Способ ультразвукового контроля изделия

 

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К НЕРАЗРУШАЮЩЕМУ КОНТРОЛЮ УЛЬТРАЗВУКОВЫМИ МЕТОДАМИ И МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОНКОСТРЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ ИЗДЕЛИЯ. ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ КОНТРОЛЯ. В ИЗДЕЛИЕ ЧЕРЕЗ ЗВУКОПРОВОДЯЩИЙ СЛОЙ ТОЛЩИНОЙ H<SB POS="POST">СЛ.</SB> ИЗЛУЧАЮТ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ИМПУЛЬСЫ, ПРИНИМАЮТ ИМПУЛЬСЫ, ОТРАЖЕННЫЕ ОТ ИЗДЕЛИЯ И ДОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЕМПФЕРА ТОЛЩИНОЙ H<SB POS="POST">Д</SB>. ИЗМЕНЯЯ ТОЛЩИНУ ЗВУКОПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ, УСТАНАВЛИВАЮТ ВРЕМЯ T<SB POS="POST">3</SB> ЗАДЕРЖКИ МЕЖДУ ПРИНЯТЫМИ ИМПУЛЬСАМИ, ИСХОДЯ ИЗ УСЛОВИЯ (2N-1)/2F<SB POS="POST">1</SB>≤T≤(2N-1)/2F<SB POS="POST">2</SB>, ГДЕ N= 1, 2, 3,..., И - ЧАСТОТЫ В СПЕКТРЕ ДОННОГО ЭХО-СИГНАЛА В ДЕМПФЕРЕ ПО УРОВНЮ 0,5 СО СТОРОНЫ ВЕРХНЕГО И НИЖНИХ ЧАСТОТ СООТВЕТСТВЕННО. АНАЛИЗИРУЮТ СУММАРНЫЙ СПЕКТР ПРИНЯТЫХ ИМПУЛЬСОВ, ПО ЗНАЧЕНИЮ ЧАСТОТНОГО МИНИМУМА КОТОРОГО СУДЯТ О КОНТРОЛИРУЕМОМ ПАРАМЕТРЕ ИЗДЕЛИЯ. ПРИ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ ВРЕМЯ T РАССЧИТЫВАЮТ ПО ФОРМУЛЕ T=H<SB POS="POST">П</SB>/С<SB POS="POST">П</SB>+H<SB POS="POST">СЛ</SB>/C<SB POS="POST">СЛ</SB>, А ПРИ КОНТРОЛЕ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ ИЗДЕЛИЯ ПО ФОРМУЛЕ T=/2H<SB POS="POST">СЛ</SB>/C<SB POS="POST">СЛ</SB> - 2H<SB POS="POST">Д</SB>/C<SB POS="POST">Д</SB>/, ГДЕ H<SB POS="POST">П</SB> - ТОЛЩИНА ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА

C<SB POS="POST">П</SB> ,C<SB POS="POST">СЛ</SB>, C<SB POS="POST">Д</SB> - СКОРОСТЬ ЗВУКА В ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТЕ, ЗВУКОПРОВОДЯЩЕМ СЛОЕ И ДЕМПФЕРЕ СООТВЕТСТВЕННО. 2 З.П. Ф-ЛЫ, 4 ИЛ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (д) 4 С 01 В 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4335922/25-28; 4336987/25-28 (22) 01. 12. 87 (46) 23. 10. 89. Бюл. № 39 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского (72) А.В. Захаров (53) 531 ° 717(088.8) (56) Методы неразрушающих испытаний.

/Под ред. P. Шарпа. — М.: Мир, 1972, с. 59-88.

Авторское свидетельство СССР № 1200119, кл. G 01 В 17/02, 1985. (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к нераэрушающему контролю ультразвуковыми методами и может быть использовано .для контроля качества тонкостенных изделий и контроля толщины покрытия изделия. Цель изобретения — повышение точности контроля. В изделие через звукопроводящий слой толщиной

hс излучают ультразвуковые импульИзобретение относится к области неразрушающего контроля изделий ультразвуковыми методами и может быть использовано для контроля качества тонкостенных изделий и контроля толщины покрытия изделия.

Цель изобретения — повышение точности контроля.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующего способ ультразвукового контроля изделий; на фиг. 2 — суммарный спектр

2 сы, принимают импульсы, отраженные от изделия и от донной поверхности демпфера толщиной hg. Изменяя толщину звукопроводящего слоя, устанавливают время t> задержки между принятыми импульсами исходя из условия (2n-1) /2f < t < (2n-1) /2f< где

1, 2, 3, ..., и частоты в спектре донного эхо-сигнала в демпфере по уровню 0,5 со стороны верхнего и нижних частот соответственно.

