книги / Ультразвуковой контроль и регулирование технологических процессов

Рис. 9.1. Блок-схема УЗ-дефекгоскопа УЗД-37

щее устройство РУ; силовая часть служит для питания приемного блока и пе­ редатчика переменным и постоянным током.

УЗ-генератор вырабатывает ЭИ длительностью 2 полуцикла колебаний час­ тоты 2,5 МГц (или 1,25 МГц) и преобразует их с помощью пластины титаната бария в УЗ-импульсы той же частоты с длительностью 3 полуцикла колеба­ ний, которые через И (входящий в РСП) поступают в пруток. Запуск УЗГ про­ изводит ГС, который одновременно запускает и РУ, служащее для разделения на ЭЛТ импульсов, пришедших в разное время. Таким образом, одновременно с посылкой УЗ-колебаний в пруток на экране ЭЛТ появляется начальный им­ пульс 1.

Спустя некоторое время после посылки, УЗ-колебания распространяясь в прутке, достигают дефекта, частично отражаются от него, поступают на плас­ тину титаната бария ТБ-1 П (входящего в РСП) и преобразуются в ЭИ. С вы­ хода усилителя ЭИ направляется ЭЛТ, где наблюдается в виде всплеска 2.

После частичного отражения от дефекта импульс УЗ-колебаний через опре­ деленный промежуток времени достигает противоположной стороны цилин­ дрической поверхности и, вновь отразившись, поступает на П, преобрауясь в импульс электрических колебаний. После усиления в У он появляется в пра­ вой стороне экрана в виде всплеска 3. По относительному расположению всплесков 2 и 3 можно судить о глубине залегания пресс-утяжины.

обходимая высота импульса на экране. Затем искатель плавно перемещают вдоль по поверхности прутка.

Место, где на экране исчезнет отражение от пресс-утяжины, отмечается на прутке как вероятная граница прессутяжины. Для проверки, не распространя­ ется ли прессутяжина дальше метки в другом месте сечения, пруток проверя­ ется кругом на участке 150-200 мм. Если прессутяжина не обнаруживается на этом участке, то метка указывает действительную границу прессутяжины. При повторном появлении сигнала производится дальнейшая проверка аналогич­ но предыдущей.

Для проверки одного прутка опытному оператору требуется в среднем 1,5- 2 мин., что достаточно для обеспечения непрерывной загрузки пил, обслужи­ вающих два-три вертикальных 600 тн пресса. УЗ-метод контроля позволяет, в первую очередь, уменьшить брак при прессовании труб и еще дает некоторую экономию металла за счет более точного удаления дефектной части прутказаготовки при резке ее на шашки.

9.2. Контроль качества кованых изделий

Практика международного сотрудничества в металлургическом машиностро­ ении показывает актуальность решения сложных проблем, связанных с вы­ пуском кованых валов для роторов турбин, вагонных осей колесных пар под­ вижного состава (ж/д транспорта и др.) и другой продукции ответственного назначения. К одной из них относятся повышение качества валов, о котором в значительной мере судят по наличию в металле объектов отражения УЗ-внут- ренних несплошностей, как зон с условным эквивалентным диаметром d объек­ та отражения.

Опыт разработки и промэксплуатации первых приборов контроля качества изделий, экспериментальные и теоретические исследования [7, 40-42, 402416] позволили создать методическое обеспечение и современную аппаратуру универсального назначения, удовлетворяющую потребности многих техноло­ гических процессов, в частности УИТ-Т9, УЗИТ-1 конструкции СКВ ЦМАТНА для выявления расслоений без мертвой зоны в листах [407, 412], прибор УД2-12 конструкции ВНИИНК.

УЗ-контроль, как одна из стадий производства кованых валов [412-416], осу­ ществляется на (по возможности) более ранней стадии обработки поковок с тем, чтобы с учетом выявленной степени их латентной дефектности исклю­ чить потери металла, технологически скорректировав использование поковки или ее части для назначения, соответствующего выявленному уровню дефек­ тности. Отечественный и западно-европейский стандарты ориентируют УЗконтроль качества на: а) использование стандартных образцов из бездефект­

ного металла той же марки и структуры, что и контролируемые изделия; б) прозвучивание поковки с ее торца (вдоль оси) эхо- и зеркально-теневым спо­ собами; в) эхолокацию с боковой цилиндрической поверхности; г) выполне­ ние обработки торцов с одинаковой со стандартным образцом шероховатос­ тью, не выше Rz= 20.

