Лабораторная работа №5
|
Скачать 119.85 Kb.
|
|
Лабораторная работа №5 Ультразвуковой контроль сварных соединении I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с физическими основами. аппаратурой, эталонами и параметрами ультразвукового контроля; Освоить навыки работа на современных дефектоскопах. II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Одним из наиболее широко-распространенных методов выявления внутренних дефектов сварных швов является УЗК. основанный на возможности ультразвуковых волк проникать в материалы, отражаясь и преломляясь при попадании на границу двух материалов с различной звуковой проницаемостью. Ультразвук применяется для контроля качества изделий из стали, алюминия, меди и других металлов, а также пластмасс, бетона. При помощи ультразвука можно обнаружить внутренние макроскопические дефекты литья, поковок, сварки (трещины, раковины, шлаковые включения, газовые поры, непровары и т.д.). Метод УЗ дефектоскопии металлов был впервые разработан и осуществлен в СССР в 1928-1930 гг. проф. С. Я. Соколовым. Ультразвук - это упругие колебания материальной среды, частота которых лежит за пределами слышимости, в диапазоне от 20 кГц до 500Е4Ец. Ультразвуковые волны могут быть получены механическим, термическим, пьезоэлектрическим и другими методами. В_УЗ дефектоскопии металлов и сварных соединений чаще используется пьезоэлектрический способ получения ультразвука. Кварц, турмалин, сегнетова соль и др. кристаллы обладают пьезоэлектрическим эффектом. Сущность пьезоэлектрического эффекта состой i в том. что если из вышеперечисленных кристаллов определенным образом вырезать пластинку, то при сжатии пли растяжении этой пластинки на ее поверхности появляется электрический заряд: на одной стороне -положительный, на другой - отрицательный. Кристаллы шлифуют и покрывает металлом для равномерного распределения зарядов по их поверхности. Если мы будем изгибать подобную пластинку кристалла с определенной частотой (например, с частотой ультразвука), то вызовем чередование растягивавших и сжимающих напряжений не ее противоположных плоскостях и с них можно будет снимать переменное напряжение такой же частоты. Пьезоэффект обратим, т.е. если к пластине, вырезанной из кристалла, подвести переменное напряжение, то она начинает колебаться с частотой подводимого напряжения. Если частота подводимого напряжения выше 20 кЕц, то пластинка, колеблясь, будет излучать УЗ волны, причем их направление перпендикулярно поверхности, к которой подводится напряжение. Природные кристаллы в УЗ дефектоскопии из-за сложности обработки заменяется искусственными, изготовленными методом прессования и спекания, чаще всего из порошка титаната бария. Ультразвук распространяется в однородной среде в виде направленной волны, которая при больших частотах подчиняется законам световою луча. т.е. она отражается, преломляется на границе разнородных сред, испытывает влияние интерференции дифракции. Скорость прождения ультразвука в среда зависит от направления, по которому перемешаются элементы среди под действием волны. Если элемента перемещаются параллельно направлении распространения волны, то такая волна называется продольной. Если элементы перемещается в направлении, перпендикулярной распространению волны. то такая волна называется поперечной. Скорость распространения ультразвука в однородной среде — величина постоянная, причем скорость продольной волны во всех материалах примерно в два раза больше скорости поперечной (за исключением жидких. газообразных веществ, где поперечное волны отсутствуют). Например, в малоуглеродистых сталях скорость распространения продольной волны 6,1-10° см/сек, а поперечной - 3.3* 1 (У см/сек. Принцип выявления дефектов методам УЗ дефектоскопии основан на следующем. В контролируемое изделие посылается УЗ волна. Если на пути распространения УЗ волны буд\ i находиться дефекты (поры. трещины, непроварьк шлаковые включения и т.д.). го се направление изменится за счет преломления. отражения, рассеивания. Когда прибор зафиксирует это изменение, то присутствие дефекта будет обнаружено. Волны отражаются от дефекта только в той случае. если их длина соразмерим^ с дефектом. Следовательно, увеличение чувствительности метода требует применения волн возможно меньшей длины. Так как С ~ У где С - скорость распространения волны, м/сек; X - длина волны, мм; / - частота колебаний. мЕц, то увеличивая частоту колебаний (С= const), мы уменьшаем длину волны, т.е. повышаем чувствительность метода. Поскольку скорость поперечных волн вдвое меньше скорости продольных, то выгоднее работать на поперечных волнах, т.