Способ определения скорости распространения продольных и поперечных волн в различных твердых материалах

Способ определения скорости распространения продольных и поперечных волн в различных твердых материалах

Реферат

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и может быть использовано при определении параметров ультразвукового контроля таких, как длина волны, интенсивность и мощность ультразвуковой волны и других. Цель изобретения - снижение трудоемкости и расширение функциональных возможностей ультразвукового дефектоскопа. Это достигается за счет того, что определенным переключением режима работы дефектоскопа добиваются автоматического определения численного значения скорости распространения ультразвуковой волны в процессе контроля при использовании прямого или наклонного преобразователя. 4 ил.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля качества изделий, а именно к ультразвуковому контролю, и может найти применение при определении таких параметров ультразвукового контроля как длина волны, интенсивность ультразвука, мощность ультразвуковой волны, протяженность ближней зоны ультразвукового преобразователя, угол расхождения ультразвуковой волны в дальней зоне, акустическое сопротивление материала, углы преломления и отражения волн в различных средах и т. п.

Известен способ определения скорости распространения продольных и поперечных волн в твердых материалах, заключающийся в том, что численное значение скорости продольной волны С_l в твердых средах плотностью определяются модулем нормальной упругости и коэффициентом Пуанссона по формуле C_l= , в числовое значение скорости поперечной волны С_t - модулем сдвига G по формуле C_t= .

Однако, этот способ является весьма трудоемким, так как требует достаточно большого объема вычислений и табличных или расчетных данных перечисленных физических параметров, обусловленных типом исследуемого материала (сталь, медь, алюминий, стекло и т. д. ). Если же тип материала и соответственно его физические параметры неизвестны, то данным с пособом определить скорость ультразвуковых волн в этом материале невозможно.

Известен также способ определения продольной ультразвуковой волны в различных твердых материалах, заключающийся в том, что с помощью прямого пьезоэлектрического преобразователя, установленного на верхнюю плоскость образца, соединенного последовательно с ультразвуковым дефектоскопом и прибором для измерения временных интервалов, возбуждают в этом плоскопараллельном образце, толщина которого известна заранее, продольную ультразвуковую волну, получают отраженные донные сигналы, измеряют интервал времени между первым и третьим донными сигналами и по формуле C_l= 1000 , (м/c) , где h - толщина контролируемого образца, мм; t - измеренное время, мкс, получают численное значение скорости продольной волны в данном образце.

Этот способ является также достаточно трудоемким, так как требует кроме операции измерения временного интервала еще и математический расчет. Кроме того, данный способ требует дополнительной измерительной аппаратуры, что является весьма проблематичным при проведении ультразвукового контроля в полевых условия и, что особенно важно, данный способ не позволяет определить скорость распространения поперечной ультразвуковой волны.

Известен также способ определения скорости распространения продольных и поперечных волн в различных твердых материалах, заключающийся в том, что пьезоэлектрический преобразователь, подключенный к ультразвуковому дефектоскопу, устанавливают на стандартный образец с известным либо заранее рассчитанным значением времени распространения ультразвуковых колебаний от точки выхода пьезоэлектрического преобразователя до какого-либо элементарного отражателя и обратно, возбуждают в этом образце ультразвуковые колебания, принимают этим же преобразователем максимальный эхо- или донный сигнал, отраженный от элементарного отражателя и с помощью соответствующих регуляторов дефектоскопа в режиме измерения временного интервала устанавливают на цифровом индикаторе дефектоскопа известное значение времени, после чего пьезоэлектрический преобразователь устанавливают на образец исследуемого материала, возбуждают в нем этим преобразователем ультразвуковые колебания, принимают этим же преобразователем максимальный отраженный от какого-либо элементарного отражателя эхо- или донный сигнал, причем расстояние от точки выхода пьезоэлектрического преобразователя до этого отражателя заранее измерено или известно, получают на цифровом индикаторе дефектоскопа численное значение интервала времени распространения ультразвуковых колебаний от точки выхода преобразователя до этого отражателя и рассчитывают скорость продольной или поперечной волны, численное значение которой равно частному от деления удвоенного значения расстояния от точки выхода пьезоэлектрического преобразователя до отражателя на полученное на цифровом индикаторе дефектоскопа значение интервала времени, причем в зависимости от применения прямого и наклонного пьезоэлектрических преобразователей получают численное значение скорости продольной или поперечной волны.

