа спектра и в доброкачественных и дефектных зонах образца контролируемого изделия той же толщины. 2.2.2. Устройство преобразователей Дефектоскоп комплектуется преобразователями трех типов - ПДУ-1, ПДУ-2 и ПДУ-3. Преобразователи унифицированы и отличаются лишь типом и конструкцией приемников упругих колебаний (см.таблицу 1) Таблица 1
В верхней части преобразователя размещена сигнальная лампочка, включаемая от автоматического сигнализатора дефектов при наличии дефекта в контролируемом изделии. Элементы электрической схемы преобразователя размещены на специальной плате. Преобразователь снабжен движковым выключателем, служащим для включения и выключения вибратора. Преобразователь соединяется с электронным блоком с помощью разъема РП10-11ЛП. 2.2.3. Конструкция дефектоскопа Электронный блок дефектоскопа размещен в унифицированном корпусе, снабженном ручкой для переноски. Эта ручка позволяет также устанавливать электронный блок в наклонные положения так, чтобы угол наклона был наиболее удобным для оператора. Корпус дефектоскопа снабжен съемной крышкой, закрывающей лицевую панель. Сверху и снизу имеются крышки, крепящиеся к корпусу винтами. Электронный блок смонтирован на шасси, которое вынимается из корпуса. На лицевой панели электронного блока размещены: световое табло спектроанализатора из 12 линейных газоразрядных индикаторов ИН9; кнопка включения сети с надписью СЕТЬ; лампа индикации включения сети; кнопочный переключатель СИЛА УДАРА, имеющий три положения (1,2,3), и дискретно регулирующий силу удара вибратора по поверхности контролируемого изделия; ручка потенциометра, регулирующего порог срабатывания автоматического сигнализатора дефектов: снабженная надписью ПОРОГ; кнопочный переключатель НАСТРОЙКА-РАБОТА, дискретно регулирующий усиления; ручка потенциометра плавной регулировки усиления, снабженная надписью УСИЛЕНИЕ; разъем (гнездо) для подключения преобразователя, снабженный надписью ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ; кнопочный переключатель с надпись КАНАЛЫ, с помощью которого выходы каналов дефектоскопа подключаются к сумматору автоматического сигнализатора дефектов; кнопка отключения каналов. При нажатии этой кнопки перестают светиться индикаторы каналов, которые не подключены кнопками КАНАЛЫ к автоматическому сигнализатору дефектов. Световое табло снабжено шкалой из органического стекла с оцифрованными горизонтальными линиями, нанесенными через 1 см. Сверху и с боков световое табло закрыто блендой, защищающей от верхнего и бокового света. 2.2.4. Выбор типа преобразователя Тип преобразователя выбирается с учетом параметров контролируемого изделия и условий контроля. Преобразователь ПДУ-1 с точечным пьезоприемником предназначен для контроля изделий с относительно небольшой кривизной поверхности. Преобразователь ПДУ-2 с коаксильным пьезоэлектрическим приемником предназначен для контроля изделий с большой кривизной поверхности (выпуклых). Преобразователь ПДУ-1 с микрофонным приемником наиболее универсален и может применяться почти во всех случаях. Этот преобразователь обладает наибольшей чувствительностью к неглубоко залегающим небольшим дефектам, дает лучшие результаты при контроле изделий из материалов с малыми модулями упругости (относительно мягкие покрытия, резиноподобные и др. материалы). Недостатком преобразователя ПДУ-3, несколько ограничивающим его область применения, является повышенная чувствительность к внешним шумам. Окончательный выбор типа преобразователя производится с учетом приведенных соображений по результатам опробования различных преобразователей на контрольных образцах и натурных изделиях. 3. Вопросы для самопроверки 3.1 Перечислите методы ультразвукового контроля и признаки обнаружения дефектов в них. 3.2 На какой глубине расположен дефект в контролируемом объекте, если он не выявляется зеркально-теневым методом. 