Устройство для ультразвукового контроля материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 9) 504 С 01 И 29/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ В Бюл.робле ирование ельной аппаоение, 1972,аттенюатора. 3 ь ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт и м прочности АН УССР(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано для обнаружения и контроля за развитием повреж дений, возникающих в .материалах под действием внешних факторов,например,для определения ранних стадий усталостного повреждения образцов или изделий, подвергающихся воздействию переменных нагрузок, Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей и повышение надежности выявления ранних стадий развивающего повреждения в материале за счет использования в качестве рабочих частот высших гармоник опорной частоты. Устройство содержитакустическую измерительную камерус излучающим и приемным электроакустическими преобразователями и систему для перемещения преобразователейвнутри камеры относительно материала, последовательно соединенныесинхронизатор и генератор радиоимпулвсов, подключенный к излучающему преобразователю, усилитель, подключенный к приемному преобразователю, последовательно соединенныепервый аттенюатр и осциллограф,вход запуска которого подключен квторому выходу синхронизатора, первый индикатор, подключенный к второму выходу первого аттенюатора, триполосовых фильтра, подключенных квыходу усилителя, подключенные квыходу первого полосового фильтрапоследовательно соединенные блок вычитания и нуль-индикатор, генераторопорного напряжения, соединенный свторым входом блока вычитания, под-.ключенные к выходу второго полосового фильтра последовательно соединенные второй аттенюатор и второй индикатор, а выход третьего полосовогофильтра соединен с входом первого2967 1 12Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и можетбыть использовано для обнаружения иконтроля эа развитием повреждений,возникающих в материалах под действием внешних факторов, напримердля определения ранних стадий усталостного повреждения образцов ипииэделий, подвергающихся воздействию переменных нагрузок,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейи повышение надежности выявленияранних стадий развивающегося повГреждения в материалеНа чертеже представлена блоксхема устройства для ультразвуковогоконтроля материалов.Устройство содержит акустическую измерительную камеру 1 с излучающим 2 и приемным 3 электроакустическими преобразователями и систему для перемещения преобразователей 2 и 3 внутри камеры 1 относитель"но материала, состоящую иэ механизма 4 нагружения и толщиномера 5,последовательно соединенные синхронизатор 6 и генератор 7 радиоимпульсов,выход которого соединен с излучающимэлектроакустическим преобразователем 2, усилитель 8, вход которогосоединен с приемным злектроакустическим преобразователем 3, последовательно соединенные первый аттенюа"тор 9 и осциллограф 10, вход запуска которого подключен к второму выходу синхронизатора 6, первый индикатор 11, подключенный к второму вы"ходу первого аттенюатора 9, три полосовых фильтра 12-14, подключенныхк выходу усилителя 8, подключенныек выходу первого полосового фильтра12 последовательно соединенные блок15 вычитания и нуль-индикатор 16,генератор 17 опорного напряжения,подключенный к второму входу блока15 вычитания, подключенные к выходу второго полосового фильтра 13последовательно соединенные второйаттенюатор 8 и второй индикатор19, выход третьего полосового Фильтра 14 соединен с входом первого ат"тенюатора 9.Устройство работает следующимобразом.Б камеруустанавливают исследуемый образец 20, который с помощьюмеханизма 4 нагружения прижимаютк излучающему 2 и приемному 3 электрог 9 2акустическим преобразователям черезслои 21 и 22 контактной смазки,толщина которых контролируется с помощью толшиномера 5. По сигналу синхронизатора 6 генератор 7 вырабатывает пачку из трех радиоимпульсов,один из которых имеет несущей опорную частоту 1, а остальные два -соответственно рабочие частоты Г,211 излучающем электроакустическомпреобразователе 2 радиоимпульсы пре"обра уются в механические импульсы,которые проходят через первый кон"тактный слой 21, образец 20, второйконтактный слой 22 и поступают наприемный электроакустический преобразователь 3, где преобразуются врадиоимпульсы. Радиоимпульсы поступают на вход усилителя 3, где усиливаются и поступают на полосовыефильтры 12-14. Б фильтре 12 выделяются радиоимпульсы с частотой Е заполнения, поступающие затем в блок 15вычитания. Сюда же с генератора 17поступает опорный сигнал. В блоке15 вычитания происходит сравнениерадиоимпульса с частотой Г заполнения и опорного сигнала. Результаты сравнения, т.е, разница междуамплитудами радиоимпульса и опорного сигнала, представляются на нульиндикаторе 16. В полосовых фильтрах13 и 14 выделяются радиоимпульсы счастотами Е 1 и Й заполнения соответственно, которые через аттенюаторы18 и 19 поступают на индикаторы19 и 11, по показаниям которых осуществляют подстройку аттенюаторовпри изменении затухайия звука в материале образца, Для визуального наблюдения радиоимпульсов с частотамизаполнения Г 1 и Г используетсяосциллограф 10.