Устройство для контроля качества продольных сварных швов зубчатых колес

Авторы патента:

Яковлев Валерий Васильевич (RU)

Пьянков Иван Николаевич (RU)

Болтовская Людмила Юрьевна (RU)

Пьянков Валерий Афанасьевич (RU)

G01N29/265 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2751149:

Акционерное общество "ОДК-Пермские моторы" (RU)

Использование: для контроля качества сварных швов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для контроля качества сварных швов содержит ультразвуковой преобразователь с прижимным устройством, шток и средство для перемещения преобразователя, содержащее направляющую и каретку, при этом на конце штока установлена съемная головка, содержащая узел крепления, амортизатор, зажимной элемент для установки преобразователя, узел крепления содержит колодку с пазом и зажимным винтом, средство для перемещения ультразвукового преобразователя содержит каретку с роликом, установленную на направляющей, на каретке установлен датчик отсчета пути и закреплен шток, на направляющей закреплена установочная сменная втулка. Технический результат: улучшение технологичности использования устройства для контроля качества сварных швов, повышение его универсальности и сокращение длительности процесса контроля. 1 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества сварных соединений, в частности, к ультразвуковому контролю сварных швов. Может быть использовано для контроля качества сварных швов, полученных электронно-лучевой сваркой. Применимо для зубчатых колес коробки приводов газотурбинных двигателей при отсутствии возможности контроля с другой стороны, для трубчатых изделий.

Известно устройство для ультразвукового контроля круговых сварных швов сварных элементов изделия по патенту РФ на полезную модель №61039, G01N 29/04, 2007. Устройство содержит основание, переходник для крепления к поверхности сварного элемента, жестко прикрепленную к нему штангу. Штанга соединена с основанием. Привод радиального перемещения ультразвукового преобразователя размещен на водиле и выполнен в виде ходового винта с ходовой гайкой, электродвигателем, кронштейном и микропереключателем радиального перемещения. Привод кругового перемещения ультразвукового преобразователя выполнен в виде жестко закрепленного на основании электродвигателя с ведущей шестерней. Ведущая шестерня кинематически связана с ведомой шестерней, с которой жестко соединены водило и микропереключатель кругового перемещения. Устройство снабжено дополнительным микропереключателем и преобразователем угла поворота водила в электрический сигнал, установленными на основании, узлом намотки кабеля. Перо регистратора кинематически связано с водилом, электронным блоком цифрового отсчета угловых координат, электрически связанным с преобразователем угла поворота, с задатчиком установки числа шагов радиального перемещения преобразователя и блоком корректировки длительности зоны контроля дефектоскопической аппаратуры. Недостатком является сложность устройства и сложность применения устройства.

Известно устройство для ультразвукового контроля продольных сварных соединений ручным продольно-поперечным сканированием по патенту РФ на полезную модель №113008, 2012. Устройство содержит направляющую, каретку, установленную на направляющей, две дополнительные направляющие, закрепленные на каретке перпендикулярно основной направляющей, ползун, взаимодействующий с дополнительными направляющими и призматическим преобразователем с прижимным узлом, ходовой винт с рифленой головкой, узел прижима с преобразователем. Ходовой винт закреплен в каретке параллельно дополнительным направляющим, с возможностью вращения вокруг собственной оси и взаимодействия с ползуном. Основная направляющая представляет собой плоскопараллельную пластину с продольным окном, через которое осуществляется контакт призматического преобразователя с поверхностью ввода-приема ультразвуковых колебаний в изделие сварного соединения, при этом она снабжена концевыми крепежными узлами к изделию. В головке ходового винта выполнен фиксатор, состоящий из подпружиненного штока со сферическим торцом, а в торцевой стенке каретки со стороны головки винта - сферическое углубление. На основной и дополнительных направляющих нанесены линейные шкалы. Недостатком является сложность использования устройства, связанная с выполнением большого количества операций для осуществления ультразвукового контроля, невысокая точность исследования.