Данный способ несколько упрощает расчет численного значения скорости продольной или поперечной волны и позволяет определить скорость в материале с неизвестными физическими параметрами. Тем не менее данный способ требует кроме операций измерения параметров с помощью ультразвукового дефектоскопа также и математического расчета численного значения скорости по формуле C= , где Н - расстояние от точки выхода луча пьезоэлектрического преобразователя до элементарного отражателя; t - интервал времени, за которое ультразвуковые колебания распространяются от точки выхода луча пьезоэлектрического преобразователя до элементарного отражателя и обратно.

Таким образом, недостатком данного способа является необходимость применения математического расчета скорости распространения ультразвуковых колебаний в различных материалах кроме измерения параметров с помощью ультразву- кового дефектоскопа. Кроме того не используются плоностью потенциальные возможности ультразвуковых дефектоскопов последних моделей (УД2-12, УД11-ПУ и др. ), в составе которых имеется блок цифрового отсчета.

Цель изобретения - снижение трудоемкости за счет исключения операции математического расчета и расширение функциональных возможностей ультразвукового дефектоскопа за счет индицирования в его блоке цифрового отсчета численного значения скорости продольной или поперечной волны, распространяющейся в исследуемом материале.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе определения скорости распространения продольных и поперечных волн в различных твердых материалах, заключающемся в том, что пьезоэлектрический преобразователь, подключенный к ультразвуковому дефектоскопу, устанавливают на стандартный образец с известным либо заранее рассчитанным значением времени распространения ультразвуковых колебаний от точки выхода пьезоэлектрического преобразователя до какого-либо элементарного отражателя и обратно, возбуждают в этом образце ультразвуковые колебания, принимают этим же преобразователем максимальный эхо- или донный сигнал, отраженный от элементарного отражателя, и с помощью соответствующих регуляторов дефектоскопа в режиме измерения временного интервала, устанавливают на цифровом индикаторе дефектоскопа известное значение времени, после чего пьезоэлектрический преобразователь устанавливают на образец исследуемого материала, возбуждают в нем этим преобразователем ультразвуковые колебания, принимают этим же преобразователем максимальный отраженный от какого-либо элементарного отражателя эхо- или донный сигнал, причем расстояние от точки выхода пьезоэлектрического преобразователя до этого отражателя заранее измерено или известно, получают на цифровом индикаторе дефектоскопа численное значение интервала времени распространения ультразвуковых колебаний от точки выхода преобразователя до этого отражателя; вместо измерения интервала времени распространения ультразвуковых колебаний в исследуемом материале ультразвуковой дефектоскоп переводят в режим измерения глубины залегания дефекта, устанавливают с помощью соответствующих регуляторов на цифровом индикаторе дефектоскопа численное значение расстояния от точки выхода луча пьезоэлектрического преобразователя до этого элементарного отражателя, затем соответствующими регуляторами дефектоскопа включают режим измерения временных интервалов и устанавливают на цифровом индикаторе число 200,0, после чего с помощью соответствующих переключений переходят снова в режим измерения глубины залегания дефекта, а скорость распространения продольной или поперечной ультразвуковой волны определяют по показания цифрового индикатора при использовании соответственно прямого или наклонного преобразователя.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет исключить операцию математического расчета и применение дополнительных измерительных приборов, сузить круг необходимых для определения скорости распространения ультразвуковых колебаний параметров до одного простейшего параметра (расстояние от точки выхода луча преобразователя до элементарного отражателя) и более широко использовать возможности ультразвуковых дефектоскопов с блоками цифрового отсчета для индицирования численного значения скорости волны, полученного не расчетным, а аппаратным путем.

На фиг. 1-4 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП 1 (прямой) или 2 (наклонный) подключается к ультразвуковому (УЗ) дефектоскопу 3, имеющему в своем составе блок цифрового отсчета (БЦО).

УЗ дефектоскоп 3 включают и готовят к работе в соответствии с его ТО и ИЭ.

ПЭП 1 или 2 устанавливают на рабочую поверхность стандартного образца 4 (фиг. 1) или 5 (фиг. 2) соответственно с известным временем t прохождения в этих образцах ультразвуковых колебаний. ПЭП 1 или 2 изучают в соответствующий образец 4 или 5 УЗ-колебания, принимают этим же ПЭП 1 или 2 отраженные донные или эхо-сигналы (соответственно), получают на экране дефектоскопа 3 ряд донных сигналов (эхо-импульс) и с помощью соответствующих регуляторов дефектоскопа 3, стробируют первый донный импульс (эхо-сигнал). После этого УЗ-дефектоскоп 3 переводят в режим измерения временных интервалов и ручкой установки нуля глубиномера (на верхней панели дефектоскопа 3) устанавливают на цифровом индикаторе БЦО число, соответствующее удвоенному значению t₁ или t₂. Этими операциями производится корректировка "0" схемы БЦО дефектоскопа 3, т. е. в последующих измерениях учитывается задержка (излучаемого ПЭП 4 или 2) импульса в призме ПЭП (прямого, раздельно-совмещенного или наклонного).