к. при той же частоте длина волны у них вдвое ниже, следовательно, чувствительность вдвое выше. Для передачи УЗ колебаний в исследуемом материале используется устройство, называемое преобразователем. Для пластинки из гитаната бария частота собственных колебаний пьезо шемента 2200 /•' = • к1 ц J где d - толщина пластинки, мм. Если к пьезоэлементу подвести частоту электрического поля, равную частоте ei о собственных колебаний, то наступает явление резонанса, сопровождаемое резким возрастанием амплитуды колебаний, что значительно увеличивает мощность излучаемых УЗ волн и улучшает возможности метода по чувствительности и глубине прозвучивания. Поэтому в комплект дефектоскопа входят несколько преобразователей. Каждый из них предназначен для работы на определенной частоте, равной частоте собственных колебаний его пьвзоэлемента. Существуют несколько способов выявления дефектов в металле ультразвуком. Наибольшее распространение получили:
I. При теневом методе прозвучивания используются 2 преобразователя, один из которых служит источником УЗ колебаний, другой - приемником. Преобразователи размещаются на двух противоположных поверхностях контролируемого изделия. В процессе контроля преобразователи перемещают вдоль и поперек контролируемой поверхности, не нарушая их взаимного расположения. Если в изделии дефектов нет, то на преобразователь-приемник попадает все время равное количество энергии ультразвука, которое вызывает в пластинке колебания и выдает сигнал постоянной мощности. Если между преобразователями на пути УЗ волны окажется дефект, то количество энергии, воспринимаемое преобразователем-приемником уменьшается за счет потерь на отражение, преломление и рассеивание волн. Прибор покажет меньший уровень сигнала, причем снижение его уровня будет пропорционально величине дефекта. Этот способ обладает большой чувствительностью, но имеет несколько существенных недостатков: 1. Работа двумя преобразователями требует высокой квалификации оператора. 2. Метод требует подготовки обеих поверхностей изделия к копт роли), что не всегда возможно. 3. При невозможности удобного доступа к изделию с двух сторон метод неприменим. П. При способе отражения (эхо-метод) используется один преобразователь, i.e. возможен контроль изделия при одностороннем доступе к его поверхности. В этом случае на преобразователь сигнал подается не непрерывно, как при методе сквозного прозучивания. а импульсами. В момент подачи импульса ультразвука, он работает как измеритель, а во время паузы - как приемник.  На рис.1 показана блок-схема дефектоскопа УДМ-1М, работающего в импульсном режиме.  Импульсный УД дефектоскоп работает по следующем) принципу. На кварцевую пластинку преобразователя от генератора высокой частоты в течение промежутка г. подается импульс тока, затем наступает пауза продолжительностью t. после чего следует очередной импульс, и так непрерывно (рис. 2). Импульсные колебания, встретившие на своем пути в металле дефект, отражаются от его поверхности и воспринимаются в период паузы кварцевой пластинкой тою же преобразователя-излучателя. Как видно из рис. 1 импульсный дефектоскоп состоит из следующих основных узлов: I -мультивибратор частоты посылок; 2 -генератор импульсов; 3- усилитель; 4 - генератор развертки; 5 - глубиномерное устройство; б - сигнализатор дефектов; 7 - электронно-лучевая трубка; 8 - преобразователь с пьезоэлементом. Мультивибратор частоты посылок I или задающий генератор вырабатывает синхронизированные импульсы для запуска генератора импульсов 2 и генератора развертки 4 . Частота мультивибратора частоты составляет 400-500 имп/сек. Генератор импульсов 2 вырабатывает кратковременные импульсы длительностью 1.5-2 мк/сек, которые возбуждают в пьезоэлементе 8 ультразвуковые колебания, т.к. пьезоэлемент 8. накладываемый на  расположения призматического преобразователя на сварном соединении. Используя отражение ультразвука от нижней поверхности изделия и перемещая щуп в направлении, перпендикулярном шву, можно проконтролировать весь шов от корня до усиления. Отразившись от дефекта УЗ сигнал вернется тем же путем на преобразователь, будет принят им в период паузы и через усилитель подан на электронно-лучевую трубку. 