Известно устройство для ультразвукового контроля качества сварных швов зубчатых колес, статья В.А. Пьянкова, Р.А. Сададинова «О возможности измерения параметров качества сварных зубчатых колес». – Дефектоскопия. 2005, №1, стр.29-31. Устройство содержит специализированный пьезоэлектрический преобразователь, закрепленный в специальной оснастке. Оснастка позволяет фиксировать положение преобразователя относительно базовой поверхности детали. Устройство применяется совместно с дефектоскопом. Упор, на котором закреплен преобразователь, смещается от базовой поверхности колеса до положения, при котором амплитуда эхо-сигнала достигает уровня фиксации. Устройство позволяет измерять глубину проплавления для принятия решения о допуске зубчатого колеса в производство. По расстоянию между базовой поверхностью и упором определяют глубину непроплавления сварного соединения. Это расстояние измеряют с помощью щупов. Недостатками устройства являются невозможность полного контроля всего сечения сварного шва при одностороннем доступе, дискретность перемещения преобразователя, вызванная невозможностью его плавного и непрерывного перемещения. Кроме того, необходимость подбора щупов усложняет процесс контроля шва и увеличивает общее время исследования.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрано устройство для ультразвукового контроля сварных швов продольно-поперечным сканированием по а.с.№1182383, G01N 29/04, 1985. Устройство содержит направляющую, каретку, шток, подвижно установленный на каретке, и закрепленный на штоке преобразователь с механизмом прижима. Для осуществления контроля перемещают каретку по направляющей до ее упора, после чего шток осуществляет линейное перемещение на величину одного поперечного шага. После перемещения преобразователя каретку перемещают в обратном направлении. При многократном перемещении каретки в прямом и обратном направлениях по направляющей преобразователь совершает заданную траекторию продольно-поперечного сканирования. Недостатком является сложность и длительность осуществления операции, связанная с необходимостью возврата каретки со штоком в начало направляющей после каждого шага, с необходимостью изменения положения упоров после каждого шага, с невозможность быстрой переналадки устройства для работы с изделиями других размеров и при необходимости замены преобразователя.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение технологичности использования устройства для контроля качества сварных швов, повышение его универсальности и сокращение длительности процесса контроля.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для контроля качества сварных швов, содержащем ультразвуковой преобразователь с прижимным устройством, шток и средство для перемещения преобразователя, содержащее направляющую и каретку, согласно изобретению, на конце штока установлена съемная головка, содержащая узел крепления, амортизатор, зажимной элемент для установки преобразователя, узел крепления содержит колодку с пазом и зажимным винтом, средство для перемещения ультразвукового преобразователя содержит каретку с роликом, установленную на направляющей, на каретке установлен датчик отсчета пути и закреплен шток, на направляющей закреплена установочная сменная фторопластовая втулка.

Технический результат обеспечивается использованием съемной головки с узлом крепления, содержащим колодку с пазом и зажимным винтом. Конструкция узла крепления позволяет вынуть шток из паза колодки и снять съемную головку. Наличие съемной головки позволяет заменять в устройстве однотипные части из имеющегося комплекта, выбирая необходимую съемную головку с уже установленным преобразователем в зависимости от номенклатуры зубчатого колеса. Наличие в съемной головке зажимного элемента, позволяет быстро и с малыми трудозатратами сменить ультразвуковой преобразователь в случае его поломки или при смене зубчатого колеса на колесо другого размера. Выполнение средства для перемещения преобразователя в виде каретки с роликом, установленной на направляющей, закрепление на каретке штока и датчика отсчета пути позволяет линейно, непрерывно перемещать преобразователь вдоль исследуемого сварного шва, не возвращая каретку после каждого шага в определенное положение. Установка каретки на ролике исключает дискретность перемещения, повышает удобство использования устройства. Возможность считывания с дисплея датчика отсчета пути значений перемещения преобразователя, выраженных в мм, упрощает процесс и сокращает время исследования за счет исключения необходимости преобразования полученных значений. Закрепление на направляющей установочной втулки позволяет ускорить и упростить процесс установки устройства на наружной поверхности ступицы зубчатого колеса. Возможность закрепления на направляющей установочных втулок различных диаметров позволяет устанавливать устройство на разных типах зубчатых колес, повышает его универсальность и удобство использования.

На фиг. 1 представлено устройство для контроля качества сварных швов, установленное на зубчатом колесе.

Устройство содержит направляющую 1, каретку 2 с роликом 3 и датчиком отсчета пути 4, которые образуют средство для перемещения преобразователя. В каретке 2 закреплен шток 5 при помощи винта 6. Шток 5 является подвижным штоком-глубиномером. На верхней наружной поверхности направляющей 1 нанесена шкала в виде линейки. Шток 5 установлен в паз, который располагается внутри направляющей 1. На конце штока 5 установлена съемная головка 7. Съемная головка 7 включает колодку 8 с зажимным винтом 9 и внутренним пазом для установки в него конца штока 5. Колодка 8 соединена с планкой 10, на которой закреплен амортизатор 11 в виде пружины и скоба 12. В скобе 12 с помощью винтов 13 крепят ультразвуковой преобразователь 14. Винты 13 так же являются осью для поворота преобразователя 14. На направляющей 1 устанавливают сменную фторопластовую втулку 15 с помощью зажимной планки 16 и зажимных винтов 17. Датчик отсчета пути 4 имеет рабочую панель с дисплеем 25.

