RU2117940C1

RU2117940C1 - Process of acoustic inspection of thin-walled articles and device for its implementation

Info

Publication number: RU2117940C1
Application number: RU96104306A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: nondestructive testing of thin- walled articles. SUBSTANCE: pulses of free elastic vibrations are excited in tested section of article, local zones of tested section are loaded acoustically, other vibrations are received and their frequencies are measured. Two measurements are conducted in sequence for each local zone: one without loading of zone and the other one with fixing of local zone in plane of article. Presence and location of defects are judged by sudden change of results in first and second measurements. Device for implementation of process has impact unit, detector of elastic vibrations and element of acoustic loading of local zone presenting hold circuit of local zone in plane of article manufactured in the form of permanent magnet placed on outer surface of article and ferromagnetic washer located in zone of magnet on inner surface of article. EFFECT: increased inspection sensitivity, enhanced productivity of inspection and diminished probability of damage to structure during inspection. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытаниям и измерениям и может быть использовано для неразрушающего контроля тонкостенных изделий, например, листов проката. The invention relates to tests and measurements and can be used for non-destructive testing of thin-walled products, for example, rolled sheets.

Известен способ акустического контроля тонкостенных изделий, заключающийся в том, что в контролируемом участке изделия возбуждают упругие колебания с изменяющейся частотой, принимают упругие колебания и регистрируют значение частоты резонансных колебаний, по отклонению которого от паспортного значения судят о наличие дефекта (см. а.с. СССР N 690378, кл. G 01 N 29/04, 1977 г.) [1]. There is a method of acoustic control of thin-walled products, which consists in the fact that in the controlled area of the product, elastic vibrations are excited with a varying frequency, elastic vibrations are received and the frequency of the resonant vibrations is recorded, the deviation of which from the passport value judges the presence of a defect (see.with. USSR N 690378, class G 01 N 29/04, 1977) [1].

Недостатком известного способа является значительная трудоемкость, обусловленная необходимостью определения для каждого неповрежденного изделия паспортных значений резонансных частот колебаний его участков до эксплуатации и в процессе эксплуатации. The disadvantage of this method is the significant complexity, due to the need to determine for each undamaged product the passport values of the resonant frequencies of oscillations of its sections before operation and during operation.

Известен также способ акустического контроля тонкостенных изделий, заключающийся в том, что в контролируемом участке изделия возбуждают импульсы свободных упругих колебаний, принимают упругие колебания и измеряют их частоту, по которой судят о дефектности контролируемого участка (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник / Под ред. В.В. Клюева. -М. : Машиностроение, 1976, т. 2, с. 271 [2]. Недостатком данного способа является низкая чувствительность контроля и малая производительность, обусловленная необходимостью анализа полученного спектра частот. There is also a method of acoustic control of thin-walled products, which consists in the fact that in the controlled area of the product, pulses of free elastic vibrations are excited, elastic vibrations are received and their frequency is measured, which is used to judge the defectiveness of the controlled area (Devices for non-destructive testing of materials and products: Reference / Under Edited by VV Klyuev. -M.: Mechanical Engineering, 1976, v. 2, p. 271 [2]. The disadvantage of this method is the low sensitivity of control and low productivity, due to the need for liza of the received frequency spectrum.

Известно устройство для акустического контроля тонкостенных изделий, содержащее ударное устройство для возбуждения импульсов свободных упругих колебаний в изделии и приемник упругих колебаний, установленный на поверхности изделия и подключенный к измерителю частоты [2]. A device for acoustic control of thin-walled products, containing a percussion device for exciting pulses of free elastic vibrations in the product and a receiver of elastic vibrations mounted on the surface of the product and connected to a frequency meter [2].

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и малая производительность контроля. The disadvantage of this device is the low sensitivity and low control performance.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ акустического контроля тонкостенных изделий, заключающийся в том, что в контролируемом участке изделия возбуждают импульсы свободных упругих колебаний, последовательно акустически нагружают локальные зоны контролируемого участка, принимают упругие колебания и снимают зависимость изменения частоты принимаемых колебаний от местоположения нагруженной зоны, по которой судят о контролируемом параметре (а.с. СССР N 1024829, кл. G 01 N 29/04, 1982) [3], принятый за прототип. The closest method of the same purpose to the claimed method in the group of inventions by the totality of features is the method of acoustic control of thin-walled products, which consists in the fact that in the controlled area of the product excite pulses of free elastic vibrations, sequentially acoustically load the local areas of the controlled area, take elastic vibrations and remove the dependence of the change in the frequency of received oscillations on the location of the loaded zone, according to which a controlled parameter is judged (a.c . USSR N 1024829, class G 01 N 29/04, 1982) [3], adopted as a prototype.

