Способ обнаружения дефектов термообработки металлических изделий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ПЛТЕН Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Новосибирский институт инженеров железнодорожного транспорта(73) Новосибирский институт инженеров железнодорожного транспорта(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВТЕРМООБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к измерительной тех -нике для оценки качества металлических изделий спомощью ультразвука, в частйости к способам обнаружения дефектов труб, рельсов, котлов, ТЭЦ,подвергающихся термообработке. Цель изобретения - обнаружение дефектов термообработки типа"мягких пятен" и определение их конфигурации. Вобразце возбуждают ультразвуковые колебания,(19) 3 Ш (11) 2003092 С 1(51) 5 001529 10 измеряют время распространения ультразвука в бездефектной зоне и контролируемом изделии, последовательно перемещая пьезопреобразователи с фиксированной базой и сравнивая время прохождения ультразвуковых сигналов, определяют границы дефектной эоны. Располагают пьеэопреобразователи симметрично центра дефектной зоны, определяют скорость ультразвука в изделии и дефектной зоне и время распространения в изделии на уровне дефектной зоны,вычисляют линейный размер дефектной зоны в направлении прозвучивания, поворачивают пьезопреобразователи относительно центра дефектной зоны, аналогичным образом производят определение времени прохождения ультразвукового сигнала и скорости распространения ультразвука и вычисляют линейные размеры дефектной зоны в зависимости от углов поворота пьезопреобразователей по указанной в описании формуле. 2 ип.Изобретение относится к измерительной технике для оценки качества металлических изделий с помощью ультразвука, вчастности к способам определения дефектов труб, котлов ТЭЦ, железнодорожных 5рельсов, изделий иэ инструментальной иконструкционной сталей, подвергающихсятермообработке,Известен способ контроля дефектов металла, основанные на измерении времени 0распространения ультразвукового сигналамежду излучателем и отражающей поверхностью дефекта, при этом используется излучатель и прлемник совмещенного типа,Кроме того, известен способ обнаружения дефектов в изделии, заключающийся в.том, что с помощью наклонных пьезопреобразователей (излучатель и приемник) с фиксированной базой в бездефектной зоневозбуждают поверхностные ультразвуковые колебания, определяют время прохождения ультразвукового сигнала, затемпоследовательно перемещают пьезопреобразователи по контролируемой поверхности и определяют время прохождения 25ультразвукового сигнала в контролируемомизделии. При наличии дефекта (трещины,сколы, раковины) ультразвуковые колебания огибают его и приходят к приемникупозже сигнала, прошедшего по поверхно- З 0сти изделия. Сравнивая время прохожденияультразвуковых сигналов, делают вывод оналичии дефекта и рассчитывают линейныйразмер дефекта в направлении, перпендикулярном направлению проэвучивания. З 5Однако, укаэанный способ позволяетопределить только линейный размер дефекта в направлении, перпендикулярном направлению проэвучивания, и не определяетдругие размеры дефекта. Кроме того, этим 40способом не обнаруживают возникающиепри термообработке дефекты типа "непрокал". При термообработке крупногабаритных изделий возможны случаинеэакаленной сердцевины изделия. При од,новременой термообработке больших партий изделий также возможны случаиобразования "непрокала" на их поверхностях в зонах контактов соприкасающихсябезделий. "Непрокал" - это деффект, облада- Б 0ющий иными механическими свойствами,чем металлы, и не имеющий с ним по свойствам резких границ, поэтому отражательая способность такого дефекта ничтожномала и он не может быть обнаружен данным 55способом.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обнаружения дефектов типа "непрокал" иопределения их конфигурации. