Ультразвук

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА»

Кафедра «Кораблестроения и авиационная техника»

ОТЧЕТ

по лабораторной работе

«Ультразвуковой контроль сварных швов судовых конструкций»

Выполнили:

ст. гр. 17-КС-1

Угулава Р. Г.

Ковалева И. А.

Башарин В. С.

Проверил:

Шайдулин М.Г.

Нижний Новгород, 2020

Цель работы:

• Ознакомиться с методами ультразвукового контроля (УЗК) судовых конструкций: дефектоскопии сварных швов, замера толщин при одностороннем доступе, дефектоскопии деталей судовых систем и устройств с помощью прибора ДУК-66ПМ.

• Ознакомиться с устройством и работой приборов.

Общие сведения

Высокие требования, предъявленные контрольными органами на судостроительном предприятии к качеству корпусных конструкций, вызывают необходимость наличия достаточно надежных и по возможности простых методов выявления дефектов. Широко распространенные в настоящие время методы просвечивания конструкций и деталей рентгеновскими и гамма-лучами позволяют производить только выборочный контроль. Надо отметить, что они не гарантируют выявление наиболее опасных дефектов-трещин, если они расположены в плоскости, составляющей с направлением лучей угол более

5- 15°.

Методы ультразвуковой дефектоскопии свободны от этих недостатков и позволяют осуществлять непрерывный контроль. В их основу положен принцип зависимости характера распространения ультразвуковых волн от свойств данной среды.

Ультразвуковыми волнами называют упругие колебания материальной среды с частотой выше порога слышимости, т. е. выше 20000 Гц. Одним из основных свойств ультразвуковых волн является прямолинейность их распространения. Скорость распространения прямопропорциональна модулю упругости и обратно пропорциональна плотности среды

К - коэффициент отражения энергии звукового луча. Для стали С=5170 м/сек, воздуха С=335 м/сек.

Проходя через различные среды, звуковые волны отражаются от границы раздела этих сред и лишь частично, преломляясь, из одной среды в другую. Эта способность отражения от границ раздела двух сред, обладающих разными акустическими свойствами, используется для обнаружения дефектов в металле. Коэффициент отражения энергии звукового луча К от поверхности раздела двух сред с различными упругими свойствами при нормальном падении волны определяется из выражения:

В том случае, если в металле встречаются трещины, раковины или другие дефекты, ультразвук не будет проходить в нем беспрепятственно, а отразится от поверхности раздела (т. е. границ дефекта) и этим просигнализирует о наличии дефектов внутри металла.

Особенно широкое распространение для судовых конструкций получили волны, вводимые под определенными углами к поверхности изделий.

В зону шва попадают только поперечные волны, а продольные гасятся в призме щупа.

Рисунок 2 - Схемы отражения и преломления звуковой волны на границе

сред: а - принимаемая; б - действительная

Контроль стыковых сварных соединений рисунке 1 проводится методом по совмещенной схеме. Наличие "усиления" шва не позволяет вводить УЗК непосредственно в наплавленный металл. Поэтому прозвучивание швов ведется с помощью призматических искателей, зигзагообразно переме­щаемых вдоль шва.

Рисунок 3. - Схема прозвучивания стыковых соединений

Для выявления дефектов, различным образом ориентированных в металле, шов следует прозвучивать с двух сторон "усиления". При этом исключается пропуск рядом расположенных дефектов, кото­рый может быть вызван интерференцией отраженных от них колебаний.

Швы толщиной более 100 мм прозвучивают прямым лучом с двух противоположных поверхностей металла. Проконтролировать весь объем наплавленного металла с одной поверхности не удается, т.к. для прозвучивания таких швов даже однократно отраженным лучем чувствительность дефектоскопа оказывается недостаточной.

При прозвучивании шва с одной плоскости прямым лучом остает­ся не проконтролированной "мертвая" зона, величина которой связана с шириной "усиления" соотношением, рис.2.3:

где: h - величина мёртвой зоны, d - стрела искателя, - угол ввода луча.

Для обеспечения большей чувствительности и уменьшения "мерт­вой" зоны каждый шов контролируется искателями с различными углами ввода луча.

