Образец для измерения параметров наклонного ультразвукового преобразователя

 

Изобретение относится к иеразрушающему контролю и может быть использовано для измерения параметров наклонных преобразователей при ультразвуковой дефектоскопии. Целью изобретения является• , , '• , ?;.повышение точности измерений и расширение технологических возможностей образца. Для зтого в образце для измерения параметров наклонного ультразвукового преобразователя, выполненным в виде тела с плоскими гранями и отражателями, выходящими на одну из плоских граней, твердое тело выполнено в виде тела вращения, состоящего из сопряженных между собой основаниями соосных одного или Двух усеченных конусов и цилиндра, отражатели выходят на малое основание усеченного конуса, представляют собой цилиндрические каналы равного диаметра, каждый из которых параллелен оси -вращения усеченного конуса, и расположены симметрично указанной оси, а рабочими поверхностями служат конические и цилиндрическая поверхности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) . (I! ) (я)э 6 01 N 29/04, Л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКР ЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4319453/28 (22} 26.10,87 (46) 23.02,92. Бюл. N. 7 (71)- Всесоюзный теплотехнический научноисследовательский институт им. Ф.З. Дзержинского (72) В.С. Гребенник (53) 620,179.16(088.8) (56} Авторское свидетельство СССР

М 1128166, кл. 6 01 N 29/04, 1983. (54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НАКЛОННОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть. использовано . для измерения параметров наклонных преобразователей йри ультразвуковой дефектоскопии. Целью изобретения является

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии и позволяет производить проверку волновых параметров ультразвуковых преобразователей дефектаскопов в процессе промышленного контроля качества материалов и изделий.

Известен образец для измерения параметров наклонного ультразвукового преобразователя, выполненный в виде имеющего плоские грани твердого тела с расположенными в нем отражателями, выходящими на одну из плоских граней. . Известный образец сложен визготавле- нии и метрологической аттестации, что уве-. личивает погрешность измерения. Кроме того, для каждого преобразователя необходимо использовать индивидуальные образ2

Ф, повышение точности измерений и расширение технологических возможностей образца. Для этого в образце для измерения параметров наклонного ультразвукового преобразователя, выполненным в виде тела с плоскими гранями и отражателями, выходящими на одну из плоских граней, твердое тело выполнено в виде тела вращения. состоящего иэ сопряженных между собой основаниями соосных одного или. Двух усеченных конусов и цилиндра, отражатели, выходят на малое основание усеченного конуса, представляют собой цилиндрические каналы равного диаметра, каждый из которых параллелен оси вращения усеченного конуса, и расположены симметрично указанной оси, а рабочими поверхностями служат конические и цилиндрическая .поверхности. 2 э.п. ф-лы, 2 ил. цы, что ограничивает их технологические

ВОЭМОЖНОСТИ.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение технологических возможностей образца.

Для достижения укаэанной цели в образце для измерения параметров наклонного ультразвукового преобразователя, выполненном в виде имеющего плоские грани твердого тела с расположенными в нем отражателями, выходящими на одну из плоских граней, твердое тело имеет форму тела вращения, состоящего из сопряженных между собой основаниями соосных усеченного конуса и цилиндра, плоской гранью, на которую выходят отражатели, служит малое основание усеченного конуса, отражатели выполнены в вйде цилиндрических каналов

1714491

20

35

55 равного. диаметра, каждый из которых параллелен оси вращения усеченного конуса, и расположенных симметрично указанной оси,.а рабочими поверхностями служат коническая и цилиндрическая поверхности, При этом тело вращения, состоящее из сопряженных между собой усеченного конуса и цилиндра. может быть дополнено еще одним усеченным конусом, сопряженным большим основанием со свободным основанием цилиндра. Угол наклона образующей одйого из усеченных конусов к.его основанию может быть равен углу ввода колебаний преобразователя.