Устройство для контроля качества сварных швов работает следующим образом.

Для исследования сварного шва 18 зубчатого колеса 19 устанавливают устройство контроля на изделии. Для этого сменную фторопластовую втулку 15 устанавливают на наружной поверхности ступицы 20 зубчатого колеса 19, ультразвуковой преобразователь 14 вводят внутрь отверстия ступицы 20 и устанавливают на начало сварного шва 18, при этом амортизатор 11 поджимает его к поверхности зубчатого колеса 19. Колодка 8 соединена с планкой 21, которая образует прямоугольное сквозное отверстие для установки наконечника штока 5. Закрепление амортизатора 11 в виде пружины и скобы 12 на планке 10 осуществляется с помощью заклепок 22. Колодка 8 соединена с планкой 10 при помощи сварки, сварным швом 23. В колодке 8 располагается внутренний паз 24 (на чертеже показан пунктирными линиями) для установки в него наконечника штока 5. В качестве ультразвукового преобразователя 14 используют раздельно-совмещенный пьезоэлектрический преобразователь (РС ПЭП), подключенный к ультразвуковому дефектоскопу типа УСД-50, УД2В-П46 и к др. Подключение производят с помощью электрического провода с клеммами типа «Lemo» или «СР-50». Для управления устройством при поиске скрытых в контролируемом материале несплошностей проводят первоначальную установку допустимых значений амплитуды эхосигналов. Настройку ультразвукового дефектоскопа на стандартных рабочих образцах осуществляют в начале каждого очередного сеанса работы. Устанавливают наиболее допустимую величину амплитуды эхосигнала от искусственного отражателя. Данную величину определяют по значению, при котором качество сигналов, полученных от несплошностей материала изделия или от искусственных отражателей, удовлетворяет условиям проведения исследовательских работ. Контроль проводят на поисковом и браковочном уровне. Для начала исследования механически воздействуют на средство для перемещения преобразователя и с помощью ролика 3 перемещают каретку 2 по направляющей 1. РС ПЭП 14 по команде ультразвукового дефектоскопа излучает зондирующие импульсы ультразвуковых волн в материал сварного шва 18 зубчатого колеса 19 для выявления дефектов. Дефектами являются несплошности, расположенные в глубине материала. Преобразователь 14 принимает ультразвуковые волны, отраженные от несплошностей структуры материала объекта контроля. Изменяют положение каретки 2 со штоком 5 относительно хвостовой части направляющей 1, изменяя при этом положение съемной головки 7 с ультразвуковым преобразователем 14 относительно начала сварного шва 18. Одновременно изменяются показания датчика отсчета пути 4 относительно точки начала контроля шва. Показания датчика 4 используют: для расчета перемещения преобразователя 14 относительно начала сварного шва; для определения положения преобразователя 14 относительно начала сварного шва. На дисплее датчика 4 отображается информация в виде цифровых значений. Данные цифровые значения показывают расстояние в мм, которое преодолел преобразователь 14 относительно начала сварного шва. В качестве датчиков пути используют датчики, которые используются в цифровых штангенциркулях торговой марки «Линкс-Раша» для измерения линейных размеров в мм. В качестве смазки и контактной среды – проводника ультразвуковых колебаний между поверхностью преобразователя 14 и поверхностью сварного шва 18 используют глицерин марки Ч, или ЧДА, либо масло МС-20. Проводят ультразвуковой контроль структуры материала зубчатого колеса 19 вдоль всего сварного шва 18. Далее обрабатывают показания преобразователя 14 и используют их для выявления несплошностей, превышающих допустимые значения амплитуды эхосигналов. При необходимости проведения ультразвукового контроля сварного шва 18 на зубчатом колесе 19 другого размера либо выкручивают зажимные винты 17 и снимают сменную фторопластовую втулку 15, либо выкручивают зажимной винт 9 и снимают съемную головку 7. Таким образом, заменяют либо сменную фторопластовую втулку 15, либо заменяют съемную головку 7, или при необходимости заменяют преобразователь 14 независимо друг от друга. Фторопластовые втулки 15 имеют различные размеры посадочных диаметров. Размеры посадочных диаметров втулок 15 совпадают с наружными диаметрами ступиц зубчатых колес 19. На конце подвижного усиленного стального штока-глубиномера 5 могут устанавливать различные съемные головки 7 с различными съемными ультразвуковыми преобразователями 14 в зависимости от типа зубчатого колеса 19. При необходимости замены только одного преобразователя 14, например, при выходе его из строя, выкручивают винты 13 скобы 12 и производят замену.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет улучшить технологичность использования устройства для контроля качества сварных швов, повысить его универсальность и сократить длительность процесса контроля.

