Способ определения угла ввода ультразвукового преобразователя

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 G 01 М 29/04

ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ОСПАТЕНТ СССР)

PllVICAHME ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6

У (8831/28

02.91

02,93, Бюл. ¹ 5

) союзный теплотехнический научноследовательский институт им. Ф.Э. Дзернского

) В,C., Гребенник

) Гурвич А.К. и Ермолов И.Н, Ультразвукой контроль сварных швов. Киев: Техника, 72, ГОСТ 14782-86.

) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ВВОДА

ЬТРАЗВУКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

7) Изобретение относится к неразрушаюему контролю и может быть использовано и ультразвуковом контроле материалов, делий и сварных соединений в машинороении, энергетике и других отраслях омышленности. Цель изобретения — по1шение точности, упрощение и ускорение мерений. В способе. где перемещают еобразователь по плоской рабочей грани

Изобретение предназначается для ис- . льзования при ультразвуковом контроле териалов, изделий и сварных соединений в машиностроении, энергетике, авиации, т анспорте и других отраслях промышленн сти в технологических процессах изготовления, пооперационного, выходного, в одного контроля, а также при проверке металлоконструкций и конструкций из другах материалов в ходе их аксплуатационног обследования для подтверждения надежности и безопасности дальнейшей э сплуатации.,,!Ж„, 1793365 А1 первого образца, имеющего форму полушара или полудиска, до получения максимального . сигнала от криволинейной поверхности образца, затем перемещают преобразователь по рабочей поверхности второго образца, имею цего форму параллелепипеда с цилиндрическим отверстием, дополнительно измеряют время прихода максимальных сигналов криволинейной поверхности первого образца, а угол ввода определяют из формулы а= arccos(H/(d/2 + cz(Tz - Т1+ 2 — )/2)) с1 где г1 — радиус криволинейной поверхности первого образца; d — диаметр отверстия во втором образце; с1, сг — скорость звука соответственно в первом и втором образцах;

Т, Т2 — время прихода максимального сигнала соответственно в первом и втором образцах; Н вЂ” расстояние до оси отверстий от рабочей поверхности второго образца. 2 ил, Известны способы определения угла ввода ультразвукового преобразователя, заключающиеся в том, что сначала определяют точку ввода на рабочей поверхности преобразователя путем нахождения макси- д мального сигнала от криволинейной поверхности сегмента, используя образец, представляющий собой непрерывное соединение параллелепипеда с цилиндриче- . ским отверстием и 90-градусного сегмента, что является аналогом предлагаемого решения, или криволинейной поверхности, используя образец в форме полушара или

1793365 полудиска, выбранного в качестве прототипа, Затем, перемещая преобразователь в первом случае по рабочей поверхности того же образца, а во втором случае по второму образцу в виде параллелепипеда с цилиндрическим отверстием, ось которого параллельна рабочей грани, получают максимальный сигнал от поверхности от. верстия и определяют угол ввода по тригонометрическому соотношению GTopoH треугольника, связывающего излучающий центр рабочей поверхности преобразователя. центр цилиндрического отверстия и проекцию последнего на рабочую поверхность образца.

Недостатком этих способов является малая точность установления величины угла ввода. Это связано с тем, что на основе упомянутых тригонометрических соотношений (наг ример, катет-гипотенуза треугольника) на рабочую поверхность образца наносят шкалу углов, а в ус овиях размещения преобразователя на рабочей грани образца {по середине ширины образца) имеется значительный параллакс отсчетного визирования "очки ввода и метки. шкалы углов на боковой грани образца. Увеличивает погрешность так><е неудобство -» :щей через норм,ль к рабочей поверхности в точке ввода:«преломленный луч.

Цель изобретения — повышоние гочности, упрощение и ускорение измерений. .Цля этой цели в способе определения угла ввода ультразвукового преобразоватегя, закгночающемся в том, что перемещают

r реобразователь по плоской рабочей герани паpaoro образца, имеющего форму полушара или полудиска, до получения максимального сигнала от криволинейной поверхности образца, затем по рабочей поверхности второго образца, име1ощего форму параллелепипеда с цилиндрическим отверстием, ось которого параллельна рабочей грани, до получения максимального сигнала от поверхности отверстия, а угол ввода определяют по тригонометрическому соотношению сторон треугольника, связывающего излучающий центр рабочей поверхности преобразователя, дополнительно измеряют время прихода максимальных сигналов от криволинейной поверхности первого образца и от отверстия второго образца, а угол ввода определяют из формулы

10 а = агссоэ(Н /(d/2 + с2(Т2 - Т1 + 2 — )/2)), С1 где г1 — радиус криволинейной поверхности первого образца;

d — диаметр отверстия во втором образце; с1. с2 — скорость звука соответственно в первом и втором образцах;

Т1, Тг — время прихода максимального сигнала соответственно в первом и втором образцах;

Н вЂ” расстояние до оси отверстия от рабочей поверхности второго образца.

