Способ ультразвукового контроля цилиндрических изделий

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для ультразвукового контроля цилиндрических изделий, например железнодорожных колес, бандажей, а также барабанов, шкивов и других объектов. Цель - повышение чувствительности и достоверности контроля. Прозвучивание цилиндрического изделия осуществляют импульсами поверхностных волн в направлении, перпендикулярном образующей поверхности, устанавливая приемоизлучающий ультразвуковой преобразователь на цилиндрическую поверхность. Регистрируют сигналы, обегающие изделие, и это-сигналы от дефектов во временных интервалах между зондирующим и однократно, двухкратно и трехкратно обежавшими сигналами. Измеряют амплитуды это-сигналов и двукратно обежавшего сигнала и, выбрав максимальную из амплитуд это-сигналов, рассчитывают отношение этой амплитуды к амплитуде двукратно обежавшего сигнала. Решение о наличии дефекта принимают, если рассчитанное отношение амплитуд превышает пороговое значение, установленное предварительно для данного типа объектов контроля.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для ультразвукового контроля цилиндрических изделий, например железнодорожных колес, бандажей, а также барабанов, шкивов и других изделий.

Известен способ ультразвукового контроля цилиндрических железнодорожных колес, заключающийся в том, что осуществляют прозвучивание контролируемого изделия ультразвуковыми сдвиговыми волнами, вводимыми с боковой поверхности обода (бандажа), регистрируют эхо-сигналы и принимают решение о наличии несплошностей при регистрации эхо-сигнала достаточной амплитуды [1].

Недостатками этого способа являются низкая производительность контроля, обусловленная необходимостью сканирования всего изделия с боковой поверхности, а также низкая достоверность контроля, вызванная невозможностью слежения за качеством акустического контакта и, следовательно, за чувствительностью в процессе контроля.

Известен также способ ультразвукового контроля колес поверхностными волнами, обегающими обод (бандаж) вдоль поверхности катания [2].

Настоящий способ позволяет выполнять контроль изделия путем установки преобразователя в одной точке на поверхности катания и прозвучивания импульсами поверхностных волн в направлении, перпендикулярном образующей, вследствие чего существенно повышается производительность контроля.

Недостатками этого способа являются низкая чувствительность к подповерхностным дефектам, а также малая достоверность вследствие влияния нестабильности акустического контакта на результаты контроля всего изделия.

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет использования максимального из зарегистрированных эхо-сиг- налов и достоверности за счет исключения влияния параметров преобразователей и нестабильности качества акустического контакта преобразователя с изделием.

Цель достигается тем, что устанавливая ультразвуковой приемоизлучающий преобразователь на поверхность объекта контроля, осуществляют прозвучивание импульсами поверхностных волн в направлении, перпендикулярном образующей цилиндрической поверхности, и регистрируют сигналы, обежавшие изделие (циркулирующие), и эхо-сигналы от дефектов, измеряют амплитуду (U₀₂) двукратно обежавшего сигнала и амплитуды эхо-сигналов, зарегистрированных во временных интервалах между зондирующим и однократно обежавшим, однократно и двукратно обежавшими, двукратно и трехкратно обежавшими сигналами, выбирают максимальную (U^m) из амплитуд эхо-сигналов, рассчитывают отношение амплитуд К_д = U^m/U₀₂, сравнивают его со значением, установленным предварительно на основании теоретических или экспериментальных исследований для данного типа объектов контроля, и при выполнении соотношения К_д > К_о принимают решение об обнаружении дефекта.

При поверхностном прозвучивании цилиндрического изделия перпендикулярно образующей в интервалах между импульсами циркуляции формируется последовательность эхо-сигналов от одного дефекта, в которой второй и следующие эхо-сигналы обусловлены взаимодействием импульсов, отраженных от дефекта и прошедших дефект на пути до приемника.

