RU2812181C1 - Способ ультразвукового неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики на наличие дефектов - Google Patents
Способ ультразвукового неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики на наличие дефектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812181C1 RU2812181C1 RU2023109271A RU2023109271A RU2812181C1 RU 2812181 C1 RU2812181 C1 RU 2812181C1 RU 2023109271 A RU2023109271 A RU 2023109271A RU 2023109271 A RU2023109271 A RU 2023109271A RU 2812181 C1 RU2812181 C1 RU 2812181C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic
- product
- testing
- nitride ceramics
- ultrasonic waves
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000013068 control sample Substances 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 5
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- HZHFFEYYPYZMNU-UHFFFAOYSA-K gadodiamide Chemical compound [Gd+3].CNC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC(=O)NC HZHFFEYYPYZMNU-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики, а именно к ультразвуковому контролю на наличие дефектов. Способ ультразвукового неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики на наличие дефектов, заключающийся в том, что в контролируемом изделии излучают и принимают ультразвуковые волны через наклонную призму, сканирование изделия выполняют ультразвуковым преобразователем поперечными ультразвуковыми волнами, при этом контролируют амплитуду отраженных эхосигналов, а единичное увеличение амплитуды эхосигнала указывает на наличие дефекта. При этом перед проведением контроля проводят пропитку изделия и контрольного образца путем их помещения в жидкость не менее чем на 10 минут, контролируют изделие через сменную наклонную призму, обеспечивающую угол ввода ультразвуковых волн в нитридной керамике от 30° до 60°, а во время сканирования ультразвуковой преобразователь останавливают и поворачивают на углы от -30° до +30° относительно заданного направления. Технический результат - повышение надежности изделий из нитридной керамики за счет повышения достоверности результатов неразрушающего ультразвукового контроля изделий на наличие несплошностей (трещины, раковины и т.д.). 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики, а именно ультразвуковому контролю на наличие дефектов.
Предлагаемое техническое решение предназначено для применения в авиационной и авиакосмической отрасли, а также может быть использовано в других отраслях, использующих изделия из пористой нитридной керамики.
В процессе производства изделий из нитридной керамики неизбежно образуются дефекты в виде нарушений сплошности материала (трещины, раковины, поры), являющиеся концентраторами механических напряжений и существенно уменьшающие прочностные и эксплуатационные характеристики изделий. Для обеспечения высокого качества и гарантированной надежности высоко ответственных изделий, изготовленных из нитридной керамики, необходимо проведение их неразрушающего контроля на наличие несплошностей (трещины, раковины и т.д.). Диэлектрические характеристики нитридной керамики ограничивают или исключают возможность использования для контроля магнитных, электрических и вихретоковых методов контроля.
Известен способ капиллярной дефектоскопии изделий (SU 1300351 A2, МПК G01N 29/00, 30.03.1987), включающий очистку изделия, сушку, пропитку жидкостью, не растворяющейся в пенетранте, которую затем удаляют с поверхности изделия, и пропитывают его пенетрантом под действием ультразвука. Недостатками данного способа являются: невозможность выявления внутренних несплошностей (не выходящих на поверхность) и наличие вредных факторов для человека.
Известен способ неразрушающего контроля дефектности изделий (SU 1670587 A1, МПК G01N 29/04, 15.08.1991), включающий возбуждение в контролируемом объекте резонансных колебаний и регистрацию их параметров, осуществление периодического теплового воздействия на контролируемый объект или его локальный участок и оценку дефектности по скорости изменения резонансной частоты. Недостатками данного способа являются низкая чувствительность контроля, обусловленная невозможностью селекции и регистрации влияния малых дефектов на скорость изменения резонансной частоты на фоне помех сигнала, а также необходимость теплового воздействия на контролируемый объект, что увеличивает время и стоимость контроля, способствует возникновению остаточных механических напряжений. К тому же при реализации данного способа невозможно определение координат, типа и размера дефектов.
Известны способы ультразвукового эхоимпульсного контроля (SU 834501 А1, МПК G01N 29/04, G01N 29/36, 30.05.1981; ГОСТ Р 50.05.02-2018, ГОСТ Р 55805-2013), в общем виде включающие возбуждение ультразвуковых волн в материале контролируемого изделия с последующей регистрацией времени и амплитуды, отраженных от границ раздела сред ультразвуковых волн, позволяющие выявлять несплошности в материале. Однако общим недостатком известных способов является отсутствие возможности обеспечения стабильного акустического контакта при контроле пористых материалов, например, нитридной керамики.