Способ поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 показан схематически образец в виде полушара 1 с плоской диаметральной поверхностью 2, криволинейной

30 (сфера или цилиндр) поверхностью 3, меткой центра 4. На нем установлен (через слой контактной смазки) преобразователь 5 дефектоскопа (не показан), ультразвуковой луч 6 вводится под углом а к нормали 7, 35 отражаяСь от поверхности 3, возвращается к преобразователю 5, преобразуется в сигнал, наблюдаемью на дефектоскопе (не показан). Максимальный сигнал, как известно, соответствует "правильному" размещению

40 преобразователя 5 на поверхности 2, когда точка ввода преобразователя (точка выхода луча) совпадает с меткой 4, При этом время прихода сигнала согласно (фиг, 1) есть

45 Т1= ТО+ 2 —, г1 (1)

C1 где г1 — радиус поверхности 3; с1 — скорость ультразвука в материале образца (в котором волна пробегает путь по лучу 6 в обоих направлениях), To — время задержки ультра50 звука в преобразователе (и сигнала в электронном тракте прибора).

Важно, что для измерения времени нет необходимости выполнять разметку преобразователя для указания на нем точки ввода

" (выхода луча), За счет применения полушарового образца при этом устанавливают наиболее точно. совмещение точки ввода центром 4 и измеряют Т1. Затем проводят измерения на втором образце.

1793365

5 !

На фиг. 2 показан образец 1 с отверстиev 2 и рабочей поверхностью 3, преобразователь 4, перемещаемый по рабочей поверхности 3, и в положение максимума

1 эх )-сигнала от поверхности отверстия 2, наблюдаемого на дефектоскопе (не показан).

При этом согласно чертежу (луч помечен цифрой 5) имеем уравнение времени прихода)сигнала

Т2 = ТО+2 —, (2) гд г2 — расстояние по лучу 5 от точки ввода до(поверхности отверстия 2; с2 — скорость ультразвука в материале образца и уравне-! ни треугольника, образованного катетом Н (гл бина от поверхности 3 до оси отверстия

2), гипотенузой длиной (г2 + d/2). где d— диаметр отверстия, и катетом Х проекции эт )й гипотенузы на поверхность 3 будет (г2,+ d/2)cos а = Н. (3) Из (1) получаем, что не звестное То = Tf - 2— гf (4) с1

Иа:(1) и (2). исключая вь>читанием время Та, им ем гг = т1c2/c1+ c2(T2- Тг)/2 = = сг(Тг -Тг)/2. (5)

Из (3) и (5) получаем искомую зависимость

cos а= Н/(d/2+ с2(Т2- Тю)/2) =

=H/(d/2 + г1с2/с1+ c2(T2 - Т1)/2), (6) из которой автоматически следует выраже-. ние, указанное в предмете изобретения для данного нового способа.

Проверку способа выполняли с по5 мощью преобразователя в комплекте с дефектоскопом УД2-12, допускающим измерение времени по шале цифрового отсчета с ценой деления 102 мкс образцов

СО2 и СОз по ГОСТ 14782-87. Для преобра10 зователей из комплекта дефектоскопа при определении углов ввода получили: а) по методике ГОСТ 14782-86 39,51,72 с погрешностью плюс - минус 1О, б) по предлагаемому способу:

15 40О, 50О, 30, 70О,40 с погрешностью

0 5о

При этом использовали зависимость (5) в виде графика или расчета с помощью карманного калькулятора МК-61. Время опре20 деления уменьшилось примерно в 2 раза при возросшей точности и удобстве проведения операций по определению угла ввода за счет того, что не требуется выполнять разметку точки ввода на преобразователе, а

25 также производить отсчет угла по шкале образца СО2, Отпадает также необходимость н.":I-: "сения шкалы углов на образец СО2. Для достижения наибольшей точности способа следует время Т1 и Т2 измерять для равных

30 амплитуд сигналов (на экране дефектоскопа), Для этого амплитуды уравнивают аттенюатором на входе дефектоскопа.

Формула изобретения

Способ определения угла ввода ультразвукового преобразователя, закл ючающийся том, что перемещают преобразователь по лоской рабочей грани первого образца, им ющего форму полушара или полудиска до получения максимального сигнала от кр волинейной поверхности образца, затем пе емещают преобразователь по рабочей по ерхности второго образца, имеющего фо му параллелепипеда с цилиндрическим отв)врстием, ось которого параллельна рабочей грани, до получения максимального сиг-I нала от поверхности изделий, а угол ввода

on åäåëÿeò по тригонометрическому соотношению сторон треугольника, связывающего излучающий центр рабочей поверхности преобразователя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точ(чости, упрощения и ускорения измере-. ний, дополнительно измеряют время прихода максимальных сигналов криволинейной поверхности первого образца и от отверстия второго образца, а угол ввода D определяют из формулы: а= агссоз{Н/(б/2+ с2(Т2 - Tf + 2 — )/2)), с1 где г1 — радиус криволинейной поверхности первого образца;

d — диаметр отверстия во втором образце; с1, с2 — скорости звука соответственно в первом и втором образцах;

Т1, T2 — время прихода максимального сигнала соответственно в первом и втором образцах;

H — расстояние до оси отверстия от рабочей поверхности второго образца.

1793365

Фиг, 1 фиг. 2

Составитель И,Чарыкова

Техред M.Ìoðãåèòàë Корректор Н.Ревская

Редактор

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

Заказ 501 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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