Затем ПЭП 1 (фиг. 3) или 2 (фиг. 4) устанавливают на образец 6 исследуемого материала, толщина или расстояние от точки выхода луча ПЭП 1 (ПЭП 2) до элементарного отражателя которого известно, излучают с помощью ПЭП в этот образец 6 УЗ-колебания, принимают ПЭП 1 или 2, отраженные от донной поверхности или элементарного отражателя импульсы, получают на экране дефектоскопа 3 донный импульс (первый) или эхо-сигнал (соответственно) и с помощью соответствующих регуляторов дефектоскопа 3 стробируют этот донный импульс или эхо-сигнал. После этого дефектоскоп 3 переводят в режим измерения глубины залегания дефекта и регулятором калибровки дефектоскопа 3 (в режиме измерения расстояния Н) устанавливают на цифровом индикаторе БЦО дефектоскопа 3 численное значение толщины Н образца 6 (фиг. 3) или численное значение расстояния Н в образце 6 (фиг. 4) исследуемого материала.

В режиме измерения расстояния Н глубиномер дефектоскопа 3 вырабатывает интервал времени, начало которого совпадает с зондирующим импульсом, а конец - с первым донным или эхо-импульсом, находящимся в стробе АСД. Таким образом, устанавливая на цифровом индикаторе БЦО дефектоскопа 3 известный размер Н (Н₁ - фиг. 3, Н2 - фиг. 4) в образце 6 исследуемого материала, регулятором калибровки приводят в соответствие интервал времени распространения ультразвуковой волны в данном образце с реальным расстоянием, на которое эта волна распространяется, т. е. калибруют дефектоскоп по скорости распространения ультразвуковой волны именно в этом образце.

Затем (в режиме измерения временных интервалов) с помощью соответствующих коммутаций на верхней панели дефектоскопа 3 подают измерительный импульс на вход БЦО и регулятором установки задержки развертки дефектоскопа 3 устанавливают на цифровом индикаторе БЦО число 200,0, после чего переводят дефектоскоп 3 в режим измерения расстояния Н (переключением сенсорного переключателя на БЦО). При этом на цифровом индикаторе БЦО дефектоскопа 3 автоматически индицируется значение расстояния в исследуемом материале (толщина - фиг. 3 или расстояние от точки выхода луча ПЭП до элементарного отражателя - фиг. 4), интервал времени, при прохождении УЗ-колебаний через которое, составляет 100 мкс (в одну сторону).

При этом можно легко определить расстояние, которое проходят ультразвуковые колебания за 1 с.

100 мкс - Н мм; 1 с - 10⁴ Н мм; 1 с - 10 Н м; Но расстояние (в местах), которое проходят ультразвуковые колебания (ультразвуковая волна) в исследуемом материале за 1 с и есть скорость распространения ультразвуковой волны в данном материале, м/с.

Таким образом, на цифровом индикаторе БЦО дефектоскопа 3 индицируется численное значение скорости ультразвуковой волны. Для того, чтобы получить реальное значение скорости ультразвуковой волны в м/с, необходимо умножить показания цифрового индикатора на 10 или просто не учитывать запятую, определяющую порядок числа.

При этом на цифровом индикаторе БЦО дефектоскопа 3 отображается численное значение скорости распространения продольных волн в м/с при использовании прямого преобразователя (фиг. 3) или численное значение скорости распространения поперечных волн в м/c - при использовании наклонного преобразователя (фиг. 4).

П р и м е р 1. Определение скорости распространения продольной ультразвуковой волны (фиг. 5).

Для реализации указанного способа используется ультразвуковой дефектоскоп УД2-12 и ПЭП типа П112-2,5-12-002.

ПЭП подключается к дефектоскопу УД2-12 и устанавливается на стандартный образец СО-1 (над прорезью) или стандартный образец СО-2 (по ГОСТ 14782-86). ПЭП излучает в стандартный образец ультразвуковые колебания и принимает отраженные донные сигналы. Регуляторами "длительность" и "задержка" строба на панели А10 дефектоскопа устанавливают строб-импульс на развертке в зоне расположения первого донного импульса на экране дефектоскопа. С помощью сенсорного переключателя БЦО включают режим измерения временных интервалов " S" и регулятором "0" на панели А6 устанавливают на цифровом индикаторе БЦО число 20,0 мкс.