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков, препятствующих достижению указанного ниже технического результата при использовании способа. Во-первых, это низкая чувствительность контроля, обусловленная незначительным изменением фиксируемых частот при изменении местоположения присоединенной массы (акустической нагрузки), принципиальным отсутствием скачкообразного изменения частоты при смещении присоединенной массы непосредственно в зоне дефекта, значительным расстоянием от места нагружения локальных зон до постоянного места приема упругих колебаний, которое должно быть постоянным для обеспечения возможности анализа снятой частотной зависимости. Во-вторых, это низкая производительность контроля, обусловленная необходимостью снятия полной зависимости всего спектра частот и его последующего анализа для суждения о местоположении дефекта, характере трещины и т.п. В-третьих, это значительная вероятность повреждения нагруженной исследуемой конструкции в процессе контроля. However, this method has a number of significant disadvantages that impede the achievement of the following technical result when using the method. Firstly, this is a low sensitivity of control, due to a slight change in the fixed frequencies when the location of the attached mass (acoustic load) changes, the fundamental absence of a frequency jump when the attached mass is displaced directly in the defect zone, a significant distance from the place of loading of the local zones to a constant place of reception of elastic oscillations, which should be constant to enable analysis of the removed frequency dependence. Secondly, this is a low monitoring performance, due to the need to remove the full dependence of the entire frequency spectrum and its subsequent analysis to judge the location of the defect, the nature of the crack, etc. Thirdly, this is a significant probability of damage to the loaded test structure in the control process.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является устройство для акустического контроля тонкостенных изделий, содержащее ударное устройство для возбуждения импульсов свободных упругих колебаний в контролируемом изделии, элемент акустической нагрузки локальной зоны в виде размещенной на поверхности изделия присоединенной массы, и приемник упругих колебаний, установленный на поверхности изделия и подключенный к измерителю частоты (см. [3]) принятое за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed device in the group of inventions according to the totality of features is a device for acoustic control of thin-walled products, containing a percussion device for exciting pulses of free elastic vibrations in the controlled product, an acoustic load element of the local zone in the form of an attached mass placed on the surface of the product, and a receiver of elastic vibrations mounted on the surface of the product and connected to a frequency meter (see [3]) taken as prot otip.

Недостатком данного устройства, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании устройства, является низкая чувствительность и малая производительность контроля. The disadvantage of this device that impedes the achievement of the technical result indicated below when using the device is its low sensitivity and low control performance.

Сущность изобретения заключается в том, что последовательно жестко фиксируют локальные зоны контролируемого изделия и в случае наличия в соответствующей локальной зоне дефекта регистрируют скачкообразное изменение частоты свободных упругих колебаний. The essence of the invention lies in the fact that sequentially rigidly fix the local zones of the controlled product and if there is a defect in the corresponding local zone, an abrupt change in the frequency of free elastic vibrations is recorded.

Технический результат - повышение чувствительности контроля, увеличение его производительности и уменьшение вероятности повреждения конструкции во время контроля. The technical result is an increase in the sensitivity of control, an increase in its productivity and a decrease in the likelihood of structural damage during control.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается тем, что в известном способе акустического контроля тонкостенных изделий в контролируемом участке изделия возбуждают импульсы свободных упругих колебаний, последовательно акустически нагружают локальные зоны контролируемого участка, принимают упругие колебания и измеряют их частоту, по которой судят о дефектности контролируемого участка. The specified single technical result in the implementation of the group of inventions on the object-method is achieved by the fact that in the known method of acoustic control of thin-walled products in a controlled area of the product, pulses of free elastic vibrations are excited, sequentially acoustically load the local zones of the controlled area, take elastic vibrations and measure their frequency, by which is judged on the defectiveness of the controlled area.