Швы толщиной 25...100 мм могут быть прозвучены с одной по­верхности основного металла прямым и однократно отраженным лучом. При этом угол ввода выбирается таким, чтобы ось луча в одном из положений искателя пересекла ось симметрии шва толщиной S на глубине 0,3S. Величина этого угла определяется уравнением:

- при прозвучивании прямым лучом и

- при прозвучивании отражённым лучом.

Чем меньше толщина основного металла, тем больший угол ввода луча необходим для контроля шва, ибо с уменьшением толщины S шири­на усилинения b падает незначительно. При этом для прозвучивания шва прямым лучем всегда требуется больший угол ввода луча, чем для прозвучивания того же шва лучом от противоположной поверхности ос­новного металла. Поэтому детали толщиной менее 25 мм могут быть прозвучены только лучом, претерпевшим одно или несколько отражений в основном металле.

Швы толщиной 8...25 мм контролируют искательной головкой с углом ввода = 65^о ,( = 50⁰). При этом нижнюю часть шва прозвучи­вают двукратно отраженным лучом. Швы листов толщиной менее 8 мм прозвучивают лучом, претерпев­шим многократные отражения в основном металле.

При контроле стыковых соединений любой толщины следует иметь ввиду, что угол ввода луча и способ прозвучивания определяют расс­тояние в сторону от шва, на которое необходимо отодвигать иска­тельную головку.

При прозвучивании шва прямым лучом ее отодвигают от валика “усиления” на расстояние до L_max  . Расстояние L_max в дефектоскопе ДУК-13ИМ определяется по шка­лам глубиномера. Для этого на шкале "Н" против визирной линии ус­танавливают значение Sn или S (n + 1), а на шкале "L" читают соответс­твенно значения А_min и L_max.

Для предотвращения появления эхо-сигналов прозвучивание шва прямым лучом следует вести в режиме "контроль от поверхности", настроенным на прозвучивание глубины S - 6 мм, расположенного на глубине nS + 3 мм.

Необходимо помнить, что при появлении эхо-сигнала (от грубых неровностей на поверхности основного металла и шва) импульсы рас­полагаются на правом конце линии развертки - при прозвучивании прямым лучом и на правом или левом конце - при прозвучивании отра­женным лучом.

Для того, чтобы выявить такие ложные импульсы, производят из­мерение координат отраженной поверхности с помощью глубиномера и прозвучивание этого места в различных направлениях.

Результаты испытаний

После прогрева изучим работу аппарата на прямоугольном стальном образце с просверленными в нём отверстиями, имитирующими дефекты. С помощью глубиномера определим толщину образца, и глубины просверленных отверстий и сравним их с значениями, измеренными с помощью штангенциркуля.

Габариты образца, измеренные с помощью дефектоскопа: 280х105х80

Габариты образца, измеренные с помощью линейки: 276х110х83

Координаты и глубины отверстий, найденные с помощью дефектоскопа, занесем в таблицу 1.

Таблица 1 – Положение дефектов, найденных с помощью дефектоскопа

Глубина Z, мм	X, мм	Y, мм
56	27	40
45	56	10
50	100	10
50	264	10
55	212	5

Высота образца, измеренная с помощью линейки - h_лин=80 мм.

Координаты и глубины отверстий, найденные с помощью линейки и штангенциркуля, занесем в таблицу 2.

Таблица 2 – Положение дефектов с помощью линейки

Глубина Z, мм	X, мм	Y, мм
58	25	43
43	59	15
52	103	15
51	260	12
53	216	8

Схема дефектов образца по координатам таблицы 2.

Вычислим погрешности измерений:

∆₁=60-58=2

∆₂=45-43=2

∆₃=52-50=2

∆₄=51-50=1

∆₅=55-53=2

Подсчитаем среднее значение погрешности:

∆_ср=

После смены цилиндрического датчика на призматический изучим его работу на образце сварного шва. Мы нашли дефекты со следующими координатами:

1. X=11.5 см, Y= 15 см;

2. X=13 см, Y= 15 см.

Рассмотрим дефекты сварного шва №188 на стенде. Найденные дефекты приведены ниже.

1. X=38 см;

2. X=14 см;

3. X=21-21,5 см;

4. X=26,5-27 см.