Ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп

Ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контролю качества материалов и может быть использовано для регистрации стадии предразрушения материалов в процессе циклического нагружё- нйя изделия и исследования с помощью эхо-импульсного метода. Цель изобретения - повышение достоверности регистрации стадии предразрушения материалов. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено схемой автоматического выбора оптимального уровня нагружения детали, на которой регистрируется стадия предразрушения материла. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)ю G 01 N 29/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ НТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4921057/28 (22) 22.03.91 (46) 23.02.93, Бюл. № 7 (72) Ю.Г,Васенев, А,И,Поляков, А,О.Каксис и

Е,В,Абаев (56) Авторское свидетельство СССР

N 953557, кл. G 01 N 29/10, 1980, Выборнов Б.И, Ультразвуковая дефектоскопия, - M. Металлургия, 1974, с.22 -229.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1165975, кл. G 01 N 29/10, 1984; (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП

Изобретение относится к контролю качества материалов и может быть использовано для регистрации стадии предразрушения металлов в процессе циклического нагружения изделия, что позволит предотвращать усталостные разрушения деталей и конструкций непосредственно в процессе их работы, Известен ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь, усилитель-детектор, временной селектор и нормализатор, формирователь селектирую-. щих импульсов, вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора, а выход— к второму входу временного селектора, и индикатор. Такое устройство использовалось для "фиксирования ранней стадии возникновения повреждаемости материала" в процессе циклического нагружения детали.

Недостатком известного устройства является то, что оно не имеет средств объективной регистрации информации. О

„„5U ÄÄ 1797044 А1 (57) Изобретение относится к контролю качества материалов и может быть использовано для регистрации стадии предразрушения материалов в процессе циклического нагружения изделия и исследования с помощью эхо-импульсного метода. Цель изобретения— повышение достоверности регистрации стадии предразрушения материалов. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено схемой автоматического выбора оптимального уровня нагружения детали, на которой регистрируется стадия предразру- . шения материла. 2 ил. наличии изменений в металле судят по ре- зультатам визуального наблюдения за поведением эхо-импульса на индикаторе, что обуславливает низкие точность и достоверность выявления таких изменений, Кроме того, известное устройство работает только а при условии сохранения постоянства частоты нагружения детали и не позволяет вести О наблюдения за процессом усталости материала при изменяющейся частоте нагружения детали.

С>

Наиболее близким по технической сущ- Ь ности к изобретению является устройство, Д содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь, усилитель-детектор, временной селектор и нормализатор, формирователь селектирующих импульсов, вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора, а выход — ко второму входу временного селектора, последовательно соединенные датчик уровня нагрузки, первый элемент сравнения, первый счетчик, второй

1797044

20

35

3 элемент сравнения, регистр и индикатор, последовательно соединенные третий элемент сравнения и второй мультивибратор, выход которого подключен к второму входу триггера и к первому входу синхронизатора, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, второй элемент совпадения и второй счетчик, выход которого подключен ко второму входу второго элемента сравнения, последовательно соединенные третий элемент совпадения и одновибратор, выход которого соединен с установочным входом регистра, источник опорного напряжения, первый выход которого подключен к второму входу первого элемента сравнения, вход третьего элемента сравнения подключен к выходу датчика уровня нагрузки, выход нормализатора подключен ко вторым входам первого и второго элементов совпадения и к первому входу третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен со вторым выходом триггера и обьединен с третьим входом второго элемента совпадения, выход генератора счетных импульсов подключен к третьему входу первого элемента совпадения, выход первого мультивибратора соединен с входами

