Ультразвуковой дефектоскоп для контроля качества крупнозернистых материалов

Ультразвуковой дефектоскоп для контроля качества крупнозернистых материалов

Реферат

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества материалов и изделий и может быть использовано для ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений и изделий из сталей, имеющих крупнозернистую структуру, а также из сталей аустенитного класса. Дефектоскоп позволяет повысить чувствительность и надежность контроля качества материалов и изделий за счет определения не только наличия дефекта, но и его величины. Это достигается снабжением устройства последовательно соединенными между собой генератором подсветки и дополнительными схемами задержек и переключателем с определенным числом положений и направлений, а также включением формирователей нормированных импульсов перед схемами задержек. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества материалов и изделий и может быть использовано для ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений и изделий из сталей, имеющих крупнозернистую структуру, а также из сталей аустенитного класса.

Известен ультразвуковой дефектоскоп, содержащий многочастотный искатель, генераторы зондирующих импульсов, подключенные к синхронизатору через каскады (блоки) задержек, обеспечивающие поочередное срабатывание генераторов, приемные усилители, количество которых равно количеству генераторов используемых частот, каскады (блоки) задержек принятых сигналов, каскады (схемы) совпадений и осциллографический индикатор [1] Причем соединены они так, что сигнал с выхода первого усилителя через каскад задержки поступает на первый вход первой схемы совпадения; на второй вход первой схемы совпадения подается сигнал с выхода второго приемного усилителя. Выход первой схемы совпадения через второй блок задержки соединен с первым входом второй схемы совпадения, а второй вход схемы совпадения соединен с выходом третьего приемного усилителя и т.д. Выход последней схемы совпадения соединен с индикатором.

Недостатком такого дефектоскопа является невысокая достоверность результатов контроля вследствие прохождения импульсов структурных помех через схемы совпадения. Кроме того, данное устройство только определяет наличие или отсутствие дефекта в изделии.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является ультразвуковой дефектоскоп для контроля качества крупнозернистых материалов, содержащий два или более генераторов возбуждающих импульсов, соединенных входами первого непосредственно, а последующих через схемы задержек с выходом синхронизатора, и выходами с соответствующими генераторам пьезопреобразователями; два или более каналов приема обработки сигналов, подключенных входами к пьезопреобразователям, а выходами к входам схемы совпадения и состоящих из последовательно соединенных усилителей схем задержек, кроме последнего, и формирователей нормированных импульсов; генеpатор развертки, соединенный входом через схемы задержек с синхронизатором, а выходом с горизонтально отклоняющим входом индикатора, вход вертикального отклонения которого соединен с выходом схемы совпадения [2] Недостатком известного дефектоскопа является невозможность определения размеров (эквивалентной площади) дефектов, обусловленная тем, что после обработки сигналов, обеспечивающих выявление дефектов, импульс от дефекта теряет информацию об амплитуде реального отраженного сигнала. Кроме того, задержка аналогового сигнала на значительное (50-100 мкс) время достигается сложными техническими средствами, которые снижают точность и надежность работы дефектоскопа, а значит снижают и достоверность результатов контроля.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей прибора при одновременном повышении его точности и надежности, а также повышение достоверности результатов контроля.

Поставленная задача решается за счет того, что ультразвуковой дефектоскоп, содержащий два или более генератора возбуждающих импульсов, соединенных входом первого непосредственно, а последующих через схемы задержек с выходом синхронизатора и выходами с соответствующими генераторам пьезопреобразователями; два или более каналов приема-обработки сигналов, подключенных входами к пьезопреобразователям, а выходами к входам схемы совпадения и состоящих из последовательно соединенных усилителей, схем задержек, кроме последнего, и формирователей нормированных импульсов; генератор развертки, соединенный входом через схемы задержек с синхронизатором, а выходом с горизонтально отклоняющим входом индикатора, вход вертикального отклонения которого соединен с выходом схемы совпадения, снабжен последовательно соединенными между выходом схемы совпадения и модулирующим входом индикатора; переключателем индикации, имеющим число положений на одно превышающее число каналов и направления для коммутаций входа генератора развертки, индицируемого сигнала и задержки импульса подсветки, соединенный так, что одно направление переключателя поочередно связано с входом генератора развертки и входами генераторов возбуждающих импульсов, второе направление поочередно связано с выходами усилителей каналов и схемы совпадения с входом вертикального отклонения индикатора, а третье направление с соответствующими схемами задержек импульсов подсветки, при этом входы схем формирования нормированных импульсов связаны с выходами усилителей каналов, а выходы с входами схем задержек.