Особенность способа заключается в том, что для каждой локальной зоны контролируемого участка последовательно производят по два измерения, первое из которых - без нагружения локальной зоны, а второе - при фиксации локальной зоны в плоскости изделия, принимая упругие колебания и измеряя их в максимально возможной близости от данной локальной зоны, при этом о наличии дефектов и их местоположению судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением результатов в первом и втором измерениях. The peculiarity of the method lies in the fact that for each local zone of the controlled area, two measurements are successively performed, the first of which is without loading the local zone, and the second when fixing the local zone in the plane of the product, taking elastic vibrations and measuring them as close as possible to given local zone, while the presence of defects and their location are judged by the presence and location of local zones, characterized by an abrupt change in the results in the first and second dimensions.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству достигается тем, что в известном устройстве для акустического контроля тонкостенных изделий содержится устройство для возбуждения импульсов свободных упругих колебаний в контролируемом изделии, элемент акустической нагрузки локальной зоны контролируемого участка и приемник упругих колебаний, установленный на поверхности изделия и подключенный к измерителю частоты. The specified single technical result in the implementation of the group of inventions on the object-device is achieved by the fact that the known device for acoustic control of thin-walled products contains a device for exciting pulses of free elastic vibrations in a controlled product, an acoustic load element of the local zone of the controlled area and an elastic vibration receiver mounted on surface of the product and connected to a frequency meter.

Особенность устройства заключается в том, что элемент акустической нагрузки представляет собой фиксатор локальной зоны в плоскости изделия, выполненный в виде постоянного магнита, размещенного на внешней поверхности изделия, и ферромагнитной шайбы, размещенной в зоне магнита на внутренней поверхности изделия. A feature of the device is that the acoustic load element is a local area clamp in the product plane, made in the form of a permanent magnet placed on the outer surface of the product, and a ferromagnetic washer placed in the magnet zone on the inner surface of the product.

На чертежах представлено устройство в заявленной группе изобретений, где на фиг. 1 схематично изображено устройство для акустического контроля, поперечный разрез; на фиг. 2 - примерный вид на контролируемый участок изделия, поясняющий процесс контроля известным и предлагаемым способами. The drawings show a device in the claimed group of inventions, where in FIG. 1 schematically shows a device for acoustic control, a cross section; in FIG. 2 is an exemplary view of a controlled area of the product, explaining the control process by known and proposed methods.

Устройство для акустического контроля тонкостенных изделий содержит ударное устройство 1 (фиг. 1) с бойком для периодического возбуждения импульсов свободных упругих колебаний контролируемого участка изделия 2, приемник 3 упругих колебаний (например, пьезоэлектрический акселерометр), установленный на поверхности изделия 2 и подключенный к частотомеру 4, а также элемент нагрузки локальной зоны контролируемого участка, представляющий собой фиксатор локальной зоны в плоскости изделия 2, выполненный в виде постоянного магнита 5 с рукояткой для перемещения, размещенного на внешней поверхности изделия 2, и ферромагнитной шайбы 6, размещенной в зоне магнита 5 на внутренней поверхности изделия 2. The device for acoustic control of thin-walled products contains a percussion device 1 (Fig. 1) with a striker for periodically exciting pulses of free elastic vibrations of the controlled area of the product 2, a receiver 3 of elastic vibrations (for example, a piezoelectric accelerometer) mounted on the surface of the product 2 and connected to the frequency counter 4 , as well as the load element of the local zone of the controlled area, which is a latch of the local zone in the plane of the product 2, made in the form of a permanent magnet 5 with a handle d For movement, located on the outer surface of the product 2, and a ferromagnetic washer 6, located in the zone of the magnet 5 on the inner surface of the product 2.