На фиг. 1 изображен предлагаемый об.разец; на фиг, 2 — сечение А-А на фиг. 1, Образец выполнен в виде имеющего плоские грани 1 и 2 твердого тела 3 с расположенными в нем отражателями 4 и 5 (в виде цилиндрических каналов), выходящими на одну из плоских граней 1. Твердое тело 3 состоит из сопряженных между собой основаниями усеченного конуса 6 и цилиндра 7 и имеющего с ними общую ось 8 дополнительного усеченного конуса 9, сопряженного большим основанием со свободным основанием цилиндра 7, Нь фиг. 1 показано возможное расположение преобразователей 10-13 на боковых. поверхностях образца при перемещении их по окружности вокруг оси 8 и направления распространения лучей 14 — 17 ультразвуковой волны для преобразователей в соответствующих позициях.

На фиг. 2 обозначены; преобразователь

18, рабочая поверхность 19 преобразователя (показано для притертого преобразователя), боковая поверхность 20 образца, точка 21 механического контакта:.рабочей поверхности 19 с боковой поверхностью 20, мениск 22 акустического контакта преобразователя с образцом, образованный, например, жидкой пленкой или эластйчным легкодеформируемым резиноподобным материалом, способным к взаимодействиЮ ти,па адгезии (прилипания). к рабочей поверхности преобразователя и образца.

Кроме того, на фиг. 2 обозначены: Х- ширина преобразователя 18 (поперек плоскости ввода ультразвука), Y — ширина мениска 22.

Продольная ось мениска 22 контактного материала проходит через точку 21 перпендикулярно плоскости фиг. 2.

Через а, а1 и а обозначены углы ввОда ультразвука (углы преломления) для преобразователей 10-12 соответственно,:g- угол скольжения ультразвукового луча 15 преобразователя 13 по отношению к основанию 1 (угол падейия, отсчитываемый от нормали, 4 стояние между центрами равно 2а), равен 900- ф ф —. угол между проекцией;23 луча 15 на основание.1 и базовой линией 24. лежащей в плоскости основания и проходящей через ось 8 симметрии перпендикуляр5 но линии 25 симметрии, проходящей через центры отражателей на основании 1 (расИзмерение длины волны ультразвукового сигнала основывается на интерференции отражейий, формирующих суммарный сигнал и распространяющихся по разным путям от места ввода волны (из преобразователя в образец) до отражения (отверстия в образце) и обратно..Разность полных путей примерно равна удвоенной разности длины двух лучей от места ввода до места отражения, соответствующего одной и другой поверхностям отражателей.

Из геометрического построения на фиг.

1 и теоремы косйнусов следует, что R i (большее из расстояний от преобразователя 13 до углового отражателя, образованного каналом 4 и основанием 1, показано пунктиром) определяется формулой соз й1 = R +a +2aR ° sing . (1) где Я. — расстояние от"преобразователя 12 до точки пересечения оси 8 и основания 1.

Аналогично меньшее из расстояний (до канала 5 вдоль пунктира) определяется формулой

cos Yfb = R +a — 2aR sing . (2)

Разность хода ультразвука (туда и обратно). согласно изложенному, равна (для

R» а) в первом приближении

2 ф:;, 44aR..â(î 4а В о сов у cos ) (3)

При перемещении (сканировании) преобразователя 13 пб окружности, лежащей на поверхности конуса б и охватывающей ось 3. меняются угол р и, соответственно.. разность хода А.Когда она составляет половинудлины волныХ/2. амплитудасуммарного сигнала минимальна.

Для измерений достаточно определить углы р1 и +, соответствующие, например, смещению преобразователя 13 по часовой и против часовой стрелки от положения ф -О, соответствующего максимуму сигнала (синфазность). Согласно-формуле (3) при этом

А ай 31П(1+И? ), (4)

СОВ . 2

1714491

Эта формула пригодна для всех положений преобразователей 10-13, если под R понимать среднее расстояние от соответствующей точки авода ультразвука на боковой: поверхности образца до места отражения ультразвука от цилиндрических поверхностей. Например, если преобразователь 12 расположен на цилиндрической поверхности 7 таким образом, что луч перпендикулярен оси 8, то в записанной формуле у-О.

Основная погрешность в определении длины волны таким способом вносится иэза неопределенности расстояния R, вызываемог@ неопределенностью точки ввода ультразвука на поверхности контакта ïðåобразователя и образца, так как эта точка зависит от многих факторов, в том числе,от случайных неоднородностей на площадке контакта.

