RU2405139C2

RU2405139C2 - Sensor for ultrasonic inspection of articles having irregular shape and method to this end

Info

Publication number: RU2405139C2
Application number: RU2008116355/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Добрейцин (RU); Евгений Борисович Добрейцин; Риф Рафаэлович Динисламов (RU); Риф Рафаэлович Динисламов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Уралвагонзавод" имени Ф.Э. Дзержинского"
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2010-11-27
Also published as: RU2008116355A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: high-frequency pulses are transmitted to an article using a sensor installed on the lubricated surface of the article, bottom pulses reflected from the article are received, thickness of the wall of the article is determined from the difference between delays of neighbouring bottom pulses, wherein a sensor with a local bath and an elastic protector in form of a spherical cap whose radius is less than the radius of curvature of the inspected part of the article are used. The sensor is aligned in space such that two or more bottom pulses can be received. Thickness of the wall is determined when the second pulse assumes a maximum value.

EFFECT: possibility of checking thickness of articles having an irregular shape with concave rough surfaces, detection of casting defects in the articles.

3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля толщины стенки изделий сложной формы, например, фасонных отливок с вогнутыми необработанными поверхностями.The invention relates to non-destructive testing devices and can be used to control the wall thickness of products of complex shape, for example, shaped castings with concave untreated surfaces.

Известно устройство - локально-иммерсионный струйный ультразвуковой преобразователь, содержащий пьезопреобразователь, локальную иммерсионную ванну (см. а. св. №1385059, опубликованное в Б. №12, 1988 г.) - принято за прототип.A device is known - a local immersion jet ultrasonic transducer containing a piezoelectric transducer, a local immersion bath (see A. St. No. 1385059, published in B. No. 12, 1988) - adopted as a prototype.

Однако известное устройство предназначено для контроля толщины только простых изделий с ровными прямыми поверхностями.However, the known device is intended to control the thickness of only simple products with smooth straight surfaces.

Это же устройство предназначено для неразрушающего контроля толщины изделия ультразвуковым эхо-методом, заключающимся в подаче высокочастотных импульсов через локально-иммерсионную ванну и восприятие отраженных импульсов (прототип тот же).The same device is designed for non-destructive testing of the product thickness by ultrasonic echo method, which consists in the supply of high-frequency pulses through a local immersion bath and the perception of reflected pulses (the prototype is the same).

Недостатком этого способа является то, что невозможно точно определить толщину изделия сложной формы, например, фасонной отливки с вогнутыми необработанными поверхностями.The disadvantage of this method is that it is impossible to accurately determine the thickness of the product of complex shape, for example, shaped castings with concave untreated surfaces.

В настоящее время, когда особенно повышены требования к ответственным литым деталям ж-д подвижного состава, таким как боковые рамы тележки вагона, уделяется большое внимание их контролю.At present, when the requirements for responsible cast parts for railway rolling stock, such as the side frames of the carriage carriage, are especially increased, much attention is paid to their control.

Поэтому задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности контроля толщины изделий сложной формы, например, отливок, имеющих вогнутые необработанные поверхности: углы, радиусные переходы, углубления (ремонтные выборки), в том числе и непараллельные поверхности стенок, а также обеспечение контроля литейных дефектов в стенках изделия.Therefore, the objective of the invention is to provide the ability to control the thickness of products of complex shape, for example, castings having concave untreated surfaces: corners, radius transitions, recesses (repair samples), including non-parallel surfaces of the walls, as well as monitoring casting defects in the walls of the product .

При этом достигается следующий технический результат: возможность контроля толщины изделий сложной формы, таких как боковая рама тележки ж-д подвижного состава с вогнутыми необработанными поверхностями после литья, а также обнаружение дефектов литья.This achieves the following technical result: the ability to control the thickness of products of complex shape, such as the side frame of the trolley of railway rolling stock with concave untreated surfaces after casting, as well as the detection of casting defects.

Для достижения вышеуказанного результата, предлагается датчик для ультразвукового контроля изделий сложной формы, содержащий пьезопреобразователь, локальную иммерсионную ванну, эластичный протектор, выполненный в виде резинового колпачка со сферической контактной поверхностью, радиус которой меньше радиуса кривизны поверхности контролируемого участка изделия, при этом в качестве иммерсионной жидкости используют глицерин, а резина колпачка имеет волновое сопротивление, близкое к волновому сопротивлению глицерина.To achieve the above result, we propose a sensor for ultrasonic testing of complex-shaped products containing a piezoelectric transducer, a local immersion bath, an elastic protector made in the form of a rubber cap with a spherical contact surface, the radius of which is less than the radius of curvature of the surface of the controlled section of the product, while as an immersion liquid use glycerin, and the rubber of the cap has a wave impedance close to that of glycerol.