Предлагаемый способ акустического контроля осуществляют следующим образом. С помощью ударного устройства 1 в контролируемом участке изделия 2 возбуждают импульсы свободных упругих колебаний, принимают упругие колебания приемником 3 и измеряют их частоту частотомером 4. При этом для каждой локальной зоны контролируемого участка последовательно производят по два измерения, первое из которых - без нагружения локальной зоны, а второе - при акустическом нагружении локальной зоны путем ее фиксации в плоскости изделия с помощью магнита 5 и ферромагнитной шайбы 6, принимая упругие колебания и измеряя их в максимально возможной близости от данной локальной зоны. О наличие дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением результатов в первом и втором измерениях. The proposed method of acoustic control is as follows. Using a percussion device 1, pulses of free elastic vibrations are excited in a controlled area of the product 2, elastic waves are received by the receiver 3 and their frequency is measured by a frequency meter 4. In this case, two measurements are made for each local area of the controlled area, the first of which is without loading the local zone and the second - during the acoustic loading of the local zone by fixing it in the product plane using magnet 5 and a ferromagnetic washer 6, taking elastic vibrations and measuring them at the maximum possible proximity to this local area. The presence of defects and their location is judged by the presence and location of local zones, characterized by an abrupt change in the results in the first and second dimensions.

Поясним принцип контроля известным, принятым за прототип способом [3] и предлагаемым способом с помощью схемы на фиг. 2. На данной схеме волнистой кривой линией показана трещина в изделии 2, элементы без штриховки соответствуют реализации известного способа, элементы со штриховкой - предлагаемого способа, квадратиком показан приемник упругих колебаний 3, кружком - элемент акустической нагрузки 5, 6 (в известном способе - это присоединенная масса, а в предлагаемом - фиксатор в виде магнита 5 и ферромагнитной шайбы 6). Например, при трех последовательных измерениях известным способом (I, II, III) приемник упругих колебаний 3 находится в одном постоянном положении, а присоединенная масса последовательно в трех различных положениях. Очевидно, что при трех таких измерениях изменения частоты, фиксируемые приемником, незначительны (приемник не может быть близко расположен к присоединенной массе во всех измерениях, присоединение массы мало влияет на частоту и эта зависимость практически не зависит от дефекта), что предельно уменьшает чувствительность известного способа и затрудняет анализ результатов измерения. При реализации предлагаемого способа производят, например, последовательно три серии по два измерения в каждой. В первом измерении первой серии приемник находится в положении I (квадратик со штриховкой), а фиксатора I вообще нет, во втором измерении фиксатор I (кружок со штриховкой) установлен в показанное на фиг. 2 положение, для чего перемещают магнит 5 по внешней поверхности изделия 2, а шайба 6 сама смещается за магнитом по внутренней поверхности изделия 2. Очевидно, что частоты, фиксируемые приемником при двух данных измерениях первой серии, практически не отличаются. Тот же результат будет и при двух измерениях второй серии (квадратик II и кружок II со штриховкой). Однако в третьей серии при втором измерении фиксатор III попал на трещину и зажал ее, что привело к скачкообразному изменению частоты, зафиксированной приемником III в первом и втором измерениях, при этом координаты точки расположения фиксатора III в третьей серии во втором измерении фиксируются, а результаты измерений в двух предыдущих сериях из рассмотрения исключаются. Совокупность таких координат в каждой серии из двух измерений, характеризующихся скачкообразным изменением частоты, зафиксированной приемником, и даст в итоге геометрические параметры трещины. Let us explain the control principle in a known manner adopted for the prototype method [3] and the proposed method using the circuit in FIG. 2. In this diagram, a wavy curve shows a crack in the product 2, the elements without hatching correspond to the implementation of the known method, the elements with hatching correspond to the proposed method, the square shows the receiver of elastic vibrations 3, the circle represents the acoustic load element 5, 6 (in the known method, this the attached mass, and in the proposed lock in the form of a magnet 5 and a ferromagnetic washer 6). For example, in three consecutive measurements in a known manner (I, II, III), the elastic oscillation receiver 3 is in one constant position, and the attached mass is sequentially in three different positions. Obviously, in three such measurements, the frequency changes recorded by the receiver are insignificant (the receiver cannot be close to the connected mass in all measurements, the mass connection has little effect on the frequency and this dependence is practically independent of the defect), which ultimately reduces the sensitivity of the known method and makes it difficult to analyze the measurement results. When implementing the proposed method, for example, three series are sequentially produced with two measurements in each. In the first dimension of the first series, the receiver is in position I (square with hatching), but there is no latch I at all, in the second dimension, the latch I (circle with hatching) is installed in the one shown in FIG. 2 is the position for which the magnet 5 is moved along the outer surface of the product 2, and the washer 6 itself is displaced behind the magnet along the inner surface of the product 2. Obviously, the frequencies recorded by the receiver during these two measurements of the first series practically do not differ. The same result will be with two measurements of the second series (box II and circle II with hatching). However, in the third series, in the second measurement, the latch III hit the crack and clamped it, which led to an abrupt change in the frequency recorded by receiver III in the first and second measurements, while the coordinates of the location point of the latch III in the third series in the second measurement are fixed, and the measurement results in two previous episodes are excluded from consideration. The totality of such coordinates in each series of two measurements, characterized by an abrupt change in the frequency recorded by the receiver, will give the geometrical parameters of the crack as a result.