2. Применение наклонных преобразователей позволяет использовать при работе только поперечные волны. Так как скорость поперечной волны вдвое меньше, чем продольной, то. работая на той же частоте, мы вдвое увеличиваем чувствительность преобразователя. Рассмотрим подробнее случай перехода УЗ волны из одной твердой среды в другую, при наклонном падении ее на границу раздела. Пусть угол падения волны /?. В общем случае возникает при этом четыре волны (рис.5,а): а) две отрицательные (продольная Ve и поперечная Vs); б) две преломленные (продольная Ve и поперечная Vs); Ре, Ps~ углы падения: ае, я* ~ соответственно углы отражения (продольной и поперечной) и преломления (продольной и поперечной)волн. В методе УЗ дефектоскопии мы имеем дело лишь с преломленными волнами, поэтом) ограничимся их рассмотрением. По мере увеличения угла падения// - начиная с некоторого его значении ///. называемого первым критическим углом (рис. 5,б),продольные волны не будут проникать во вторую среду (ае =90°). При дальнейшем увеличении угла наступает момент, когда поперечная волна не передается во вторую среду (рис. 5.в), а скользит по ее поверхности (as =90°). Этот угол падения называется вторым критическим - /Ь. При углах падения ft . больших первого и меньших второго критического, во второй среде возникает лишь поперечная волна (fij < Р <�Р2). Для стали величина критических углов равна, соответственно. 30 и 61°. поэтом) конструкция призматических щупов обеспечивает вход ультразвука в изделие под углом от 30 до 61°. Отразившись от дефекта УЗ сигнал вернется тем же путем на преобразователь, будет принят им в период паузы и через усилитель подан на электронно-лучевую трубку. 2. Применение призматических преобразователей позволяет использовать при работе только поперечные волны. Так как скорость поперечной волны вдвое меньше, чем продольной, то, работая на той же частоте, мы вдвое увеличиваем чувствительность преобразователя. Рассмотрим подробнее случай перехода УЗ волны из одной твердой среды в другую, при наклонном падении ее на границу раздела. Пусть угол падения волны//. В общем случае возникает при этом четыре волны (рис.8.а): а) две отрицательные (продольная Ve и поперечная Vs): б) две преломленные (продольная Ve и поперечная Vs): Ре, Ps~ углы падения; д.е, as ~ соответственно углы отражения (продольной и поперечной) и преломления (продольной и поперечной)волн. В методе УЗ дефектоскопии мы имеем дело лишь с преломленными волнами, поэтому ограничимся их рассмотрением. По мере увеличения утла падения р . начиная с некоторого его значении Pi. называемого первым критическим утлом (рис. 5.б (.продольные волны не будут проникать во вторую сред) (ае =90°). При дальнейшем увеличении угла наступает момент, когда поперечная волна не передается во вторую среду (рис.5.в), а скользит по ее поверхности (as =90°). Этот угол падения называется вторым критическим - //_?. При углах падения fi . больших первого и меньших второго критического, во второй среде возникает лишь поперечная волна (Pi < Р "$2). Для стали величина критических углов равна, соответственно. 30 и 61°. поэтому конструкция призматических щупов обеспечивает вход ультразвука в изделие под углом от 30 до 61°. При работе по методу отражения необходимо помнить о существовании "мертвой" зоны -поверхностного слон металла, в котором дефекты не могут быть обнаружены. Причина существования "мертвой" зоны в том, что для улавливания эхо-сигналов преобразователем от дефекта необходимо, чтобы время, в течение которого ультразвук проходит путь от преобразователя до дефекта и. отражаясь, возвращается обратно, было больше, чем время г - длительность импульса (рис. 2). В противном случае, отраженный oi дефекта сигнал не принимается преобразователем, который работает еще в режиме излучателя Время связано с глубиной залегания дефекта: 2h ~ С где Л - глубина расположения дефекта; С - скорость ультразвука в контролируемой среде. Приравняв t к длительности импульса г. получим минимальную глубину мертвой зоны: и ■ «ппп = — 2 При работе с прямыми преобразователями глубина "мертвой" зоны колеблется от 3 до 8 мм, что зависит от частоты. При работе с призматическими преобразователями величина "мертвой" зоны приблизительно равна I мм. Дефектоскопы укомплектованы прямыми и призматическими преобразователями с углами ввода ультразвука 30. 40 и 50° (рис. 2).  Рис. . Отражение и преломление продольной волны на границе раздела двух твердых сред Комплект преобразователей позволяет выбирать для каждого случая необходимую схему прозвучивания (с использованием одного или двух преобразователей). Во всех преобразователях в качестве пьезоэлектрического преобразователя используются пластинки титаната бария. В качестве индикаторов дефектов применены электронно-лучевые трубки. Ряд дефектоскопов оснащен световым (эл. лампочка на головке преобразователя) и звуковым (динамик иди звонок) индикаторами. Чувствительность большинства дефектоскопов позволяем при работе на частоте 5 мГц выявлять дефект ы площадью 1 мм" на глубине до 100 мм . LLI. ХОДРЛЬОТЫ
и образцы для контроля.
IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
V. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
7. Каковы возможности УЗК дефектоскопии (чувствительность, глубина прозвучивання)? 8. Какие дефекты (по расположению относительно направление луча) не выявляются ультразвуковым контролем'? Литература
|
Похожие:
 |
Лабораторная работа 1 4 лабораторная работа 2 13 лабораторная работа... Интернете разнообразную информацию – описательную, графическую, картографическую и пр. При разработке сайтов необходимо уметь работать... |
 |
Лабораторная работа №9 59 Лабораторная работа №10 72 Лабораторная... Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по мдк. 03. 01. «Техническое обслуживание и ремонт компьютерных систем и комплексов»... |
|
Методические указания для студентов по выполнению лабораторных работ... Лабораторная работа 4, 5 Исследование регистров, счетчиков и дешифраторов Лабораторная работа 6, 7 Исследование генератора псевдослучайной... |
|
Лабораторная работа №10. Изучение принципа действия и функциональной... Лабораторная работа № Изучение принципов построения системы автоматической подстройки частоты (апч) радиолокационной станции |
|
Лабораторная работа №1 «Создание общих ресурсов и управление ими» Лабораторная работа №6-7 «Изучение типов серверов, их настройка и конфигурирование» |
|
Лабораторная работа № Лабораторная работа №1. Изучение основных возможностей программного продукта Яндекс. Сервер. Установка окружения, установка и настройка... |
|
Лабораторная работа №27 Лабораторная работа №28 Контрольные работы... Пм «Сборка монтаж (демонтаж) элементов судовых конструкций, корпусов, устройств и систем металлических судов» |
|
Лабораторная работа №9 Данная лабораторная работа оформляется в виде файла word с расширением файла docx или doc и прикрепляется в виде ссылки на файл к... |
|
Лабораторная работа 2 12 лабораторная работа 3 17 лабораторная работа... «Проектирование систем реального времени» для студентов специальности 09. 05. 01 «Применение и эксплуатация автоматизированных систем... |
|
Лабораторная работа «Построение контуров изображения с использованием... Ивших на уроках математики понятие о математических кривых и графиках функций. Данная лабораторная работа может быть использована... |
|
Практическая работа Содержание Лабораторная работа: Оценка программно-аппаратных средств при переходе на Windows Vista 3 |
|
Лабораторная работа №2. Расчет матрицы a инерционных коэффициентов... Лабораторная работа №3. Расчет матриц Якоби (С7, D7j) исполнительного механизма космического манипуляционного робота 9 |
|
Лабораторная работа №1 «Применение средств операционных систем и... |
|
Лабораторная работа №1 «Применение средств операционных систем и... |
|
Контрольная работа №1 по теме «Организм. Молекулярный уровень» Лабораторная работа №2 «Изучение клеток и тканей растений и животных на готовых микропрепаратах» |
|
Лабораторная работа Изучение принципов функционирования простейшей микроэвм и процессора Лабораторная работа Изучение принципов функционирования простейшей микроэвм и процессора I8085A при реализации программы |