"Сброс" первого и второго счетчиков и со вторым входом синхронизатора.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает достаточной достоверности регистрации стадии предразрушения материалов с различными физико-механическими свойствами. Зто обусловлено тем, что измеряемый устройством информативный параметр (разность значений активных длительностей эхо-сигналое) зависит не только от степени накопления усталостных повреждений материала, но и от уровня механических напряжений, действующих на исследуемую деталь в моменты измерения активных длительностей эхо-сигналов, В известном устройстве измерения указанных длительностей выполняются на двух фиксированных уровня U> и 02, в результате чего значения информативного параметра, полученные для материалов с различными физико-механическими свойствами, будут не сопоставимы по степени накопления усталостных повреждений, Кроме того, на практике сложно выбирать значения уровней U> и Uz опорного напряжения, необходимые для регистрации стадии предразрушения материала, Целью изобретения является повыше-. ние достоверности регистрации стадии предразрушения материалов, Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее последовательно соединейные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь, усилительдетектор, временной селектор и нормализатор, формирователь селектирующих импульсов вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора, а выход — ко второму входу временного селектора, последовательно соединенные датчик уровня нагрузки, первый элемент сравнения, первый мультивибратор, триггер, первый элемент совпадения, первый счетчик, второй элемент сравнения, регистр и индикатор, последовательно соединенные третий элемент сравнения и второй мультивибратор, выход которого подключен ко второму входу триггера и к первому входу синхронизатора, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, второй элемент совпадения и второй счетчик, выход которого подключен ко второму входу второго элемента сравнения, последовательно соединенные третий элемент совпадения и одновибратор, выход которого соединен с установочным входом регистра, источник опорного напряжения, первый выход которого подключен ко второму входу первого элемента сравнения, вход третьего элемента сравнения подключен к выходу датчика уровня нагрузки, выход нормализатора подключен ко вторым входам первого и второго элементов совпадения и к первому входу третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен со вторым выходом триггера и объединен с третьим входом второго элемента совпадения, выход генератора счетных импульсов подключен к третьему входу первого элемента совпадения, выход первого мультивибратора соединен с входами

"Сброс" первого и второго счетчиков и со вторым входом стинхронизатора, снабжено последовательно соединенными третьим счетчиком, дешифратором и коммутатором, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента сравнения, а также делителем, выход которого подключен ко второму входу коммутатора, вход третьего счетчика подключен к выходу первого мультивибратора, а вход делителя соединен со вторым выходом источника опорного напряжения.

На фиг,1 представлена блок-схема ультразвукового эхо-импульсного дефектоскопа; на фиг,2 — эпюры напряжений, поясняющие принцип работы дефектоскопа.

Дефектоскоп содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь 3, усилитель-детектор

4, временной селектор 5 и нормализатор 6.

1797044

20

55 формирователь 7 селектирующих импульсов, вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора 1, а выход — ко второму входу временного селектора 5, последовательно соединенные датчик 8 уровня нагрузки, первый элемент 9 сравнения, первый мультивибратор 10, триггер 11, первый элемент 12 совпадения, первый счетчик 13, второй элемент 14 сравнения, регистр 15 и индикатор 16, последовательно соединенные третий элемент 17 сравнения и второй мультивибратор 18, выход которого подключен ко второму входу триггера 11 и к первому входусинхронизатора 1, последовательно соединенные генератор 19 счетных импульсов, второй элемент 20 совпадения и второй счетчик 21, выход которого подключен ко второму входу второго элемента 14 сравнения, последовательно соединенные третий элемент 22 совпадения и одновибратор 23, выход которого соединен с установочным входом регистра 15, источник 24 опорного напря>кения, первый выход которого подключен ко второму входу первого элемента

9 сравнения, вход третьего элемента 17 сравнения подключен к выходу датчика 8 уровня нагрузки. Выход нормализатора б подключен ко вторым входам первого и второго элементов 12 и 20 совпадения и к первому входу третьего элемента 22 совпадения, второй вход которого соединен со вторым выходом триггера 11 и об1:единен с третьим входом второго элемента 20 совпадения, выход генератора 19 счетных импульсов подключен к третьему входу первого элемента 12 совпадения, выход первого мультивибратора 10 соединен с входами "Сброс" первого и второго счетчиков 13 и 21 и со вторым входом синхронизатора 1. Кроме того, дефектоскоп снабжен последовательно соединенными третьим счетчиком 25; дешифратором 26 и коммутатсром 27, выход которого соединен со BTopblM входом третьего элемента сравнения, а также делителем

28, выход которого подключен ко второму входу коммутатора 27, вход третьего счетчика 25 подключен к выходу первого мультивибратора 10, а вход делителя 28 соединен со вторым выходом источник: 24 опорного напряжения, Дефектоскоп работает следующим образом.