Анализируют суммарный спектр принятых импульсов, по значению частотного минимума которого судят о контролируемом параметре изделия. При контроле качества тонкостенных изделий время t рассчитывают по формуле t = h„/сл + hñë/сел ° a npH контроле толщины покрытия изделия по формуле t = J 2hс„/с« — 2hg/cy, где h> — толщина пьезоэлемента; с„, с с„, с > — скорость звука в пьезоэлементе, эвукопроводящем слое и демпфере соответственно. 2 э.п. ф-лы, 4 ил. сигналов полученный на бездефектном участке тонкостенного биметаллического соединения, при диффузионной сварке медной фольги толщиной

О, 1 мм с магниевым сплавом МА8 толщиной 0,5 мм; на фиг. 3 - то же, на дефекте в виде строчечного непровара с максимальным. размером по длине 0,05 мм и по раскрытию 0,005 мм; на фиг. 4 - график зависимости положения частотного минимума в суммарном спектре от толщины покрытия изделия.

1516782

Способ ультразвукового контроля изделий заключается в следующем.

Донные эхо-импульсы в демпфере и задержанные относительно их и когерентные им эхо-импульсы, отраженные от изделия, поступают на анализатор спектра в виде электрических сигналов, который анализирует суммарный спектр этих сигналов. Сум- 10 марный спектр имеет чередующиеся максимумы и минимумы. Условие возникновения частотных .минимумов в суммарном спектре определяется следующим выражением: 15

0 (2п-1)»/2 (2» f) /2

Дав з где и t — временной интервал задержки; n = 1, 2, 3, д (2 f) =Ф(2Г?)- V(2 );g(7» Е) иФ(2 f) — 20 фазы амплитудного спектра эхо-импульса, отраженного от изделия, и амплитудного спектра донного эхо-импульса в демпфере f — частота донного эхо-имt

25 пульса в демпфере.

Из приведенного выше уравнения следует, что лри величине задержки между доннь.я эхо-имлульсом в демпфере и эхо-л п1ульсом от изделия, 30 например, равной (2n-1)

41

211 в суммарном спектре этих импульсов имеется частотный минимум на частоте, близкой к частоте f со стороны

35 низких шп1 высоких частот. Чем меньше по абсолютной величине значение

d(211 f, ), тем бл1гке к f, расположен частотный мпнит .1, Частотпьй интервал

40 между двумя cocE,.,«1ìè минимумами 3d висит от велич11иы задержки 4 t и определяетсл в1.1раже1 ием

I ,41

На поло.1,.е«11e 1астот11ых smн11мyмoa в сум.1арном спектре оказывает влияние значение сГ(211 f), которое зависит только от зна11е1111я величины Ф(ю), так кат< 1 (ы) является постоянной величиной. Из анализа классических уравне50 ний, выведенных для комплекспьж коэффициентов отражения ультразвуковых продольных волн от многослойной системы (в том числе тонкого слоя, раз55 деляющего две среды) следует, что значения фазовых составляющих на разных частотах, т.е. Ф (2 ), для коэффициента отражения от слоистой системы зависят от количества слоев в слоистом изделии или толщины разделяющего две среды слоя. Наличие дефектов в тонкостенном изделии дополнительно увеличивает эту систему на один слой и, следовательно, изменяет значение величины Р(29й) . Аналогично каждому значению толщины разделительного слоя будет соответствовать определенное значение Р(2r f) . Следовательно, положение частотных минимумов в суммарном спектре однозначно определяется значением контролируемого параметра.

Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединенные генератор 1 коротких импульсов, широкополосный усилитель 2, временной селектор 3, осциллограф 4 и анализатор 5 спектра. Кроме того, устройство содержит пьеэопластину 6, соединенную электрически с выходом генератора 1 и с входом широкополосного усилителя

2. Пьезопластина 6 акустически контактирует через звукопроводящий слой

7 с контролируемым изделием 8, на котором может быть нанесено покрытие.

Тыльная сторона пьезолластины 6 акустически контактирует с звукопроводящим демпфером 9.

Устройство обеспечивает контроль качества тонкостенного изделия или контроль толщ11ны покрытия иэделия.

При контроле качества пьезопластипа б возбуждается генератором 1 коротких импульсов и излучает через то1п и11 звукопроводящий слой 7 с высоIой ?1 ультразвуковые импульсы, ладаюцие на контролируемое изделие 8.

Аналогичные ультразвуковые колебания излучаются в звукопроводящий демng>ep 9 с высотой h . Ультразвуковые колебания, распространяясь в демпфере

9 и в звукопроводящем слое 7, отражаются соответственно от донной поверхности демпфера 9 и от контролируемого изделия 8. При этом после отражения от контролируемого изделия 8 ультразвуковые колебания проходят по следующему пути: звукопроводящий слой 7 — слой пьезопластины толщиной

Ь,1 — удвоенный слой демпфера 9. После этого ультразвуковые колебания возвращаются к пьезопластине 6, которая их принимает и преобразует в электрические сигналы. Эти сигналы

% усиливаются широкополосным усилителем

2и через временной селектор 3, который

5 1516782 6 селектирует их от других мешающих сиг- Установленная задержка между эхоналов, поступают на вход осциллогра- сигналами, которые анализирует аналиф для индикации и на анализатор фа 4 ля и ик затор 5 спектра позволяет в суммар5 спектра для анализа.