Устройство для контроля качества сварных швов, содержащее ультразвуковой преобразователь с прижимным устройством, шток и средство для перемещения преобразователя, содержащее направляющую и каретку, отличающееся тем, что на конце штока установлена съемная головка, содержащая узел крепления, амортизатор, зажимной элемент для установки преобразователя, узел крепления содержит колодку с пазом и зажимным винтом, средство для перемещения ультразвукового преобразователя содержит каретку с роликом, установленную на направляющей, на каретке установлен датчик отсчета пути и закреплен шток, на направляющей закреплена установочная сменная втулка.

Использование: для генерации ультразвуковых колебаний. Сущность изобретения заключается в том, что генератор ультразвуковых колебаний содержит транзисторные полумосты и блок управления, соединенный с указанными транзисторными полумостами с возможностью управления их работой, причем указанные транзисторные полумосты образуют два каскада транзисторных полумостов, а указанный генератор дополнительно содержит электромагнитно-акустические преобразователи, подключенные к указанным каскадам транзисторных полумостов по матричной схеме таким образом, что электромагнитно-акустические преобразователи в каждой строке матричной схемы подключены к соответствующему одному из транзисторных полумостов, относящихся к одному из указанных каскадов транзисторных полумостов, а электромагнитно-акустические преобразователи в каждом столбце матричной схемы подключены к соответствующему одному из транзисторных полумостов, относящихся к другому каскаду транзисторных полумостов, при этом блок управления выполнен с возможностью выдачи заданных управляющих сигналов на транзисторные полумосты, соответствующие заданной строке матричной схемы, и транзисторные полумосты, соответствующие заданному столбцу матричной схемы, с обеспечением возможности протекания электрического тока через катушку одного из указанных электромагнитно-акустических преобразователей, соответствующего указанным строке и столбцу матричной схемы, что обеспечивает возможность генерирования ультразвуковых колебаний указанным электромагнитно-акустическим преобразователем.

Способ определения акустической анизотропии слабо анизотропного проката // 2745211

Использование: для определения акустической анизотропии слабоанизотропного проката. Сущность изобретения заключается в том, что в исследуемый технический объект, изготовленный из проката, излучают ультразвуковые импульсы поперечно-поляризованных горизонтальных волн, принимают серию эхо-сигналов, возникающих в результате отражений ультразвука от противоположной поверхности границы объекта, определяют величину временного сдвига между импульсами упругих волн, поляризованных вдоль и перпендикулярно направлению проката, и по ее значению вычисляют параметр акустической анизотропии, величина временного сдвига определяется на основании статистической обработки значений массива временных сдвигов суммарного импульса, полученных в процессе их измерения при повороте преобразователя вокруг вертикальной оси в диапазоне углов от 0 до 90°, величина акустической анизотропии и ее случайная средняя квадратическая погрешность вычисляются по формулам, определение необходимых временных сдвигов анализируемых импульсов осуществляется по точкам перехода сигнала через ноль, максимально близким к «центрам тяжести» импульсов.

Способ калибровки электроакустического преобразователя с большим отношением продольного размера к поперечному // 2740536

Использование: для калибровки электроакустического преобразователя с большим отношением продольного размера к поперечному. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительность калибруемого преобразователя определяют по отношению выходных напряжений калибруемого и опорного преобразователей при облучении преобразователей цилиндрической звуковой волной.

Способы и устройство для тестирования датчиков акустической эмиссии // 2736283

Использование: для тестирования датчика акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования датчика акустической эмиссии содержит устройство управления технологическим процессом; датчик акустической эмиссии, связанный с устройством управления технологическим процессом, при этом датчик акустической эмиссии обнаруживает состояние эксплуатационной годности устройства управления технологическим процессом; и пьезоэлектрический эталонный генератор частоты, акустически связанный с датчиком акустической эмиссии для того, чтобы тестировать состояние эксплуатационной годности датчика акустической эмиссии.