Кроме того, дефектоскоп снабжен автоматическим измерителем амплитуд сигналов, состоящим из последовательно соединенных измерителя амплитуд, генератора строба и цепей схем задержек, причем измерительный вход измерителя амплитуды соединен с входом вертикального отклонения индикатора, а разрешающий вход с выходом генератора строба, а вход генератора строба через дополнительное направление переключателя и соответствующие схемы задержек с выходом схемы совпадения.

Технический результат достигается за счет того, что дефектоскоп снабжен генератором импульсов подсветки и дополнительными схемами задержек, причем формирователи нормированных импульсов включены перед схемами задержек. Такая взаимосвязь позволяет, используя импульс схемы совпадения, выделить из смеси сигнал/помеха сигнал от дефекта, амплитуда которого несет информацию о величине дефекта, что и является техническим результатом предлагаемого изобретения.

На фиг. 1 изображена блок-схема ультразвукового дефектоскопа; на фиг. 2 эпюра напряжений в характерных точках дефектоскопа.

Ультразвуковой дефектоскоп содержит синхронизатор 1, соединенный с генераторами 2, 3, 4 возбуждающих импульсов разных частот через элементы 5 и 6 задержек; акустический блок 10 с пьезоэлектрическими преобразователями 7, 8, 9, которые связаны через усилители 11, 12, 13 каналов с формирователями 14, 15, 16 нормированных импульсов и, кроме последнего, с дополнительными элементами 17 и 18 соответственно на время 2t_з и t_з; элемент 19 совпадения, генератор 20 развертки, связанный с индикатором 21; через схемы задержек элементы 23 и 24, соответственно на время 2t_з и 3t_з; генератор 25 стробов, соединенный входом через элементы 26, 27, 28 задержек, соответственно на время (2t_з t_о), (3t_з t_о) и (4t_з t_о) с элементом 19 совпадения, а выходом с измерителем 29 параметров сигнала; переключатель 30 а,б,в,г, на (N+1) положение и четыре направления, где N число каналов, а также каналы 31, 32, 33 приема-обработки.

Синхронизатор 1 вырабатывает синхроимпульсы с периодом повторения Т_п (фиг. 2а). Эти импульсы непосредственно запускает генератор возбуждающих импульсов, которые преобразуются в пьезопреобразователе 7 в ультразвуковые импульсы частоты f₁ излучаемые в контролируемое изделие (фиг.2б). Импульсы синхронизатора, пройдя через элемент 5 задержки, таким же образом через генератор 3 возбуждающих импульсов преобразователь 8 преобразуются в ультразвуковые импульсы частоты f₂, и излучаются с задержкой по сравнению с импульсами пьезопреобразователя 7 на время t_з (фиг.2в). Причем время задержки выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие Т_N (N+1), где N число каналов или преобразователей; в описываемом случае N 3 и t_з T_г/4.

С выхода элемента 5 задержки уже задержанные на t_з синхроимпульсы еще раз задерживаются на время t_з в схеме задержки 6 и через генератор возбуждающих импульсов 4 и пьезопреобразователь 9 излучаются в изделие в виде ультразвуковых импульсов частоты f₃ (фиг.2г). Акустический блок 10, конструктивно объединяющий все преобразователи, может иметь различное исполнение (на фиг.1 показан вариант раздельного исполнения).

Импульсы, отраженные от структуры материала изделия помехи и от дефекта сигналы, возвращаются на акустический блок 10 и в зависимости от частоты f₁, f₂, f_з разделяются пьезопреобразователями 7, 8, 9 по каналам и проходят на свои усилители 11, 12, 13, которые окончательно подавляют импульсы смежных частот и усиливают до необходимой величины свои импульсы (фиг.2д,ж,и). Пройдя через схемы формирования 14, 15, 16 и схемы задержки 17, 18 (кроме последнего канала), импульсы помех и сигналов совмещаются по времени в области существования, т.е. совмещаются интервалы времени, в которые возможно появление импульсов (см.фиг.2л,м,н) и поступают раздельно на свои входы элемента 19 совпадения, где вырабатывается импульс совпадения в случае одновременного прихода импульсов сразу со всех каналов.

Время прихода импульсов помех из разных каналов различное, так как импульс помехи возникает как результат суммирования совпадающих по фазе импульсов, отраженных от зерен структуры и прошедших разными путями в пределах диаграммы направленности канала, а в разных каналах на разных частотах условия совпадения фаз импульсов, отраженных от зерен структуры, различное и вероятность совпадения импульсов помех в двух каналах мала, а в трех и более каналах практически равна нулю.

В то же время сигналы импульсы, отраженные от дефекта, имеют постоянное для всех каналов время пробега и значит независимо от частоты ультразвуковых импульсов будут поступать на входы схемы совпадения в один момент времени. Таким образом, появление импульса на выходе схемы совпадения свидетельствует о наличии дефекта (фиг.2о) в данный момент времени, отстоящий от зондирующего импульса по времени на t_д время пробега от акустического блока до дефекта и обратно.