Стоит отметить, что с целью обеспечения стабильного акустического контакта возможно проводить контроль в иммерсионном варианте (при погруженном в воду изделии) (RU 2723368 C1, МПК G01N 29/04, 10.03.2020; RU 2723913 C1, МПК G01N 29/04, 18.06.2020), однако это ухудшает условия работы дефектоскописта при ручном контроле, повышает его трудоемкость и снижает достоверность в связи с влиянием человеческого фактора. Поэтому иммерсионный контроль целесообразно проводить лишь с применением специализированных механизированных или автоматизированных устройств, разработка и изготовление которых существенно удорожают и усложняют контроль.
Наиболее близким по технической сущности является способ ультразвукового контроля поверхности кварцевых керамических изделий на наличие царапин (RU 2789244 C1, G01N 29/04, 31.01.2023), заключающийся в том, что в контролируемом изделии из кварцевой керамики излучают и принимают ультразвуковые волны через наклонную призму из оргстекла, установленную под углом 35-45 градусов к поверхности изделия, и контролируют амплитуду однократно отраженных от шероховатостей поверхности эхосигналов в установленном временном интервале, а единичное увеличение амплитуды эхосигнала указывает на наличие царапины. Недостатком данного изобретения, взятого в качестве прототипа, является невозможность проведения достоверного ультразвукового контроля в связи с нестабильным акустическим контактом, обусловленным интенсивным впитыванием контактной жидкости пористой нитридной керамикой.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности изделий из нитридной керамики за счет повышения достоверности результатов неразрушающего ультразвукового контроля изделий на наличие несплошностей (трещины, раковины и т.д.) без ухудшения их эксплуатационных (диэлектрических) характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен:
1. Способ ультразвукового неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики на наличие дефектов, заключающийся в том, что в контролируемом изделии излучают и принимают ультразвуковые волны через наклонную призму из полимерного материала, сканирование изделия выполняют одним ультразвуковым преобразователем поперечными ультразвуковыми волнами, трансформированными от излучаемых продольных ультразвуковых волн, при этом контролируют амплитуду отраженных эхосигналов в установленном временном интервале, а единичное увеличение амплитуды эхосигнала указывает на наличие дефекта, отличающийся тем, что перед проведением контроля проводят пропитку изделия и контрольного образца путем их помещения в жидкость не менее чем на 10 минут, контролируют изделие через сменную наклонную призму, обеспечивающую угол ввода ультразвуковых волн в нитридной керамике от 30° до 60°, при этом во время сканирования ультразвуковой преобразователь останавливают и поворачивают на углы от -30° до +30° относительно заданного направления.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед проведением контроля изделие и контрольный образец для пропитки помещают в ванну с водой.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что шаг сканирования устанавливают не более половины размера пьезоэлемента ультразвукового преобразователя.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала наклонной призмы используют рексолит 4210, либо сшитый прозрачный полистирол, либо оргстекло.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют ультразвуковые преобразователи резонансной частотой от 3,5 до 10 МГц.
Пропитка контролируемого изделия из пористой (как правило, более 20%) нитридной керамики позволяет прекратить интенсивное впитывание контактной жидкости, например, воды, что обеспечивает постоянный и стабильный акустический контакт. К тому же заполнение пор нитридной керамики водой приводит к уменьшению затухания ультразвуковых волн, что позволяет повысить чувствительность контроля за счет возможности использования ультразвуковых волн большей частоты (от 3,5 до 10 МГц). По результатам проведенных экспериментальных работ установлено, что пропитку изделий из нитридной керамики необходимо проводить путем их помещения в жидкость не менее чем на 10 минут.
Использование для контроля сменной наклонной призмы из полимерного материала обеспечивает ряд преимуществ:
– используя один пьезоэлектрический преобразователь путем замены призмы обеспечивается оптимальный для проведения контроля угол ввода в нитридную керамику, составляющий от 30° до 60°;
– в процессе контроля происходит износ сменной призмы, а не дорогостоящего пьезоэлектрического преобразователя, что существенно повышает экономическую эффективность контроля;
– исключается вероятность попадания металла на поверхность изделия из нитридной керамики в процессе проведения контроля, что позволяет избежать ухудшения диэлектрических характеристик изделия.
Шаг сканирования не более половины размера пьезоэлемента ультразвукового преобразователя и его повороты на углы от -30º до +30º относительно заданного направления сканирования обеспечивают оптимальное соотношение между оперативностью и достоверностью контроля.
На фигуре 1 представлена осциллограмма с экрана дефектоскопа при наличии дефектов в изделиях из нитридной керамики, идентифицируемых по превышению уровня эхосигналов в стробе контроля (временном интервале).
Осуществление заявленного способа подтверждается следующими примерами.