3.3 Какие требования предъявляются к образцу для настройки дефектоскопа, реализующего метод свободных колебаний? 4. Содержание работы Работа выполняется в следующей последовательности: а) методы ультразвукового контроля: - теневой метод; - зеркально-теневой; - эхо-метод; -зеркальный эхо- метод; - дельта-метод; б) методы звукового контроля: - метод свободных колебаний. Для проведения работы необходимы: а) ультразвуковой дефектоскоп УД2-12, два прямых преобразователя на частоту 2.5 Мгц - П11-2,5-0, два наклонных преобразователя с углом ввода 50о на частоту 2.5 Мгц - П121-2,5-50о, образец из стали с моделями дефектов; б) дефектоскоп АД-50У, пьезоэлектрический точечный преобразователь ПДУ-1, пьезоэлектрический коаксиальный преобразователь ПДУ-2, микрофонный преобразователь ПДУ-3, пластина из композитного материала с искусственным дефектом. 5 . Порядок выполнения работы 5.1 Подключить ко входу и выходу дефектоскопа УД2-12 прямые преобразователи. Включить дефектоскоп последовательным нажатием кнопок "Накал" и "Работа". Установить преобразователи соосно на противоположные поверхности образца из стали на бездефектном участке в соответствии с рисунком 1а. Рисунок 1 - Теневой метод  Измерить амплитуду прошедшего сигнала Nо. Для измерения амплитуды сигнала необходимо с помощью кнопок аттенюатора довести вершину сигнала до середины экрана дефектоскопа. Сумма нажатых кнопок аттенюатора при этом будет равна амплитуде сигнала Nо в децибелах. Соблюдая соосность преобразователей переместить преобразователи на участок с искусственным дефектом в соответствии с рисунком 1б. Измерить амплитуду прошедшего сигнала Nод при наличии дефекта. Результаты измерений занести в таблицу 2. Таблица 2 - Результаты измерений
5.2 Отключить оба прямых преобразователей, с помощью специального кабеля подключить к дефектоскопу один прямой преобразователь. Установить преобразователь на бездефектный участок образца из стали и измерить амплитуду сигнала, отраженного от противоположной поверхности образца (донного сигнала) Uo (рисунок 2а). Запомнить положение сигнала по длине развертки на экране. Установить преобразователь над искусственным дефектом (рисунок 2б), измерить амплитуду донного сигнала при наличии дефекта Uoд (Внимание! Между зондирующим импульсом и донным сигналом может наблюдаться сигнал, отраженный от дефекта, на этом этапе работы он не оценивается). Рисунок 2 - Зеркально-теневой метод  Результаты измерений занести в таблицу 2. 5.3 Установить прямой преобразователь на стальной образец над искусственным дефектом в соответствии с рисунком 2б и измерить амплитуду эхо-сигнала, отраженного от дефекта Nдmax. Отключить прямой преобразователь и подключить наклонный. Установить наклонный преобразователь на поверхность образца из стали (рисунок 3), выявить искусственный дефект, найти такое положение преобразователя при котором амплитуда эхо-сигнала от дефекта по экрану дефектоскопа будет максимальной. Измерить аплитуду эхо-сигнала Nдmax. Отметить мелом на образце положение преобразователя, соответствующее максимальной амплитуде эхо-сигнала. Рисунок 3 - Эхо-метод с использованием наклонного преобразователя  Результаты измерений занести в таблицу 2. 5.4 Подключить ко входу и выхода дефектоскопа наклонные преобразователи. Наклонный преобразователь - излучатель, подключенный к выходу дефектоскопа, установить в положение, соответствующее максимальной амплитуде эхо-сигнала (отмечено мелом на образце - см.