Для измерения этого времени, а значит и расстояния от дефекта, переключатель 30 ставят в положение "с", при этом генератор развертки индикатора 21 запускается задержанным на 2 t_з импульсом синхронизатора. Время от начала развертки до появления импульса схемы совпадения равно t_д. Импульс схемы совпадения подается через контактную группу (направление) 30б на вход вертикального отклонения индикатора и одновременно на генератор 22 импульсов подсвета через контактную группу 30в. С выхода генератора подсвета импульс (фиг. 2п) поступает на модулиpующий вход индикатора, увеличивая яркость луча в момент появления импульса. Кроме того, импульс схемы совпадения через контактную группу 30г поступает на генератор строба 25, который выдает импульс- строб (фиг.2к), разрешающий проведение измерения.

При других положениях переключателя 30 вырабатываются соответственно стробы, изображенные на фиг. 2е,з. В рассмотренном положении переключателя на индикаторе наблюдается нормированный импульс, отличающийся большей яркостью от горизонтальной линии развертки. Измеритель проводит измерение времени и амплитуды нормированного импульса. Однако в этом положении величина амплитуды импульса свидетельствует только о правильности функционирования всего измерительного тракта и не несет информации о величине дефекта.

Для определения эквивалентных размеров дефекта переключатель ставят в одно из положений f₁, f₂, f₃. При этом на запуск развертки индикатора подается через контактную группу 30а импульс запуска, соответствующий по времени началу работы соответствующего канала в соответствии с очередностью их работы (фиг.2б,в,г).

В этом случае на вход вертикального отклонения через контактную группу 30б поступают все импульсы выбранного канала, пришедшие из контролируемого объекта (помехи и сигнал от дефекта), в реальном масштабе амплитуд (фиг.2д, ж, и). Для выделения среди всех импульсов импульса от дефекта используется импульс подсвета. При этом импульс от дефекта по каналу f₃ подсвечивается сразу, т. е. в первом же периоде работы синхронизатора (фиг.2п), а импульсы от дефектов в каналах f₂ и f₁ подсвечиваются только во втором периоде (фиг. 2у, ф), поскольку импульс схемы совпадения вырабатывается только в третьем цикле периода, когда сигналы в каналах f₂ и f₃ уже прошли. Задержка импульса элемента 19 совпадения, запускающего генератор импульсов подсвета на 2 t_з (для канала f₁) или на 3 t_з (для канала f₂), обеспечивает точное совпадение импульса подсвета с импульсом от дефекта в следующем периоде, выделяя его большей яркостью на фоне помех.

Для измерения реальной амплитуды импульса от дефекта посредством контактной группы 30г подключается задержка 2 t_з-t_о; 3 t_з-t_о или 4 t_з-t_о (фиг.2р, с, п, в) соответствующая своему каналу f₁, f₂ или f₃, обеспечивая появление строба в следующем периоде непосредственно перед появлением реального сигнала от дефекта (фиг.2е,з,к) и гарантируя этим измерение амплитуды импульса именно от дефекта, а не какого-либо другого. Выбор канала для измерения амплитуды импульса от дефекта осуществляется оператором.

Формула изобретения

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КРУПНОЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий N каналов из последовательно соединенных генератора возбуждающих импульсов, пьезопреобразователя, усилителя и формирователя нормирующих импульсов, 2 (N -1) элементов задержки, синхронизатор, генератор развертки, подключенный к нему индикатор и элемент совпадения, выход синхронизатора подключен к входу генератора возбуждающих импульсов n-го канала через n- 1 последовательно соединенных элементов задержки где n 1,2,3,N, а элемент совпадения связан входами с выходами формирователей нормированных импульсов через элементы задержки, кроме N-го канала, отличающийся тем, что оно снабжено дополнительными N 1 элементами задержки генератором импульсов подсветки, выход которого подключен к моделирующему яркость входу индикатора, и переключателем, в котором N-е и N +1 е положения соединены, выход его первого направления подключен к входу генератора импульсов подсветки положения этого направления, кроме последнего, подключены через элементы задержки к выходу элемента совпадения положения второго направления переключателя подключены соответственно к входам генераторов возбуждающих импульсов, а второе направление переключателя связано с входом генератора развертки.

2. Дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что он снабжен N элементами задержки и последовательно соединенными генератором строба и измерителем амплитуд, выход элемента совпадения подключен через соответствующие элементы задержки к положениям третьего направления переключателя, которое связано с входом генератора строба, а выходы всех усилителей подключены к положениям четвертого направления переключателя, которое соединено с измерительным входом измерителя амплитуды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2