5 ном спектре наблюдать по крайней ме е

Высоты звукоп ово я ег у р одящего слоя один частотный минимум (при и 1) в

h C n и пьеэопластины h n и их матери- интервале частот от Е до fz По поалы выбирают таким образом чтобы до . о по

У ложению этого частотного минимума в выполнялось условие эа е жки ме у задержки между суммарном спектре определяют неиздонными -.эхо-импульсами непос е ствен- " у m епосредствен- Q вестную толщину покрытия, используя но от демпфера и эхо-импульсами коимпульсами к" для этого раннее построенный график торые предварительно отразились от зависимости положения частотного миконтролируемого иэделия: нимума Е„„„ от заранее известной тол(2п-1) hg 2h eq ) (2п-1) щины покрытия d (фиг. 4) . сп ссл 2f g. Таким образом, способ ультраэвуl кового контроля иэделий позволяет повысить чувствительность и надежность контроля тонкостенных изделий, а также повысить точность измерения толщины покрытия изделий.

Формула изобретения

5Q 1 — частоты в спектре донного

7. эхо-сигнала в демпфере по уровню 0,5 со стороны верхних и нижних частот соответственно.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности контроля тонкостенных изделий, в качестве принятых эхо-сигналов испольУстановленная задержка между эхосигналами, которые анализирует анализатор 5 спектра, позволяет в суммарном спектре наблюдать по крайней мере один или несколько частотных минимумов (это зависит от выбираемой частоты в спектре донного эхосигнала в демпфере и числа и

2 3, ..., другими словами от величины задержки 6 t) в интервале частот от f до Е . По положению одного из этих частотных минимумов в суммарных спектрах приведенных соответственно для бездефектного изделия (фиг.. 2) и дефектного (фиг. 3), определяют качество тонкостенного изделия, взяв, например, в качестве браковочного критерия величину частотного минимума fÄÄÄz zна частоте f в суммарном

1 спектре.

При контроле толщины покрытия изделия пьезопластина 6 излучает через звукопроводящий слой 7 ультразвуковые импульсы, падающие на слой покрытия изделия 8. Ультразвуковые колебания, распространяясь в демпфере

9 и в звукопровсде 7, отражаются от донной поверхности демпфера 9 и тонкого .слоя покрытия изделия 8 и возвращаются к пьеэопластине 6, которая их принимает и преобразует в электрические сигналы. Эти сигналы обрабатываются как и в предыдущем случае.

Высоты демпфера hg и звукопровода

Ьс„ и их материалы выбираются таким образом, чтобы выполнялось условие задержки между донными эхо-импульсами в демпферо и эхо-импульсами, отраженными от покрытия: (2п-1) 12h с 2h / (2n-1)

2f) (сс с 2f

1. Способ ультразвукового контро25 ля изделий, заключающийся в том, что с помощью пьезоэлемента излучают в изделие через эвукопроводящий слой ультразвуковые импульсы и принимают отраженные эхо-сигналы, подбором

ЗО толщины знукопроводящего слоя устанавливают задержку t между отраженными от изделия ультразвуковыми эхоимпульсами и принятыми эталонными эхо-сигналами и анализируют суммарный спектр этих сигналов, по значению частотного минимума которого судят о контролируемом параметре изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, .при формировании эталонных эхо †сигнал излучают ультразвуковые импульсы в демпфер и принимают эхосигналы, отраженные от его донной поверхности, а время t задержки выби45 рают из условия (2п-1) (2n-1) (t (2f 2f (й где n = 1,2,3,... и

1516782

1 ели ссл эуют эхо-сигналы, отраженные от поверхности иэделия и прошедшие дважды через звукопроводящий слой, пьезоэлемент и дважды через демпфер, а время задержки рассчитывают по формуле

h hc ,в Й +

1 ср, ccrc где h и с„- толщина пьезоэлемента и скорость звука в нем — толщина звукопроводящего слоя и скорость звука в нем.

3. Способ контроля по и. t о т— .личающийся тем,что, с целью повышения точности измерения толщины покрытия изделия, в качестве принятых эхо-сигналов используют зхо-сигналы, отраженные от слоя покрытия, а время t задержки рассчитывают по формуле !

2Ьсл 2hc! ьь сл Я где h и са - толщина демпфера и скорость звука в нем.

1516 782

0, $

@Le.Я

002