В процессе циклического нагружени:: детали датчик 8 уровня нагрузки преобра.= ует нагрузку в напря>кение U, представл-н ное эпюрой 29 (фиг.2), которое поступает на элементы 9 и 17 сравнения, В момент превышения этим напряжением минимального фиксированного уровня 0>, устанавливаемого источником 24 опор ого напряжения и подаваемого на второй вход первого элемента 9 сравнения, запускается первый мультивибратор 10. Синхроимпульсы на выходе мультивибратора 10, количество которых определяется числом циклов нагружения исследуемой детали, представлены эпюрой 30.

В момент превышения напряжением U дискретно изменяющегося по уровню напряжения 02 (зпюра 31), снимаемого с выхода коммутатора 27 и подаваемого на второй вход третьего элемента 17 сравнения запускается второй мультивибратор 18, Причем уровень напряжения U2 формируется делителем 28 и выбирается автоматически с помощью э ементов 25...27 в зависимости от числа циклов нагружения, которое измеряется ретьим счетчиком 25 путем подсчета. синх оимпульсов, поступающих на его вход с вы ода первого мультивибра-,ора 10, Синхро:, мпульсы на выходе второго мультивибра-.ора 18 представлены зпюрой 32, При каждом поступлении синхроимпульсов синхронизатор 1 запускает одновременно генератор 2 зондирующих импульсов и формирователь 7 селектирующих импул ьсов. Затем преобразователь 3 возбуждает в нагружаемой детали ультразвуковые колебания, при имает эхо-импульсы, которые после прохо>кдения усилителя-детектооа 4 по,тупают на вход временного селектора 5, с помощью которого выделяются сигналы, отраженные от края концентратора напряжений, в зоне которого накапливаются усталостные повреждения. Эхо-сигналы на выходе временного селектора 5 представлены эпюрой 3, С выхода нормализатора 6 эхо-сигналы, нормированные на фиксированном уровне U3 (эпюра 33), поступают на входы элементов

12, 20 и 22 совпадения. Импульсы на выходе нормализатора 6 представлены эпюрой 34.

Импульсы с первого выхода триггера 11, длительность которых соответствует определенному диапазону уровней нагрузок, представлены эпюрой 35. Импульсы со второго выхода триггера 11 представлены эпюрой 36, Счетные импульсы с генератора 19 поступают на выход первого элемента 12 совпадения в интервалы времени совпадения импульсов на выходе нормализатора б (эпюра 34) с импульсамй на первом выходе триггера 11 (зпюра 35). Счетные импульсы на выходе второго элемента 20 совпадения импульсов на выходе нормализатора б (эпюра

34) с импульсами на втором выходе триггера

11 (эпюра 36), Сигналы на выходе первого элемента 12 совпадения представлены зпюрой 37, а на выходе второго элемента 20 соьпадения — эпюрой 38, 1797044

35 дефектоскопе дополнительно предусмотре- 40 на схема (элементы 25...28) автоматического изменения уровня напряжения,соответстС выходов счетчиков 13 и 21 информация в виде двоичного восьмираэрядного кода подается на входы второго элемента 14 сравнения, При этом на его выходе формируется сигнал ">" или "<"., соответствующий знаку разности активных длительностей хн и х (эпюры 37 и 38). С выхода элемента 14 сравнения двоичный код знака записывается в регистр 15 в момент прихода импульса с выхода одновибратора 23 (эпюра 39). Затем знак указанной разности фиксируется индикатором 16, На стадии исчерпания металлом в локальной деформационной зоне своих пластических возможностей и образования в ней ряда разрозненных микронесплошностей значение разности активных длительностей эхо-сигналов меняет знак с положительного на отрицательный. Причем для материалов с различными физико-механическими свойствами такое изменение знака наблюдается при различных уровнях нагружения детали, которые, как правило, не известны. Поэтому устройство обеспечивает возбуждение ультразвуковых колебаний в исследуемой детали на различных уровнях ее нагружения, что достигается формированием переменного по уровню напряжения 02 (эпюра 31), увеличение которого повторяется через определенное число циклов нагружения детали.