9.2.1. Осевой зонный контроль эхо- и зеркально-теневым способами

Рекомендуемая стандартами близость путей распространения УЗ в поковке длиной L и образце длиной / согласно зонному методу достигается использо­ ванием десятого донного эхо в образце с обеспечением L « 10/.

Логарифмическое представление измеренных в дБ (по калиброванному ат­ тенюатору дефектоскопа) амплитуд донного эхо-сигнала (от торца) поковки Уд, эхо-сигнала от «дефекта» Ndв ней и десятого эхо-сигнала Nsв стандартном эталонном образце описывается системой уравнений:

где в дБ даны значения: сигнала излученного в металл импульса N# а 8, и ^ sj[z) и ï^fZ/L, е и — диффракционного ослабления 8 и затухания Е; при рас­ пространении соответственно донного сигнала, эхо-сигнала от «дефекта» в поковке и десятого эхо-сигнала в образце-стандарте. Измерения значений Уд, N j N s производят при одинаковых значениях высот изображений эхо-сигна­ лов на экране дефектоскопа, напряжения генератора и усиления за аттенюато­ ром.

По отсчитываемому на экране интервалу между посылкой в поковку импульса и приемом его эхо от «дефекта» определяют глубину его залегания z. Поэтому входящее в уравнение (9.2) дифракционное ослабление e^z) дает информа­ цию непосредственно об эквивалентном диаметре d «дефекта». Вследствие того, что имеющиеся на заводах дефектоскопы УД2-12 обладают максималь­ ной дальностью выявления дефектов, равной лишь 400 мм для d > 1,6 мм, контроль валов с L < 2,4 м ведется с обоих торцов последовательно по трем зонам (рис. 9.3): 0-400, 400-800 и 800-1200мм с установкой в них уровня от­ браковки по d соответственно 3,6 и 10мм. Браковочные графики 1-3 (рис. 9.3) определяют по разности между параметром £d(z) и его значением е, в конце зоны 1: при z = 400 мм и d = 3 мм, рассчитываемым согласно [42,414] для зон 2, 3 и второй половины зоны 1, а первой половины — по обобщенным АРД диаграммам [402]. С учетом этого решение систем уравнений (9.1)—(9.3) дает выражение для диагностического параметра:

32

Й28

24

*

20

16

12

8

4

О

Рис. 9.3. Браковочные графики трехзонного УЗ-контроля качества кованых стальных валов: зона 1 (0-400 мм) для дефектов с d = 3 м м ; зона 2 (400-800 мм) для дефектов с d = 6 мм; зона 3 (8001000 мм) для дефектов с d = 10 мм для серийного искателя П111-2,5-К20 с отношением длины X излученной волны к радиусу искателя, равным 0,236

где A, = ^ + 201g10/L”1, a Aj = £ , - £ -

Определение Bdведется по измеренным на дефектоскопе в дБ величинам Nj Nj a поправок Aj и Аз — на основе экспериментально определяемого по методике Ассоциации АСК параметра Для серийного СПП типа П111-2.5- К20 и стандартного эталонного образца из стали 45 (/ = 240 мм): ^ = 20 дБ и Д2= 1 дБ. Кованое изделие считается годным, если величина Bdменьше орди­ нат (рис. 9.3) браковочных графиков. Помимо этого эхо-способа, зонный кон­

троль включает в себя также зеркально-теневой контроль по степени ослабле­ ния донного сигнала при Ns= 30 дБ. Вал признается годным, если NR > Ns.

Описанный зонный контроль применяется многими предприятиями, в част­ ности ОАО «УЗММ», в основном при производстве на экспорт валов средней длины. Распространение его на более протяженные (до 6 м) валы требует ис­ следований по повышению мощности УД2-12 на 20 дБ или импортных прибо­ ров на 10 дБ, которые ведутся Ассоциацией АСК.

