Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

Кафедра «Методы и приборы неразрушающего контроля»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

«Разработка технологии ультразвукового

контроля металлопродукции»

Выполнил:

студент группы

Проверил:

Паврос К.С.

Санкт-Петербург

2021

Содержание

Кафедра «Методы и приборы неразрушающего контроля» 1

«Разработка технологии ультразвукового 1

контроля металлопродукции» 1

Санкт-Петербург 1

3.2 Расчет электроакустического тракта с численным значением соотношения амплитуд донного и зондирующего импульсов 6

3.3 Расчет параметров сканирования 6

3.5 Способы и средства эталонирования основных параметров контроля 11

3.6 Измеряемые характеристики дефектов и способы их определения 11

4. Технология ультразвукового контроля 12

Курсовой проект состоит из технологической инструкции ТИ-013-2020 и технологической карты ультразвукового контроля.

В данной курсовой работе рассматривается тавровое соединение листов из

стали.

Дефекты, встречающиеся в объекте контроля (ОК):

• непровары – отсутствие сплавления между основным и наплавленным металлом в корне шва или по кромке, а также между отдельными слоями-проходами при многопроходной сварке;

• поры – пузыри (обычно сферической формы) различной величины, заполненные газами (водород, окись углерода), образующиеся из-за присутствия газов, поглощаемых жидким металлом в процессе сварки;

• продольные трещины - в изломе имеют темный цвет, сильно окисленные или светлые с цветами побежалости. Причины образования: неправильно выбранная марка присадочного материала; неудовлетворительное качество присадочной проволоки, обмазки или флюса; неправильные режимы и техника сварки; высокие внутренние напряжения в швах; наличие в швах пористости или шлаковых включений.

Подобные дефекты обусловлены тем, что кислород и углерод в больших количествах, будучи поверхностно-активными элементами, способны стать причиной возникновения эвтектик легкоплавкого типа. А при продолжительной работе конструкций в области сварного шва нередко появляются интерметаллиды и карбиды (мелкодисперсные), которые делают соединение хрупким.

Дополнительные технические требования:

• объект контроля  тавровое соединение полным проваром корня шва;

• контролируемый металл  сталь низколегированная;

• толщина объекта 16 и 24 мм;

• размер катетов 10 мм

• длина шва 1,5 м;

• для поиска дефектов применяется способ продольно-поперечного перемещения ПЭП.

2. Состояние с неразрушающим контролем объекта

В соответствии с изучаемой литературой данный ОК может контролироваться следующими методами:

• Внешний осмотр (Визуальный метод контроля);

• Радиационная дефектоскопия;

• Ультразвуковая дефектоскопия;

• Капиллярная дефектоскопия;

• Контроль сварных швов на проницаемость.

В данной курсовой работе для нашего сварного шва выберем ультразвуковой контроль (УЗК).

3. Разработка методики узк

3.1 Обоснование выбора методов уз контроля, схем прозвучивания и значений основных параметров.

Применение УЗ контроля целесообразно потому, что он наиболее нагляден, информативен и дает информацию не только о поверхностных, но и внутренних дефектах. Конкуренцию ему может составить радиографический метод, но для таких малых толщин изделий его применение нецелесообразно.

При выборе схемы прозвучивания сварных соединений в первую очередь исходят из возможности полноты прозвучивания поперечного сечения сварного соединения осью УЗ пучка и вероятности выявления наиболее опасных плоскостных дефектов (трещин, непроваров, несплавлений). Кроме того, обычно ставят условие контроля сварного шва прямым лучом. Помимо наплавленного металла и зоны сплавления УЗК подвергают также околошовную зону.

Тавровые сварные соединения толщиной от 20 до 60 мм контролируют либо с двух поверхностей прямым лучом, либо с одной - прямым и однократно отраженным лучом. Для повышения эффективности выявления дефектов в приповерхностной зоне может быть дополнительно введен контроль однократно или двукратно отраженным лучами. Прямой луч вводят под углом 65°-70°, а однократно отраженный - под углом 45°- 50°. Схемы прозвучивания взяты из ГОСТ 14782-86

Рисунок 1 – Схема эхо-импульсного метода

а) прямой луч

б) однократно отраженный луч

Рисунок 2 Схема прозвучивания

3.2 Расчет электроакустического тракта с численным значением соотношения амплитуд донного и зондирующего импульсов

В задании к данному курсовому проекту указано, что при контроле сварного шва должны выявляться непровары, продольные трещины и включения диаметром 2 – 3 мм. Расчет электроакустического тракта будет заключаться в нахождении площади плоскодонного отражателя при пересчете из сферы в плоскодонное отверстие. Для этого используем уравнения 1 и 2 акустического тракта для сферы и плоскодонного отверстия соответственно.

	(1)
	(2)

 соотношение амплитуд донного и зондирующего импульсов;

 коэффициент прохождения через границу раздела;

 площадь пьезопластины;

 площадь отражателя;

 длина волны;

 ближняя зона наклонного преобразователя;

 радиус сферы;

 и   углы ввода и призмы соответственно.

После математических преобразований получаем формулу площади плоскодонного отражателя (3).

(3)

Перед расчетом площади, рассчитаем длину волны. Для выбранной частоты (2,5 МГц) и материала (сталь), она составит:

Тогда искомая площадь плоскодонного отражателя:

3.3 Расчет параметров сканирования

В расчет параметров сканирования входит: расчет углов ввода при прямом и однократно отражённом пучке и расчет зоны перемещения ПЭП с указанием шага и скорости сканирования.

Расчет зоны перемещения состоит в определении предела перемещения .

Для определения пределом перемещения при прямом прозвучивании используются следующие формулы (4) и (5).

= 10 мм	(4)
= 52 мм	(5)

Для определения пределов перемещения при однократно отражённом прозвучивании используются формулы (6) и (7).

= 40 мм	(6)
77 мм	(7)

Где:

ЗТВ  зона термического влияния (для автоматической сварки и толщины ОК более 20 мм величина ЗТВ составляет 20 мм).

Z рассчитана так: = 11,5

Шаг сканирование определяется по - ∆ = Y(n+r`sinα)

В соответствии с [6] максимально допустимая скорость сканирования, обеспечивающая стабильный акустический контакт и позволяющая своевременно отреагировать на индикацию прибора, не превышает 100-150 мм/с.

Параметры сканирования таврового соединения стальных листов толщиной 24 и 16 мм преобразователем с n = 10 мм представлены в таблице 1.

Таблица 1  Параметры сканирования

Луч	, 	, мм	V, мм/с	L1, мм	L2, мм
Прямой	65	33	100	10	52
Однократно отраженный	50	13		40	77

Для расчета длительности развертки, сначала необходимо рассчитать максимальный путь, пройденный ультразвуком в материале объекта контроля, а после пересчитать его в время прихода сигнала.

При контроле прямым лучом путь составит:

Тогда, длительность развертки составит:

При контроле однократно отраженным лучом путь составит:

Тогда, длительность развертки составит:

Начало зоны временной селекции в мм (Tнач):

Ширина (длительность) строба в мм (Тстроб):

Для определения углов призмы используем формулу (закон) Снеллиуса

Где скорость распространения волны в призме = 2,7 мм/мкс

При α = 65°

= 0,75, то = 50°

При α = 50°

= 0,64, то = 40°