Затем ПЭП устанавливают на образец исследуемого материала, излучают в этот образец ультразвуковые колебания и принимают этим же ПЭП отраженные от дна образца донные сигналы. Регуляторами "длительность" и "задержка" строба на панели А10 дефектоскопа устанавливают строб-импульс на развертке дефектоскопа в зоне расположения первого донного импульса на экране дефектоскопа. С помощью сенсорного переключателя БЦО включают режим измерения "ммН". В этом режиме регулятором "Н" на панели А5 устанавливают на БЦО заранее измеренную толщину образца исследуемого материала. Затем на панели А6 дефектоскопа соединяют специальным проводником (входящим в комплект дефектоскопа) оба гнезда нажимают кнопку, соединяющую вход БЦО и второе гнездо. С помощью сенсорного переключателя БЦО включают режим измерения " S" и регулятором установки задержки развертки на панели А6 устанавливают на цифровом индикаторе БЦО число 200,0. После этого с помощью сенсорного переключателя БЦО включают режим измерения "ммН" и на цифровом индикаторе БЦО автоматически индицируется численное значение скорости распространения продольных волн в м/с в исследуемом материале (без учета точки, определяющей порядок числа).

П р и м е р 2. Определение скорости распространения поперечной ультразвуковой волны (фиг. 6).

Для реализации указанного способа используется ультразвуковой дефектоскоп УД2-12 и ПЭП 121-5-70^о-002.

Дальнейшие операции выполняются аналогично примеру 1 за исключением следующего: а) для учета задержки излучаемого ПЭП импульса в призме этого ПЭП он устанавливается на стандартный образец СО-3 (по ГОСТ 14782-86) и на БЦО дефектоскопа устанавливается число 33,7 мкс; б) ПЭП устанавливают на образец исследуемого материала, излучают в этот образец ультразвуковые колебания и принимают этим же ПЭП отраженные от элементарного отражателя (углового отражателя - фиг. 4), при этом расстояние H (численное значение которого необходимо выставить на цифровом индикаторе БЦО) измеряется от точки выхода ПЭП до вершины угла отражателя (в на правлении распространения УЗ-пучка).

В результате проведенных операций на цифровом индикаторе БЦО автоматически индицируется численное значение скорости распространения поперечных волн в м/с в исследуемом материале (без учета точки, определяющей порядок числа). (56) Гурвич А. К. , Ермолов И. Н. Ультразвуковой контроль сварных швов. Техника, 1972, с. 5-6.

Руководство по эксплуатации ультразвукового дефектоскопа УД2-12(21) ЩЮ2,068.136. РЭ, с. 24 и 74.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН В РАЗЛИЧНЫХ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛАХ, заключающийся в том, что пьезоэлектрический преобразователь, подключенный к ультразвуковому дефектоскопу, устанавливают на стандартный образец с известным либо заранее рассчитанным значением времени распространения ультразвуковых колебаний от точки выхода пьезоэлектрического преобразователя до какого-либо элементарного отражателя и обратно, возбуждают в этом образце ультразвуковые колебания, принимают этим же преобразователем максимальный эхо- или донный сигнал, отраженный от элементарного отражателя, и с помощью соответствующих регуляторов дефектоскопа в режиме измерения временного интервала устанавливают на цифровом индикаторе дефектоскопа известное значение времени, после чего пьезоэлектрический преобразователь устанавливают на образец исследуемого материала, возбуждают в нем этим преобразователем ультразвуковые колебания, принимают этим же преобразователем максимальный отраженный от какого-либо элементарного отражателя эхо- или донный сигнал, причем расстояние от точки выхода пьезоэлектрического преобразователя до этого отражателя заранее измерено или известно, получают на цифровом индикаторе дефектоскопа численное значение интервала времени распространения ультразвуковых колебаний от точки выхода преобразователя до этого отражателя, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и расширения функциональных возможностей ультразвукового дефектоскопа, после установки пьезоэлектрического преобразователя на образец исследуемого материала ультразвуковой дефектоскоп переводят в режим измерения глубины залегания дефекта, устанавливают с помощью соответствующих регуляторов на цифровом индикаторе дефектоскопа численное значение расстояния от точки выхода луча пьезоэлектрического преобразователя до элементарного отражателя в образце исследуемого материала, затем соответствующими регуляторами дефектоскопа включают режим измерения временных интервалов и устанавливают на цифровом индикаторе число 200,0, после чего с помощью соответствующих переключений переходят снова в режим измерения глубины залегания дефекта, а скорость распространения продольной или поперечной ультразвуковых волн определяют по показаниям цифрового индикатора при использовании соответственно прямого или наклонного преобразователей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4