9.2.2. Эхолокация поковок с их цилиндрической поверхности

УЗ-контроль производится по методике Ассоциации АСК, разработанной Н. И. Бражниковым, на специально оборудованном участке, включающем: а) стеллаж-накопитель подвергнутых чистовой механической обработке цилин­ дрических поковок и изолятор брака; б) УЗ-дефектоскоп с СПП типа П111- 2,5-К20-002; в) сменные акустические насадки с цилиндрической рабочей (кон­

тактной) поверхностью для СПП\ г) специальное место для подключения УЗдефектоскопа к сети переменного тока.

Для УЗ-контроля могут применяться любые дефектоскопы отечественного и зарубежного производства с техническими характеристиками, обеспечива­ ющими выявление дефектов. Рекомендуется использовать дефектоскопы УД212 или УД2-70 (НПК «Луч»).

Подготовка и настройка УД2-12.

1.На экране прибора наносят ниже и выше 7-го деления вертикальной шка­ лы по две полудецибельных горизонтальных линий, отстоящих друг от друга на расстояние, соответствующее изменению эхо-сигнала на 0,5 дБ согласно данным табл. 9.1. Затем, в левой половине экрана прибора наносят кривую Я поискового порога, идущую справа налево от центра экрана из точки высотой

водно основное деление вертикальной шкалы согласно данным табл. 9.2.

2.Преобразователь со сменной акустической насадкой устанавливают на цилиндрическую поверхность поковки, предварительно покрытую тонким слоем контактной смазки и добиваются устойчивого донного эхо-сигнала на экране прибора УД2-12. Регулятором 19 панели А6 прибора устанавливают первый донный эхо-сигнал на 5 (центральное) деление горизонтальной шка­ лы. При этом второй донный эхо-сигнал будет находиться на десятом (край­ нем правом) делении шкалы. На экране устанавливают аттенюатором высоту первого донного эхо-сигнала, близкой к 7-му делению вертикальной шкалы, измеряют его амплитуду Д хпо сумме нажатых клавиш аттенюатора с учетом вспомогательных полудецибельных линий ниже и выше 7-го деления верти­ кальной шкалы.

3.Поисковую чувствительность Nnв дБ вычисляют по формуле Nn= Д {- А, где параметр А определяется в зависимости от диаметраДппоковки по данным из табл. 9.3.

Поисковую чувствительность УД2-12 устанавливают аттенюатором до сум­ мы нажатых его клавиш, ближайшей к вычисленной величине N .

Выявление и идентификация дефектов.

1.Контролю подвергаются окончательно подвергнутые чистовой механичес­ кой обработке поковки с установкой для каждой из них поисковой чувстви­ тельности Nn. Сканирование преобразователем с акустической насадкой про­ водится не менее, чем на 60 % (по периметру) цилиндрической поверхности. Скорость сканирования по периметру поковки не должна превышать 20 мм/с, шаг сканирования 12 мм. Все эхо-сигналы, имеющие амплитуду ниже порого­ вой кривой в зоне контроля между зондирующим импульсом и первым дон­ ным эхо-сигналом, не регистрируются.

2.При появлении эхо-сигналов предполагаемых дефектов, имеющих амп­ литуду выше пороговой кривой, находят положение максимума эхо-сигнала. Затем устанавливают его высоту (посредством Ат) близкой к 7-му делению вертикальной шкалы и измеряют амплитуду N эхо-сигнала предполагаемых дефектов в дБ по сумме нажатых клавиш аттенюатора с учетом полудецибельных вспомогательных линий ниже или выше 7-го основного деления верти­ кальной шкалы. Не отпуская ПП в обнаруженной точке максимума эхо-сигна­ ла (установив их поочередно близкими по высоте к 7-му делению вертикаль­ ной шкалы) по сумме нажатых клавиш аттенюатора с учетом полудецибельных линий. Измеряют расстояние m в делениях горизонтальной шкалы между эхо-сигналом дефекта и первым донным эхо-сигналом.

3.Вычисление значений браковочной функции Вдв дБ производят по фор­ муле:

Вж= M ~ N + е,„ + 0,2т(Д{- Д г- 6),

где гт— поправка, определяемая по расстоянию т (в делениях горизонталь­ ной шкалы) согласно табл. 9.4.