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе первым пьезопреобразователем в изделии возбуждают ультразвуковые колебания и принимают их вторым пьезопреобразователем, установленным на фиксированном расстоянии от первого, измеряют время 11 и 12 прохождения ультразвуковых сигналов в беэдефектной зоне и контролируемом изделии соответственно, сравнивают его, перемещают пьезопреобраэователи по поверхности контролируемого иэделия, по времени т 2 определяют начало бездефектной эоны, после определения начала дефектной зоны пьезопреобраэователи перемещают до исчезновения разнлцы времени прохождения сигналов, определя ют скорость распространения ультразвука в бездефектной зоне иэделия и в дефектной зоне и по времени распространения ультразвука в дефектной зоне иэделия вычисляют линейный размер дефектной зоны в направлении прозвучивания, после чего пьеэоп реобраэователи устанавливают симметрично выбранной фиксированной точке, поворачивают их относительно этой точки, проводят аналогично определения скорости и времени распространения ультразвука и определяют линейные размеры дефектной эоны для каждого угла поворота, а ее конфигурацию определяют по найденным линейнылл размерам, определяемым из соотношенияч 3 ч 1чоЧ 1 - Чо Ч 1 - 1 огде Хо- линейный размер дефектной эоны в зависимости от угла поворота;ч 1 - скорость распространения ультразвука в дефектной зоне;чо - скорость распространения ультразвука в бездефектной зоне изделия;Я - фиксированная база расположения пьеэопреобразователей;т 9 - время распространения ультразвука на уровне дефектной зоны.На фиг,1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг,2 - схема определения конфигурации "непрокала" по его линейным размерам в зависимости от угла поворота пьезопреобразователей,Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит источник 1 зондирующих импульсов ультразвуковой дефектоскоп УДМ), пьезопреобраэователь 2. преобразующий электрический импульс дефектоскопа в ультразвуковой импульс, и пьезопреобразователь 3, принимающий ультразвуковой импульс, прошедший через фиксированную базу АБ контролируемогоизделия 4, осциллограф (С 2-99) 5, на который подается сигнал с пьезопреобразователя 3, генератор 6 задержанных импульсов, синхронизированных с дефектоскапа. Оба пьезопреобразователя имеют плексигласовую призму, Для получения поверхностных волн угол наклона плексигласовой призмы составляет 27 30 (первый критический угол для пары плексиглас-сталь).Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Для эксперимента взят образец из стали ЗОХГСА, подвергнутый термообработке (закалка при 780 С в течение 3 ч с последующим охлаждением в масле), Для получения дефектов типа ."непракал" скорость охлаждения изменяется, В качестве эталона (образца, не имеющего дефектов термаобработки) принят образец из стали ЗОХГСА, подвергнутый закалке при 780 С в течение 3 ч с последующим охлаждением о масле.Располагают пьезопреобразователи на фиксированной базе АБ = 5 см и устанавливают на эталонном образце (бездефектная зона), С помощью дефектаскопа электрические колебания подаются на пьезопреобразователь 2, который преобразует их в ультразвуковые, распространяющиеся в эталонном образце. Импульс ультразвуковых колебаний протекает по эталонному образцу и воспринимается пьезопреобразавателем 3, сигнал с которого наблюдается на экране осциллографа 5. Подбирается время задержки приблизительно равным времени пробега ультразвукового импульса по волнаводам пьезопреобразователей и эталонному образцу, Осциллографы 5 реги-. стриру,ат время прохождения ультразвукового (у.з,) сигнала через фиксированную базу АБ = 5 см, 8,139 мкс - время распространения ультразвука в бездефектной зоне. Устанавливают пьезопреобразователи на поверхность контролируемого иэделия 4, возбуждают у,з. колебания, регистрируют время прохождения у.з. сигнала. 11 = 8,439 мкм; 11 = та, что свидетельствует об отсутствии дефектной зоны 7. Перемещают пьезопреобразователи с шагом 0,5 см по поверхности контролируемого изделия 4 да момента возникновения разницы времени прохождения у.