Предложенный дефектоскоп, по. сравнению с базовым, в качестве которого принят дефектоскоп, являющийся прототипом, позволяет повысить достоверность регистрации стадии предразрушения материала и расширить технические возможности ультразвукового эхо-импульсного дефектоскопа, Это следует из того, что в предлагаемом

Формула изобретения ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь. усилительдетектор, временной селектор нармализатор, формирователь селектирующих импульсов, вход которого подключен к второму выходу синхронизатора, а выход — к второму входу временного селектора, последовательно соединенные датчик уровня нагрузки, первый элемент сравнения, первый мультивибратор, триггер, первый элемент сравнения, первый мультивибратор, 5

25 вующего различным уровням нагружения детали, при которых осуществляется зондирование исследуемого материала. Это иск.лючает возможность пропуска момента: наступления стадии предразрушения.

Так, например, возбуждение ультразвуковых колебаний в материале с разрозненными микронесплошностями в моменты формирования синхроимпульсов С11 (эпюра 30) и С21 (эпюра 32)и последующее измерение разности хг — х11 =Ах активных длительностей эхо-сигналов приводит к индикации положительного знака величины Ьх1 (фиг.2,а) а следовательно, к получению на достоверной информации о наличии усталостных повреждений материала.

Аналогичная ситуация представлена на фиг.2,6 и фиг.2,г, При возбуждении ультразвуковых колебаний в моменты формирования синхроимпульсов С13 (эпюра 30) и С23 (эпюра 32) перепад уровней нагрузки, действующей на деталь, достигает оптимального значения и величина Лх становится отрицательной (фиг.2,в), что соответствует достоверной информации о наступлении стадии предразрушений материала. В то же время с использованием известного дефектоскопа нельзя с достаточной достоверностью зарегистрировать . наступление стадии и редразрушения, поскольку дефектоскоп формирует постоянный уровень напряжения Uz, который может не соответствовать оптимальному уровню нагружения детали, Следовательно, описанное техническое решение позволяет повысить достоверность регистрации стадии предразрушения материала и обладает более широкими техническими воэможностями, особенно при исследовании материалов с неизвестными физико-механическими свойствами. триггер, первый элемент совпадения, первый счетчик, второй элемент сравнения, регистр и индикатор, последовательно соединенные третий элемент сравнения и второй мультивибратор, выход которого подключен ко второму входу триггера и первому входу синхронизатора, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, второй элемент совпадения и второй счетчик, выход которого подключен к второму входу второго элемента сравнения, последовательно соединенные третий элемент совпадения и одновибратор,выход которого соединен с установочным входом регистра, источник опорного напряжения, 1797044

10 первый выход которого подключен к второму входу первого элемента сравнения, вход третьего элемента сравнения подключЕн к выходу датчика уровня нагрузки, выход нормализатора подключен к вторым входам первого и второго элементов совпадения и первому входу третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен с вторым выходом триггера и объединен с третьим входом второго элемента совпадения, выход генератора счетных импульсов подключен к третьему входу первого элемента совпадения, а выход первого мультивибратора соединен с входами "Сброс" первого и второго счетчиков и с вторым входом синхронизатора, отличающийся тем,что, с целью повышения достоверности

5 регистрации стадий предразрушения материалов, он снабжен последовательно соединенными третьим счетчиком, вход которого подключен к выходу первого мультивибратора, дешифратором и коммутатором, выход ко10 торого соединен с вторым входом третьего элемента. сравнения, к делителем, включенным между выходом источника опорного напряжения и вторым входом коммутатора.

1797044

Ъ л Ф

Ч о )

Составитель Ю.Васенев

Техред M.Ìîðãåíòàë . Корректор О.Густи

Редактор

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

Заказ 650 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,4/5