2.1.1 Конструкция пьезоэлектрического преобразователя

ПЭП состоит из протектора (предназначенного для защиты от механических воздействий и истирания пьезопластины), пьезопластины (предназначена для излучения и приема УЗВ), демпфера (предназначенного для уменьшения собственных ревербрационных шумов пьезопластины), электродов (предназначены для подключения пьезопластины к дефектоскопу), призмы преобразователя (для наклонного ПЭП) (рисунки 2.1 и 2.2)

0. 2.2 Стандартные образцы для ультразвукового контроля: типы, назначение, условия применения

Способы проверки параметров аппаратуры группируются в два класса задач. К первому относят проверку, выполняемую после выпуска аппаратуры, ее капитального ремонта и при промежуточной аттестации. К задачам второго класса относят повседневную (оперативную) проверку аппаратуры, которая должна подтвердить ее работоспособность и установить значения характеристик, меняющихся во время эксплуатации. Проверяют совместно дефектоскоп, преобразователь и соединяющий их кабель. Такую проверку осуществляют с помощью стандартных образцов (СО), не используя дополнительных приборов.

Различают государственные СО (ГСО) и стандартные образцы предприятия (СОП). ГСО предусмотрены стандартами, в которых указаны материал, из которого они изготовлены, их конструкция. Эти образцы, как правило, применяют для проверки и настройки аппаратуры при контроле широкого ассортимента продукции.

СОП рекомендованы ведомственными нормативно-техническими документами (НТД) или НТД предприятий. Они предназначены для проверки и настройки аппаратуры при контроле определенного вида продукции, где ГСО неприменимы (например, при контроле изделий с большой кривизной поверхности) или где применение СОП технически более удобно.

Из числа СОП иногда выделяют отраслевые стандартные образцы (ОСО), которые рекомендуются ведомственными НТД. ГСО, ОСО и СОП являются обязательной принадлежностью, без них невозможен достоверный контроль в соответствии с требованиями НТД.

Оперативную проверку дефектоскопа выполняют с помощью стандартных образцов СО-1, СО-2 и СО-3 по ГОСТ 14782-86 или V-1 и V-2, принятых в международной практике.

1) СО-1 (рисунок 2.3) изготовляют из органического стекла марки ТОСП с акустическими свойствами, оговоренными в названном стандарте: на частоте 2,5 ± 0,2 МГц при температуре 20 ± 5⁰С скорость продольных волн должна быть 2670 ± 133 м/с, коэффициент затухания 0,026 ... 0,034 1/мм. Амплитуда третьего донного сигнала по толщине образца на частоте 2,5 ± 0,2 МГц и при температуре 20 ± 5 ⁰С не должна отличаться более чем на ±2 дБ от амплитуды третьего донного сигнала в исходном образце, аттестованном органами Государственной метрологической службы. Необходимость в такой формулировке возникла в связи с трудностью точного измерения

Рисунок 2.3 - СО-1

Образец предназначен для определения условной чувствительности, проверки лучевой разрешающей способности и настройки глубиномера.

2) СО-2 (рисунок 2.4) выполняют из малоуглеродистой стали с мелкозернистой структурой. Его применяют для определения условной чувствительности, проверки мертвой зоны, угла ввода, ширины диаграммы направленности и настройки глубиномера.

СО-2

Рисунок 2.4 - СО-2

3) СО-3 (рисунок 2.5) так же, как и СО-2, производят из стали. Он служит для определения точки выхода, стрелы преобразователя и отстройки от времени пробега УЗ в призме преобразователя при измерении координат.

20 10 0 10 20

СО-3

Рисунок 2.5 - СО-3

Рассмотренные ГСО применяют при контроле изделий с плоской поверхностью совмещенными преобразователями шириной до 20 мм на частоту > 1,25 МГц. В других случаях нужно использовать СОП, подобные или даже существенно отличающиеся от этих ГСО.

2.2.1 Проектирование СОП для 0⁰ ПЭП

Для прямого ПЭП разрабатывают три стандартных образца предприятия. В качестве эталонного отражателя используются цилиндрические плоскодонные засверловки, диаметром d и длиной l ,ориентированные перепендикулярно к акустической оси преобразователя, и расположенные в начале зоны контроля, в конце и в средней ее части. Их выполняют по схеме, представленной на рисунке 2.6

Рисунок 2.6 – СОП для 0⁰ПЭП

Длину третьего СОП находят по формуле L_III, мм:

(26)

где l – глубина засверловки ( l= 5…10 мм)

Длина второго СОП L_II, мм:

(27)

Длину первого СОп принимают равной 50…60 мм.

Данные по размерам СОП представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2 Размеры СОП для 0⁰ ПЭП

	I	II	III
L , мм	60	168	336
l , мм	7	10	10
d , мм	5	5	7

2.2.2 Настройка временной регулировки чувствительности

Систему временной регулировки чувствительности (ВРЧ) правильнее назвать временной автоматической регулировкой усиления или корректировкой амплитуды с расстоянием. Она предназначена для автоматической регулировки коэффициента усиления приемника таким образом, чтобы амплитуды эхосигналов от одинаковых дефектов при изменении расстояний от преобразователя до дефектов не меняли своей амплитуды.