Отличительными признаками предлагаемого датчика для ультразвукового контроля изделий сложной формы являются: наличие эластичного протектора, выполненного в виде резинового колпачка со сферической контактной поверхностью, радиус которой меньше радиуса кривизны поверхности контролируемого участка изделия, при этом в качестве иммерсионной жидкости используют глицерин, а резина колпачка имеет волновое сопротивление, близкое к волновому сопротивлению глицерина.Distinctive features of the proposed sensor for ultrasonic testing of products of complex shape are: the presence of an elastic tread made in the form of a rubber cap with a spherical contact surface, the radius of which is less than the radius of curvature of the surface of the controlled section of the product, while glycerin is used as the immersion liquid, and the cap rubber has wave resistance close to the wave resistance of glycerin.

Для достижения технического результата предлагается способ ультразвукового контроля изделий сложной формы, заключающийся в подаче высокочастотных импульсов через локальную иммерсионную ванну и восприятии отраженных импульсов с помощью датчика для ультразвукового контроля, сориентированного на получение двух или более донных эхо-импульсов, и определении толщины стенки контролируемого участка изделия по разности задержек соседних донных импульсов в момент достижения вторым импульсом максимальной высоты.To achieve a technical result, a method for ultrasonic testing of products of complex shape is proposed, which consists in delivering high-frequency pulses through a local immersion bath and perceiving reflected pulses using a sensor for ultrasonic testing, oriented to receive two or more bottom echo pulses, and determining the wall thickness of the controlled section of the product by the difference in the delays of adjacent bottom pulses at the moment the second pulse reaches its maximum height.

Отличительным признаком предлагаемого способа является то, что с помощью заявленного датчика, сориентированного на получение двух или более донных эхо-импульсов, определяют толщину стенки контролируемого участка изделия по разности задержек соседних донных импульсов в момент достижения вторым донным импульсом максимальной высоты.A distinctive feature of the proposed method is that using the claimed sensor, oriented to receive two or more bottom echo pulses, determine the wall thickness of the monitored section of the product by the delay difference of adjacent bottom pulses at the moment the second bottom pulse reaches its maximum height.

Заявленные изобретения имеют отличия от наиболее близких аналогов, следовательно, они удовлетворяют условию патентоспособности «новизна».The claimed invention have differences from the closest analogues, therefore, they satisfy the condition of patentability "novelty."

Анализ уровня техники в этой области показал, что признаки, отличающие заявляемые решения, не были выявлены, что удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень».The analysis of the prior art in this area showed that the features that distinguish the claimed solutions were not identified, which meets the condition of patentability "inventive step".

Заявляемые решения связаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, только с помощью заявляемого датчика для ультразвукового контроля можно осуществить контроль толщины стенок и обнаружить дефекты литья в сложных изделиях с вогнутыми необработанными поверхностями, например, в боковых рамах железнодорожных тележек.The claimed solutions are so connected that they form a single inventive concept. Indeed, only with the help of the inventive sensor for ultrasonic testing, it is possible to control the wall thickness and detect casting defects in complex products with concave untreated surfaces, for example, in the side frames of railway carts.

Предлагаемое изобретение поясняются примером выполнения и иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 - общий вид, на фиг.2 - датчик для ультразвукового контроля, на фиг.3 - вид экрана дефектоскопа при измерении толщины стенки.The invention is illustrated by an example of execution and illustrated by drawings, where in Fig. 1 is a general view, in Fig. 2 is a sensor for ultrasonic testing, in Fig. 3 is a screen view of a flaw detector when measuring wall thickness.

Заявляемый способ ультразвукового контроля изделий с вогнутыми поверхностями осуществляют с помощью датчика, содержащего пьезопреобразователь 1, локальную иммерсионную ванну 2, закрепленный на ней с помощью прижимного кольца 3 и гайки 4 эластичный протектор 5, выполненный в виде резинового колпачка со сферической контактной поверхностью 6, при этом ее радиус меньше радиуса кривизны поверхности контролируемого участка. В качестве иммерсионной жидкости используют глицерин, а резину для колпачка выбирают так, что ее волновое сопротивление близко к волновому сопротивлению глицерина.The inventive method for ultrasonic testing of products with concave surfaces is carried out using a sensor containing a piezoelectric transducer 1, a local immersion bath 2, mounted on it with a pressure ring 3 and nut 4, an elastic tread 5 made in the form of a rubber cap with a spherical contact surface 6, while its radius is less than the radius of curvature of the surface of the controlled area. Glycerin is used as the immersion liquid, and the rubber for the cap is chosen so that its wave resistance is close to the wave resistance of glycerol.