Значения поправки ем в зависимости от расстояния т

Определение диаметра d (мм) предполагаемого дефекта производится по вычисленной величине браковочной функции 2?д (дБ) и диаметру Дп(мм) по­ ковки из таблиц Ассоциации АСК.

4. По завершении УЗ-контроля верхней части поковки производят ее разво­ рот на 180° по периметру и аналогичный УЗ-контроль нижней части поковки.

Бракуются поковки при выявлении дефектов с диаметром, равным dBи бо­ лее. Из небракуемых фиксации подлежат дефекты с диаметром, превышаю­ щим величину dp Величины d^n d BB зависимости от диаметра поковки Дп(в соответствии с ГОСТ 24507-80) приведены в табл. 9.5.

9.3. Экспресс-контроль поверхностной плотности фольги и полимеров

Поверхностная плотность csв микронном (мкм) диапазоне толщин h метал­ лопроката является (объемная плотность металла — с) основным параметром выходной продукции. Достаточно точно в заводских лабораториях определя­ ют ее по массе ткв граммах (г) взвешиваемого (после вырезки из рулона фольги) квадрата площадью 1 дм2:

тическим импедансом ZBи начальное давление УЗ-излучения р0в нем соответ­ ственно ниже. Для повышения более 20 дБ, приемно-излучающих свойств ра­ бочие поверхности ПП были покрыты акустически просветляющим слоем «Ассоциации АСК» в институте ГИРЕДМЕТ. Излучатель и соосный ему Я закреплены на скобе 4 и ориентированы своими рабочими плоскостями па­ раллельно поверхности фольги. Излученная импульсная волна длиной X = = 0,27 мм проходит в воздухе через фольгу с ослаблением УЗ-давления, пря­ мопропорциональным ее поверхностной плотности (при условии X » h фольга представляет собой сосредоточенную массу, интерференционные явления в которой исключены). Наблюдение УЗ-импульсов при настройке прибора осу­ ществляется на осциллографическом экране 5.

Коротковолновое излучение (при длительности импульса, на порядок пре­ вышающей период f~ l колебаний) описывается интегралом Г. Гельмгольца - H. Бражникова [61, 63], а ослабление D~l среднего давления рср фольгой при h < Х/4 рассчитывают [420] по формуле Н. Бражникова (8.12) или в ЭБ-исчис- лении

где Я — ослабление в дБ.

Осевое давление в ближней зоне (протяженностью а IX = 365 мм) ПП ПШ-

I . 25-К20 испытывает ряд чередующихся дифракционных минимумов и мак­ симумов, в зависимости от расстояния z между Я и Я. Из расчетов по (2.11) следует, что при отсутствии затухания полусумма минимального и последую­ щего максимального модуля осевого давления p(z) в поле используемого И почти не отличается от начального давления р0. При этом в ближней зоне с ростом z минимумы осевого давления уменьшаются по амплитуде, а максиму­ мы увеличиваются.

Измерение уровня Я среднего давления рсримпульсной УЗ-волны (в дБ) про­ изводится по отсчету Яц цифрового индикатора ЩИ) 6 прибора, включаемого прикосновением к сенсору 7 «дБ», и входного калиброванного Ат 8 прибора, создающего амплитудное ослабление Я в диапазоне 0-60 дБ с дискретностью 2 дБ: N = Яа-Я ц. Амплитуда преобразованного Я из волны прямого прохожде­ ния ЭИ 10 прямо пропорционально давлению рср, определяется по величине Я в режиме временной селекции. Последняя обеспечивается регулировкой (в блоке 9 прибора) стробимпульса таким образом, чтобы строб отделял детек­ тированный импульсный сигнал 10 Я от начального видеоимпульса 11 элект­ ромагнитной наводки генератора и от импульса 12 многократного УЗ-отраже- ния в воздухе.

Контроль уровня среднего давления принимаемой УЗ-волны />ср (в дБ) велся при расстояниях z, соответствующих как минимум, так и максимум осевого давления p(z). Для рсрне было отмечено никаких отклонений Яц от монотонно-