ВРЧ компенсирует ослабление импульса, обусловленное дифракционным расхождением и затуханием. Исходя из этого, закон изменения усиления должен быть обратным закону убывания амплитуд отраженных сигналов от одних и тех же по размерам дефектов по мере их удаления от преобразователя. Эти законы - разные для отражателей различных формы и размеров

В простых по устройству дефектоскопах, в частности УД2-12, предусматривается регулировка ВРЧ по длительности действия вдоль линии развертки и по величине изменения чувствительности. Кроме того, может задаваться закономерность изменения с расстоянием, отличающаяся от линейной зависимости. Однако заложенные в УД2-12 закономерности изменения чувствительности с расстоянием плохо соответствуют требуемым: кривая изменения чувствительности с расстоянием выпуклая, а на больших расстояниях от преобразователя (в дальней зоне) она должна быть вогнутой.

Настройка ВРЧ для контроля прямым ПЭП 0⁰ на УД2-12 производиться в следующем порядке:

1.Подключить к коаксиальному кабелю прямой 0 ПЭП. Выполнить дополнительную настройку блоков дефектоскопа:

• нажать кнопку блока А6;

• отпустить кнопку ;

• вывести регуляторы и блока А8 в крайнее левое положение

Смазать рабочую поверхность стандартного образца СО-1 трансформаторным маслом и установить прямой преобразователь. Найти максимум эхо сигнала от отражателя, расположенного на глубине 15 мм, положение преобразователя I, рисунок 2.8. Кнопками аттенюатора довести амплитуду эхо сигнала до середины экрана, записать показание аттенюатора N₁.

Перемещая ПЭП в положение II и III получить эхо сигналы от отверстий 30 и 45 мм. Регулятором длительности развертки блока А6 установить эхо сигнал от отверстия на глубине 45 мм (III положение ПЭП) на восьмую клетку. Запомнив место положения сигналов на экране ЭЛТ, регуляторами строба АСД и блока А10 застробировать зону от зондирующего импульса до данного сигнала включительно, рисунок 2.9.

Регуляторами строба ВРЧ и блока А8 на второй развертке выставить стобимпульс ВРЧ соответственно стробу АСД, рисунок 2.10.

Рисунок 2.8 – Схема установки ПЭП

Рисунок 2.9 – Осциллограмма настройки блока ВРЧ; I, II, III – Эхо сигналы от отражателей 15, 30 и 45 мм

Рисунок 2.10 – Осциллограмма настройки блока ВРЧ. Установка стробимпульса ВРЧ

Установить ПЭП в положение III, легким перемещением ПЭП найти максимум эхо сигнала от отражателя 45 мм. Не изменяя положения ПЭП увеличить показания аттенюатора до N₁ дБ и регулятором блока А8 вывести третий эхосигнал на середину экрана. Установить ПЭП в положение II и найти максимум эхо сигнала от отражателя 25 мм и регулятором блока А8 вывести второй эхо сигнал на середину экрана, рисунок 2.11.

Рисунок 2.11 – Настройка временной регулировки чувствительности дефектоскопа

Отжать кнопку блока А6. Последовательно установить преобразователь на отражатели 15, 30 и 45 мм (I, II, III положение ПЭП). При правильной настройке блока ВРЧ все три сигнала должны достигать середины экрана, если один из сигналов ниже или выше середины экрана более чем на 4 дБ (выше или ниже на полторы клетки середины экрана) необходимо повторить настройку блока ВРЧ.

2.2.3 Проектирование СОП для наклонного ПЭП

СОП для наклонного ПЭП выполняют также с тремя плоскодонными засверловками по следующей схеме, представленной на рисунке 2.12

L₁ =15..30мм, L2=1/2Н, L3=15…30мм.

Н – толщина ОК

h=5…10мм

Рисунок 2.12 СОП для 40⁰ПЭП

Настройка временной регулировки чувствительности для наклонного ПЭП проводят аналогично настройке прямого ПЭП.

2.3 Выбор параметров аппаратуры, пьезоэлектрического преобразователя, расчёт призмы наклонного ПЭП

В курсовой работе применяется дефектоскоп второй группы, т.е. способный определять координаты дефектов и способный отображать путь ультразвукового луча на экране дефектоскопа. В качестве базового образца используется дефектоскоп УД2-12.

К основным параметрам аппаратуры относятся :

-частота (для контроля вала используется частота равная 2,5 МГц),

-чувствительность дефектоскопа (настройка чувствительности осуществляется по стандартному образцу СО-2),

-параметры сканирования .

Для обнаружения дефектов в цилиндрической части объекта используется прямой преобразователь типа П111-К12-2,5-002 , а для определения дефектов в галтельных переходах детали – наклонный преобразователь с углом ввода 40⁰ типа К121-40-2,5-002. Для наклонного преобразователя требуется рассчитать призму ПЭП.

Угол призмы ПЭП β:

, (28)

где α – угол ввода ПЭП (α = 40°),

с_l - скорость распространения продольной волны в призме, мм/мкс (с_l –2,7 мм/мкс);

c_t - скорость распространения поперечной волны в стали, мм/мкс (с_t –3,26мм/мкс);

.