Величины частот Г , Е 1 и Г выби"грают из их чувствительности к внутренним изменениям в материале образца на ранних стадиях его усталости.На основании известных экспериментальных данных частота Ео должна лежать в д;иапазоне 0,5-3 МГц, а Е,иГ - в диапазоне 5-25 МГц,Толщину контактного слоя 8 выбирают из условия наибольшей чувствительности опорной частоты Г к измеонению этой толщины по формуле=с/8 (1)где . - скорость звука в материалепереходного слоя, 12293Это значение 6 устанавливают при помощи механизма 4 нагружения и толщиномера 5. Изменяя величину опорного сигнала с выхода генератора 17, устанавливают нулевое показание 5 нуль-индикатора 16, добиваясь, таким образом, того, чтобы амплитуда опорного сигнала равнялась амплитуде радиоимпульса с частотой заполнения й, с выхода первого полосового фильт- О ра 2. В дальнейшем при всех измерениях амплитуда опорного сигнала не изменяется, Посредством аттенюаторов 18 и 9 и индикаторов 19 и 11 определяют эталонные значения затуха ния ультразвуковых колебаний в образце 20 на рабочих частотах й и Г в децибеллах относительно эталонного значения на опорной частоте К . Затем образец 20 извлекают из 20 акустической камеры 1 и подвергают повторно-переменному нагружению в усталостной машине. Периодически нагружение снимают, образец устанавливают в измерительной камере 1,25 при помощи подбора величины нагруже. ния регулируют толщину контактного слоя 0 (слои 21 и 22), добиваясь нулевого показания нуль-индикатора 16. При этом обеспечивается пос- ЗО тоянство значения амплитуды на опор. ной частоте, равное эталонной величине. При помощи аттенюатора 18 и 9 индикаторов 19 и 11 определяют значение затухания ультразвуковых колебаний в исследуемом образце 20 на частотах й, и Г соответственно, сравнивают эти значения с эталонными в соответствии с формулой40- =10 ц 5м (1) (2)О (7, )где 1=1, 2;м,( ) Ом ( ) фмз(3) 1 М (й ) - эталонное значение зату мэхания ультразвуковых колебаний в образце материала, Б;М (Й ) - значение затухания ультраМ 1звуковых колебаний при50-м замере в контролируемом образце,Б.Увеличение затухания в образце свидетельствует о появлении в нем дефектов, Если затухание растет от 55 измерения к измерению, то дефект развивается. Величина изменения затухания свидетельствует о величине 679 4дефекта. Каждый материал имеет характерные особенности зависимости изменения затухания от величины дефекта. По этому изменению можно судить о размере повреждения в материале.Выбор толщины 3 контактного слоя 21-22 н соответствии с формулой (1) позволяет найти оптимальные соотношения между Е и. Так, если умень"ошить 3 по сравнению с формулой (1), то частота Г менее чувствительна к изменению толщины контактного слоя и, следовательнопоявляется погрешность измерений, обусловлен" ная изменением потерь акустического сигнала в контактном слое,.Если увеличить, то увеличиваются потери акустической энергии в контактном слое при той же чувствитель"ности частоты Г к изменениям толщины контактного слоя.Использование в качестве рабочих частот высших гармоник опорной частоты позволяет производить измере" ния не на каждой частоте последовательно, а одновременно на всех используемых частотах. При этом снижаются требования к частотным характеристикам электроакустических преобразователей,Формула и э о б р е т е н и яУстройство для ультразвукового контроля материалов, содержащее акустическую измерительную камеру с излучающим и приемным электро- акустическими преобразователями и систему для перемещения преобразователей внутри камеры относительно материала, последовательно соединенные синхронизатор и генератор радио- импульсов., выход которого соединен с излучающим электроакустическим преобразователем, усилитель, вход которого соединен с приемным электроакус" тическим преобразователем, последовательно соединенные первйй аттенюатор и осциллограф, вход запуска которого подключен к второму выходу синхронизатора, первый индикатор, подключенный к второму выходу первого аттенюатора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено тремя полосовыми фильтрами, подключенными к выходу, усилителя,129 б 79 Составитель Г. МаксимочкинРедактор И. Николайчук Техред Л.Олейник Корректор М. Самборская Заказ 2446/45 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж" 35, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4,подключенными к выходу первого полосового фильтра последовательно соединенными блоком вычитания и нульиндикатором, генератором опорногонапряжения, подключенным к второмувходу блока вычитания, подключенными к выходу второго полосового фильтрапоследовательно соединенными вторыматтенюатором и вторым индикатором,причем выход третьего полосовогофильтра соединен с выходом первогоаттенюатора.