з. сигнала. Последовательно фиксируемое время с составляет: со = 8,439 мкс, тз= 8,439 мкс, М = 8,432 мкс. Изменение (уменьшение) времени прохождения у.з. сигнала свидетельствует о том, что обнаружено начало дефектной зоны 7, Последова 5 10 15 симлетрично центру 0 дефектной зоны 7,25 30 55 35 40 45 50 тельно перемещают пьезопреобразаватели с шагом 0,5 см и фиксируют время прохождения у,з. сигнала до тех пар, пока уменьшение разницы времени прохождения у,з, сигнала не прекращается, Фиксированное время составляет: Ь = 8,125 мкс, 1 в = 8,417 мкс, тт = 8,410 мкс, тв = 8,417 мкс, Время 1 в свидетельствует о там, что определен конец дефектной зоны 7.Таким образом, па предварительным данным протяженность дефектной зоны 7 составляет 2 см (равное сумме четырех передвижек с шагом 0,5 см).Устанавливают пьезопреабразователи определяат время т прохождения у,з, сигнала на уровне дефектной зоны, равное 7,408 мкс, Определяют скорость ч 1 распространения ультразвука в дефектной зоне 8 изделия 4. Дефектная зона, так называемый "непрокал", - это область металла, в которой под воздействием термаобработки не происходит изменений свойств металла. Скорость чс распространения ультразвука для бездефектнай эоны определяют по данным для металла, прошедшего термообработку (закалка при 780 С в течение 3 ч с.последующим охлаждением в масле). Для стали ЗОХГСА соответствующие скоростисоставляют ч 1 - 5975 м(с, ч, - 5925 л/ч.Вычисляют линейный размер дефектной зоны 7,5925 0,05 5975 5925 5975 - 925 5975 - 5925х 8,50810 - 0,0218 л = 2,2 см.Таким образом, определен линейный размер дефектной зоны в направлении прозвучивания, Затем поворачивают пьезапреобразователи относительно центра 0 дефектной зоны 7 на фиксированный угол р указанным образом, определяют время 1 распространения ультразвука на уровне дефектной зоны 7 и вычисляют линейный размер Хр дефектной зоны 7 для данного угла поворота пьезопреобразователя. Измерения проводят при 0 р180. Линейные размеры (см) дефектной зоны о зависимости от углов поворота пьезопреобразавателей следующие: 0-2,2; ЗО - 2,1; 15 - 2,26; 90 - 1 88, 135 - 2,08; 180 - 2,2.формула изобретенияСПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ТЕРМООБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ 5 ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в том, что первым пьезон реобразователем в изделии возбуждают ультразвуковые колебания и принимают их вторым пьеэопреобраэователем, установленным на фиксированном 10 расстоянии от первого, измеряют время прохождения сигналов в бездефектной зоне 11 и в контролируемом изделии е 2, сравнивают их, перемещают пьезопреобразователи по поверхности контролируемого 15 изделия; по времени тг определяют начало дефектной зоны, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обнаружения дефектов типа "непрокал" и определения их конфи гурации, после определения начала дефектной зоны пьезопреобразователи перемещают до исчезновения разницы времени прохождения сигналов, определяют скорость распространения ультразвука 25 в бездефектной зоне изделия и в дефектной зоне в направлении проэвучивания, после чего пьезопреобраэователи устанавливают симметрично выбранной фиксированной точке, поворачивают их относительно этой точки, проводят аналогичные определения скорости и времени распространения ультразвука и определяют линейные размеры дефектной зоны для каждого угла поворота, а ее конфигурацию определяют по найденным линейным размерам, определяемым из соотношения ///1 х 4= - тд, ///1 Где х 4- ч 1 з 1 Воч 1-чо ч 1-чолинейный размер дефектной зоны в зависимости от угла поворота;ч 1 - скорость распространения ультразвука;чо - скорость распространения ультразвука в беэдефектной зоне иэделия;з - фиксированная база расположенияпреобразователей;тд - время распространения ультразвукана уровне дефектной эоны.