Устройство для определения состава газов и жидкостей // 2735907

Использование: для определения состава газов и жидкостей. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для определения состава газов и жидкостей, содержащем источник и приемник акустического излучения, измерительную камеру с исследуемым веществом, расположенную между источником и приемником акустического излучения, приемник акустического излучения имеет возможность осевого и продольного перемещения, а измерительная камера выполнена в виде звукопроводящей оболочки, заполненной исследуемым веществом и формирующей акустический аналог «фотонной струи».

Виброакустический способ оценки технического состояния проводящих инженерных коммуникаций // 2734724

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля, а именно к вибрационной диагностике, и может быть использовано для анализа технического состояния проводящих инженерных коммуникаций. В ходе реализации способа осуществляют генерирование звуковых колебаний с резонансной частотой посредством динамического излучателя и регистрацию сигнала динамического излучателя посредством чувствительного элемента.

Способ сейсмоакустической оценки деформационно-прочностных характеристик грунта // 2734453

Изобретение относится к строительству, в частности к контролю качества прочностных характеристик грунтов. Предложен способ сейсмоакустической оценки деформационно-прочностных характеристик грунта, включающий предварительное установление корреляционных зависимостей между деформационно-прочностными характеристиками определенного вида грунта и скоростями прохождения продольных и поперечных упругих волн в данном виде грунта, измерение скорости прохождения продольных и поперечных упругих волн в исследуемом грунте и оценку деформационно-прочностных характеристик исследуемого грунта с использованием установленных корреляционных зависимостей.

Способ измерения вибрационных характеристик коллекторных электродвигателей и устройство для его реализации // 2734279

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области машиностроения для измерения механических резонансов обмоток тяговых коллекторных электродвигателей постоянного и пульсирующего тока. Способ измерения вибрационных характеристик коллекторных электродвигателей включает подачу напряжения с изменяемой частотой на обмотку коллекторного электродвигателя, получение вибрации с поверхности обмотки электродвигателя, преобразование ее в электрические колебания, измерение зависимости амплитуды вибрации от частоты подаваемого на обмотку напряжения, при этом согласно изобретению напряжение с изменяемой частотой подают на обмотку ротора коллекторного электродвигателя, на обмотку возбуждения коллекторного электродвигателя подают постоянный ток, измеряют зависимость амплитуды вибрации от частоты подаваемого на обмотку ротора напряжения и строят зависимость измеренной амплитуды вибрации от частоты переменного напряжения, подаваемого на обмотку ротора.

Устройство для лазерно-акустического контроля твердых и жидких сред // 2732470

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для исследования неоднородностей структуры твердых и жидких сред. Устройство содержит импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру.

Способ и устройство измерения мощности и крутизны нарастания участков нестационарности акустических сигналов // 2731339

Изобретение относится к технике связи, в частности к цифровым способам и устройствам измерения мощности и крутизны нарастания акустических сигналов. Задачей предлагаемого изобретения является асширение функциональных возможностей для измерения мгновенной и средней мощности и крутизны нарастания участков нестационарности акустических сигналов и повышение точности оценки качества акустических сигналов.

Способ нанесения искусственных отражателей на тело образца из полимерных композиционных материалов // 2752561

Изобретение относится к области акустических измерений. Способ изготовления искусственного отражателя для волноводного метода контроля длинномерных объектов из полимерного композиционного материала включает нанесение на образец искусственного отражателя. Искусственный отражатель выполняют в виде наплыва из материала наполнителя с сечением в зоне дефекта, большего, чем основное тело длинномерного объекта, при этом высоту наплыва h определяют исходя из величины ожидаемого сигнала от искусственного отражателя, а длину L определяют из соотношения L=λ/4, где λ - длина акустической волны, определяемая основной частотой акустического сигнала ƒ и скоростью акустической волны с λ=ƒ/с. Технический результат состоит в создании искусственного отражателя длиной L=λ/4, где λ - длина акустической волны, определяемая основной частотой акустического сигнала ƒ и скоростью акустической волны с λ=ƒ/с и высотой h в виде наплыва с увеличением площади сечения длинномерного объекта в зоне искусственного отражателя без нарушения внутренней структуры полимерного композитного материала, в упрощении и удешевлении конструкции устройства. 2 ил.