Пример: Для контроля толщины вогнутой стенки литой детали устанавливают датчик на смазанной поверхности в зоне контроля, показано как на фиг.1. На пьезопреобразователь 1 поступают электрические импульсы с дефектоскопа, оттуда в виде импульсов УЗК распространяются в иммерсионной ванне 2, через эластичный протектор 5 и смазку проникают в контролируемое изделие. Благодаря сферической форме требуемого радиуса кривизны эластичного протектора создается хороший акустический контакт на смазанной необработанной вогнутой поверхности контролируемого изделия и возможность ориентирования датчика в пространстве под любым углом. Ориентируют датчик для получения двух (или более) донных импульсов, добиваясь максимума высоты второго донного. Это значит, что центральный луч УЗ-пучка ориентирован перпендикулярно внутренней поверхности стенки изделия, и импульсы УЗК пробегают по кратчайшему пути, наиболее близкому удвоенной толщине стенки. В этот момент измеряют разность задержек двух соседних донных импульсов, которая зависит только от толщины стенки и скорости УЗК в материале изделия и не зависит от смещения эластичного протектора при прижатии датчика и колебаний толщины слоя смазки. Таким образом, исключаются наиболее значительные источники погрешностей и обеспечивается высокая точность измерения толщины стенок изделий сложной формы, не требуется никаких приспособлений для позиционирования и ориентирования датчика на контролируемой поверхности. Использование глицерина в качестве иммерсионной жидкости повышает чувствительность контроля, поскольку коэффициент преломления пары «металл - глицерин» ниже, чем «металл - вода», и за счет этого уменьшается избыточная фокусировка (перефокусировка) ультразвукового пучка. С другой стороны, близость волновых сопротивлений глицерина и резины для протектора (тем более при подборе соответствующей жесткости резины) существенно повышает коэффициент прозрачности перехода «жидкость - резина - смазка - металл».Example: To control the thickness of the concave wall of the cast part, a sensor is mounted on a lubricated surface in the control zone, as shown in Fig. 1. Piezoelectric transducer 1 receives electric impulses from a flaw detector, from there they are distributed as ultrasonic pulses in an immersion bath 2, through an elastic protector 5 and lubricant penetrate into the controlled product. Due to the spherical shape of the required radius of curvature of the elastic tread, a good acoustic contact is created on the lubricated untreated concave surface of the controlled product and the ability to orient the sensor in space at any angle. Orient the sensor to obtain two (or more) bottom pulses, achieving a maximum height of the second bottom. This means that the central beam of the ultrasound beam is oriented perpendicular to the inner surface of the product wall, and the ultrasonic pulses travel along the shortest path closest to twice the wall thickness. At this moment, the difference in the delays of two adjacent bottom pulses is measured, which depends only on the wall thickness and ultrasonic testing speed in the product material and does not depend on the displacement of the elastic tread when the sensor is pressed and the thickness of the lubricant layer is fluctuated. Thus, the most significant sources of errors are eliminated and high accuracy of measuring the wall thickness of products of complex shape is ensured, no devices are required for positioning and orienting the sensor on a controlled surface. The use of glycerol as an immersion liquid increases the sensitivity of the control, since the refractive index of the metal-glycerin pair is lower than the metal-water pair, and due to this, the excessive focusing (refocusing) of the ultrasonic beam is reduced. On the other hand, the proximity of the wave impedances of glycerol and rubber for the tread (especially when choosing the appropriate rubber hardness) significantly increases the transparency coefficient of the transition "liquid - rubber - lubricant - metal".

Применение предлагаемого датчика позволяет проводить ультразвуковую толщинометрию и дефектоскопию деталей сложной формы, в частности, литых деталей, имеющих вогнутые необработанные поверхности, без применения сложных механических систем с помощью серийной переносной аппаратуры в любых условиях.The use of the proposed sensor allows ultrasonic thickness measurement and flaw detection of parts of complex shape, in particular, molded parts having concave untreated surfaces, without the use of complex mechanical systems using serial portable equipment in any conditions.

Claims

The method of ultrasonic testing of products of complex shape, which consists in applying high-frequency pulses to the product using a sensor installed on the lubricated surface of the product, perceiving the bottom pulses reflected in the product, determining the wall thickness of the product from the delay difference of adjacent bottom pulses, characterized in that they use a sensor with a local a bathtub and an elastic protector in the form of a spherical cap, the radius of which is less than the radius of curvature of the controlled section of the product, orient it in space on Acquiring two or more pulses bottom, and the wall thickness is determined at the instant of the second pulse maximum.