Очевидно, что предлагаемые способ и устройство характеризуются предельно высокой чувствительностью, т. к. во первых здесь фиксируются не все подряд измерения, а только сопровождающиеся скачком частоты, во вторых - перемещения фиксатора, в отличие от смещения присоединенной массы, в случае попадания на трещину вызывают скачкообразное изменение частоты, в третьих - при парных измерениях по данному принципу приемник колебаний может располагаться не строго в одном заданном положении, а при каждой серии измерений устанавливаться по возможности предельно близко к локальной зоне, то есть к фиксатору. Способ характеризуется высокой производительностью, т.к. здесь нет необходимости проведения значительной серии измерений и последующего анализа всего частотного спектра. Достаточно сразу в процессе измерения фиксировать координаты магнита с шайбой в момент скачка частоты, что соответствует координате трещины. Согласно принципу реализации предлагаемого способа здесь не увеличивают механические нагрузки на изделие при возбуждении упругих колебаний и нагружении дополнительной массой, как в известном способе, а наоборот - фиксируют трещину, предотвращая ее расширение в процессе колебаний, что уменьшает вероятность повреждения конструкции в процессе контроля. It is obvious that the proposed method and device are characterized by extremely high sensitivity, because firstly, not all measurements are recorded here, but only accompanied by a frequency jump, secondly, the displacement of the clamp, in contrast to the displacement of the attached mass, in the event of contact with a crack an abrupt change in frequency, thirdly, in paired measurements according to this principle, the oscillation receiver can be located not strictly in one predetermined position, and with each series of measurements it can be installed as possible ti extremely close to the local area, i.e. the retainer. The method is characterized by high performance, because there is no need for a significant series of measurements and subsequent analysis of the entire frequency spectrum. It is enough to fix the coordinates of the magnet with the washer immediately at the time of the frequency jump during the measurement, which corresponds to the coordinate of the crack. According to the principle of implementation of the proposed method, mechanical loads on the product are not increased when elastic vibrations are excited and additional mass is loaded, as in the known method, but on the contrary, a crack is fixed, preventing its expansion during oscillations, which reduces the likelihood of structural damage in the control process.

1. SU, авторское свидетельство N 690378, G 01 N 29/04, 1977. 1. SU, copyright certificate N 690378, G 01 N 29/04, 1977.

2. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник / Под. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1976, т. 2, с. 271. 2. Devices for non-destructive testing of materials and products: Handbook / Under. ed. V.V. Klyueva. M .: Engineering, 1976, v. 2, p. 271.

3. SU, авторское свидетельство N 1024829, G 01 N 29/04, 1982. 3. SU, copyright certificate N 1024829, G 01 N 29/04, 1982.

Claims

1. The method of acoustic control of thin-walled products, which consists in the fact that in the controlled area of the product excite pulses of free elastic vibrations, sequentially acoustically load the local areas of the controlled area, take elastic vibrations and measure their frequency, which is used to judge the defectiveness of the controlled area, characterized in that for each local zone of the monitored area, two measurements are successively performed, the first of which is without loading the local zone, and the second when fixing the local zone in the plane of the product, taking elastic vibrations and measuring them as close as possible to this local zone, while the presence of defects and their location are judged by the presence and location of local zones, characterized by an abrupt change in the results in the first and second measurements.

2. A device for the acoustic control of thin-walled products, containing a percussion device for exciting pulses of free elastic vibrations in the controlled product, an acoustic load element of the local area of the controlled area and an elastic vibration receiver mounted on the surface of the product and connected to a frequency meter, characterized in that the acoustic element load is a clamp of the local zone in the plane of the product, made in the form of a permanent magnet placed on the outer surface These products, and a ferromagnetic washer located in the magnet zone on the inner surface of the product.