Уменьшению указанной погрешности служит обеспечение механического соприкосновения рабочей поверхности 19 преобразователя с боковой поверхностью 20

- образца в точке 21 (для сферической поверхности) или по линии касания рабочей плоской или цилиндрической (притертой) поверхности преобразователя цилиндричеI ской или конической поверхности образца.

Минимальная величина площадки акустического контакта может быть весьма малой, но не равной нулю, что связано с необходимостью иметь достаточную амплитуду волн в образце, Ввиду неточности контакта образца и преобразователя для каждого положения последнего имеется неопределенность длины пути ультразвука до каждого отражателя. Онз ориентировочно определяется согласно теореме Пифагора как разност гипотенузы и катета двух сторон треугол ника, соответствующих максимальной и м нимальной длинам лучей ультразвука (фи

1.и 2):

30 ь лучаемой в контролируемый материал преь- 40 образоветелем, позволит уменьшить и- ошибки первого и второго рода, свойственг, ные ультразвуковой дефектоскопии. Это Ао высит воспроизводимость данных, в частности, эксплуатационного периодиче45 ского контроля металла и. соответственно, надежность и безопасность эксплуатации ответственного оборудования.

Формула изобретения

1. Образец для измерения парамет50 ров наклонного ультразвукового преобразавателя, выполненный в виде имеющего плоские грани твердого тела с расположенными в нем отражателями, выходящими на одну из плоских граней, о т55 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения технологических возможностей, твердое тело имеет форму тела вращения, состоящего из сопряженных между собой основаниями соосннх усеченного конуса и цилиндра..олеимеется принципиальная возможность фиксации экстремумов с погрешностью Е (относительно длины волны). если укаэанная неопределенность ориентировочно (в относительных единицах) меньше Е:

Хг и

ЗВАЛ

Например, для Е"1ф, длины волн А 2 мм, йбо. мм получаем ограничение размера Х:

Х - BER2 = чг 8 «3 мм: (г+ х р)»

Х

4 8R

Обычно ширина серийных преобразователей Х-16-20 мм, поэтому для получения погрешности измерений 10-20, установленной ГОСТ, необходимо сужать йлощадку акустического контакта не менее чем в два разз (Е - 10 /8 50 2 0.1-107ь).

Практически достаточно, чтобы ширина (У) площадки акустического контакта,.созда.ваемого мениском 22, была больше 0,5 мм

10 (0,2 длины волны) для ввода в стальной образец достаточной мощности упругих колебаний на частотах «1 МГц. Для обеспечения точности измерений волны ширина Y площадки должна быть ограничена условием

Y < 0,5Х, где Х вЂ” ширина преобразователя.

Практически приемлема для серийных преобразователей в диапазоне 1-5 МГц, например, ширина У 0,5-3 мм, что достигается для преобразователей с плоской рабочей, а также скругленной (притертой) рабочей гранью с радиусом скругления более 50 мм при использовании стальных образцов с максимальным диаметром боковой поверх-. ности 100 мм (используется для преобразователей минимального радиуса скругления коническая боковая поверхность).

Ширина У площадки может быть ограничена, например, уменьшением количества жидкости, которую применяют для создзния мениска 22 (дозируют размер капли, наносимой на образец), или использованием латексной прокладки заданного размера для создания мениска 22, или диафрагмированием с помощью непрозрачного экрана с отверстием, запо IIIÿåììì контактным материалом.

Повышение точности определения фактической частоты (и длины волны), из1714491 ской гранью, на которую выходят отражатели, служит малое основание усеченного конуса. отражатели выполнены в виде цилиндрических каналов равного диаметра, каждый из которых параллелен оси враще- 5 ния усеченного конуса, и расположенных симметрично указанной оси. а рабочими поверхностями служат коническая и цилиндрическая поверхности.

2. Образец no n.1. отличающийся 10 тем, что тело вращения, состоящее из со-. пряженных между собой усеченного конуса и цилиндра. дополнено еще одним усеченным конусом, сопряженным большим основанием со свободным основанием цилиндра.

3. Образец no n.2, отличающийся тем, что угол наклона образую@ ей одного из усеченных конусов к его основанию равен углу ввода колебаний преобразователя.

1714491

ФцГ. 2

Составитель S.Pîæäeñòâåícêèé

Редактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор : Т.Палий

Заказ 688 Тираж Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/ф

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101