п.5.3), наклонный преобразователь - приемник, подключенный ко входу дефектоскопа перемещать по поверхности образца до появления на экране сигнала, отраженного от дефекта и противоположной поверхности образца (рисунок 4). Измерить амплитуду сигнала Uзерк. Результаты измерений занести в таблицу 2. Рисунок 4 - Зеркальный эхо- метод  5.5 Подключить прямой преобразователь ко входу дефектоскопа, предварительно отсоединив наклонный. Наклонный преобразователь, излучающий поперечную волну, установить в положение, соответствующее максимальной амплитуде эхо-сигнала (отмечено мелом на образце), прямой преобразователь, принимающий продольную волну, установить над дефектом (рисунок 5). Измерить амплитуду дифрагированной на дефекте волны Utl. Результаты измерений занести в таблицу 2. Рисунок 5 - Дельта-метод  5.6 Подключить к дефектоскопу АД-50У преобразователь ПДУ-3. Установить преобразователь на пластину из композитного материала в зоне без дефектов и движковым переключателем на преобразователе включить вибратор. Переключатель РАБОТА-НАСТРОЙКА установить в положение НАСТРОЙКА, ручки ПОРОГ И УСИЛЕНИЕ - в крайние левые положения. Кнопочные переключатели с надписью КАНАЛЫ должны находиться в выключенном состоянии, соответствующем максимальному выдвижению кнопок над лицевой панелью. 5.7 . Повернуть ручку УСИЛЕНИЕ по часовой стрелке так, чтобы на световом табло появилось изображение спектра принятого сигнала. Затем переведите преобразователь в зону дефекта и по световому табло определите в каких каналах дефект вызывает наибольшее увеличение уровней сигналов. Повторить ту же операцию на других дефектах и выбрать каналы, наиболее сильно реагирующие на интересующий вас дефект. Затем нажать кнопки переключателя КАНАЛЫ, соответствующие выбранным при настройке каналам. При этом данные каналы соединяются с сумматором автоматического сигнализатора дефектов (АСД). АСД управляется суммой напряжений на выходах подключенных к сумматору каналов. Нажать кнопку отключения каналов. При этом индикаторы каналов, которые не были подключены кнопками КАНАЛЫ к АСД, перестают светиться и не отвлекают внимание оператора при контроле. 5.8. Перевести преобразователь в зону без дефектов и ручкой УСИЛЕНИЕ установить уровни свечения газоразрядных индикаторов в выбранных в пределах 2-6 см. Перемещая преобразователь в бездефектной зоне образца ручкой ПОРОГ, отрегулировать прибор так, чтобы включение сигнальных лампочек в преобразователе и на передней панели происходило при данных уровнях сигналов в выбранных каналах. 5.9. Нажать одну из кнопок переключателя РАБОТА. При этом усиление уменьшится, и соответственно уменьшатся уровни свечения индикаторов светового табло. Нажатие кнопок с надписями 1, 2 и 3 уменьшат усиление на 20, 40 и 60 % соответственно. Выбор нажимаемой кнопки определяется разбросом уровня принятого сигнала в доброкачественной зоне. Чем больше этот разброс, тем больше должен быть номер нажимаемой кнопки. Однако с увеличением номера кнопки уменьшается чувствительность дефектоскопа. Перевести преобразователь в зону дефекта. При этом должны загораться сигнальные лампочки в преобразователе и на передней панели дефектоскопа. Зарисовать пластину, отметив контуры искусственного дефекта по включению сигнальной лампочки в преобразователе, а также сигнальных лампочек на передней панели дефектоскопа с надписью ДЕФЕКТ. 6 Содержание отчета В отчете должны быть приведены: - эскиз передней панели ультразвукового дефектоскопа УД2-12; - таблица с результатами измерений; - эскиз передней панели дефектоскопа АД-50У; - эскиз образца из композитного материала с контурами искусственного дефекта. 6 Список литературы 1. Неразрушающий контроль. В 5-ти кн. Кн.2. Акустические методы контроля: Практ.пособие/ И.Н.Ермолов, Н.П.Алешин, А.И.Потапов; Под ред.В.В.Сухо- рукова. - М., Высш.шк., 1991. 2. Методы акустического контроля металлов/ Н.П.Алешин, В.Е.Белый, А.Х.Вопилкин и др.: Под ред. Н.П.Алешина. - М., Машиностроение, 1989. МЕТОДЫ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Методические указания к лабораторной работе по курсу “Основы неразрушающего контроля” Составила В.Н.Коншина |