Амплитуды регистрируемых сигналов определяются выражениями U₁=BR/; (1) U₂=2BQR/; (2) U₀₂= 2BAQ(R²+D²)/, (3) где U₁, U₂ - амплитуды первого и второго в последовательности эхо-сигналов от дефекта; В, А, Q - коэффициенты, зависящие от амплитуды зондирующего импульса и параметров преобразователя и характеризующие его чувствительность, направленные свойства, а также потери при прохождении поверхностной волны зоны контакта с преобразователем; R, D - коэффициенты отражения и прохождения поверхностной волной дефектного сечения; - длина поверхностной волны; p - периметр цилиндрической поверхности; Х - расстояние от преобразователя до дефекта по поверхности (Х < p).

При любом расстоянии Х до дефекта во временных интервалах между зондирующим и первым обогнувшим, первым и вторым обогнувшими, вторым и третьим обогнувшими, регистрируются как первый, так и второй эхо-сигналы от дефекта. Учитывая, что для слабоотражающих (особенно подповерхностных) дефектов в ряде случаев U₂ > U₁, использование, в отличие от описанного выше метода, в качестве информативной амплитуды максимального из зарегистрированных (первого и второго) эхо-сигналов повышает чувствительность контроля.

Предложенное сравнение рассчитанного по данным контроля отношения К_д = =U^m/U₀₂ c пороговым значением К_о повышает достоверность ультразвукового контроля благодаря исключению влияния параметров преобразователей и нестабильности качества акустического контакта преобразователя с изделием. Действительно, величина К_д не зависит от амплитуды зондирующего импульса и чувствительности преобразователя (формулы (1) - (3)), а также слабо зависит от качества акустического контакта. Корреляционная связь между амплитудами U^m и U₀₂ подтверждена экспериментально (например, при контроле железнодорожных колес коэффициент корреляции между указанными амплитудами составляет 0,86). Пороговое значение К_о выбирается предварительно на основании экспериментальных исследований помехозащищенности контроля (например, при контроле железнодорожных колес К_о = =12...15 отр. дБ).

Таким образом использование изобретения позволит повысить чувствительность и достоверность ультразвукового контроля цилиндрических изделий поверхностными волнами за счет принятия решения о наличии дефекта по величине отношения амплитуды максимального из эхо-сигналов от дефекта к амплитуде сигнала, двукратно обежавшего цилиндрическое изделие.

Данный способ ультразвукового контроля осуществляется с помощью дефектоскопа "Поиск-25", разработанного НИИ мостов ПИИТа. Для этого устанавливают ультразвуковой приемоизлучающий преобразователь на поверхность объекта контроля, осуществляют прозвучивание импульсами поверхностных волн в направлении, перпендикулярном образующей цилиндрической поверхности. Электронный блок регистрирует серию эхо-сигналов, обежавших изделие, и эхо-сигналов от отражателя, измеряет амплитуду (U₀₂) двукратно обежавшего сигнала и амплитуды эхо-сигналов, зарегистрированных во временных интервалах между зондирующим и однократно обежавшим, однократно и двукратно обежавшими, двукратно и трехкратно обежавшими сигналами, выбирает максимальную (U^m) из амплитуд эхо-сигналов, рассчитывает отношение амплитуд К_д = =U^m/U₀₂, сравнивает его со значением, установленным предварительно на основании теоретических или экспериментальных исследований для данного типа объекта контроля, и при выполнении соотношения К_д > К_о принимает решение об обнаружении дефекта.

Формула изобретения

СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, например железнодорожных колес, заключающийся в том, что изделие прозвучивают поверхностными волнами поперек его цилиндрической поверхности и принимают их и эхо-сигналы от дефектов, отличающийся тем, что измеряют амплитуду сигнала, дважды прошедшего по поверхности изделия, и максимального из эхо-сигналов, измеряют амплитуду максимального из эхо-сигналов и амплитуду сигнала, дважды прошедшего по поверхности изделия, а о дефектности изделия судят по отношению измеренных величин.