Пример 1. Контролируемое изделие и настроечный образец из нитридной керамики предварительно опускают в наполненную водой ванну до полного погружения и выдерживают под водой в течении 10 минут. Затем изделие поднимают из ванны до тех пор, пока над поверхностью воды не оказывается часть изделия для проведения контроля. Далее по пропитанному водой настроечному образцу проводят настройку чувствительности и развертки ультразвукового дефектоскопа OmniScan MX. Контроль проводят с использованием ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя V543 фирмы Olimpys резонансной частотой 10 МГц, установленного на сменную наклонную призму из полимерного материала - рексолит 4210, обеспечивающую угол ввода ультразвуковых волн в нитридной керамике, равный 45 градусам. По настроечному образцу устанавливают строб контроля. Затем перемещают ультразвуковой преобразователь по поверхности контролируемого изделия с шагом сканирования, равным половине размера пьезоэлемента ультразвукового преобразователя. Во время сканирования ультразвуковой преобразователь останавливают и поворачивают на углы от -30° до +30° относительно заданного направления. При этом на экране дефектоскопа следят за отраженными эхосигналами, превышающими установленный строб контроля. Как показано на фиг. 1, при появлении эхосигнала, превышающего по амплитуде уровень строба контроля, фиксируют наличие дефекта в контролируемом изделии.
Пример 2. Способ ультразвукового контроля выполняют аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом пропитку изделия осуществляют в течение 20 минут. При проведении контроля используют ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь резонансной частотой 5 МГц и устанавливают его на сменную призму из оргстекла, обеспечивающую угол ввода ультразвуковых волн в нитридной керамике, равный 30 градусов.
Пример 3. Способ ультразвукового контроля выполняют аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом пропитку изделия осуществляют в течение 30 минут. При проведении контроля используют ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь резонансной частотой 3,5 МГц и устанавливают его на сменную наклонную призму из сшитого прозрачного полистирола, обеспечивающую угол ввода ультразвуковых волн в нитридной керамике, равный 60 градусов.
Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:
1. Повышение надежности и достоверности ультразвукового неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики за счет обеспечения стабильного акустического контакта в связи с прекращением интенсивного впитывания контактной жидкости.
2. Исключение вероятности ухудшения диэлектрических характеристик в связи с попаданием металла на поверхность нитридной керамики после проведения контроля.
3. Повышение экономической эффективности в связи с отсутствием механического износа дорогостоящего пьезоэлектрического преобразователя.
Claims (5)
1. Способ ультразвукового неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики на наличие дефектов, заключающийся в том, что в контролируемом изделии излучают и принимают ультразвуковые волны через наклонную призму из полимерного материала, сканирование изделия выполняют одним ультразвуковым преобразователем поперечными ультразвуковыми волнами, трансформированными от излучаемых продольных ультразвуковых волн, при этом контролируют амплитуду отраженных эхосигналов в установленном временном интервале, а единичное увеличение амплитуды эхосигнала указывает на наличие дефекта, отличающийся тем, что перед проведением контроля проводят пропитку изделия и контрольного образца путем их помещения в жидкость не менее чем на 10 минут, контролируют изделие через сменную наклонную призму, обеспечивающую угол ввода ультразвуковых волн в нитридной керамике от 30° до 60°, при этом во время сканирования ультразвуковой преобразователь останавливают и поворачивают на углы от -30°до +30° относительно заданного направления.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед проведением контроля изделие и контрольный образец для пропитки помещают в ванну с водой.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что шаг сканирования устанавливают не более половины размера пьезоэлемента ультразвукового преобразователя.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала наклонной призмы используют рексолит 4210, либо сшитый прозрачный полистирол, либо оргстекло.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют ультразвуковые преобразователи резонансной частотой от 3,5 до 10 МГц.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2812181C1 true RU2812181C1 (ru) | 2024-01-24 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4907455A (en) * | 1988-05-25 | 1990-03-13 | The Babcock & Wilcox Company | Ceramic delay lines for hot ultrasonic examination |
DE102005051925A1 (de) * | 2005-10-29 | 2007-05-03 | Ford Global Technologies, LLC, Dearborn | Vorrichtung und Verfahren zur Ultraschall-Detektion von Defekten im Substrat eines Partikelfilters |
FR3057180B1 (fr) * | 2016-12-12 | 2018-10-12 | Constellium Issoire | Procede d'amelioration du mouillage d'une surface d'un substrat solide par un metal liquide |
RU2787645C1 (ru) * | 2022-04-13 | 2023-01-11 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Способ неразрушающего контроля керамических изделий ультразвуковым методом |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4907455A (en) * | 1988-05-25 | 1990-03-13 | The Babcock & Wilcox Company | Ceramic delay lines for hot ultrasonic examination |
DE102005051925A1 (de) * | 2005-10-29 | 2007-05-03 | Ford Global Technologies, LLC, Dearborn | Vorrichtung und Verfahren zur Ultraschall-Detektion von Defekten im Substrat eines Partikelfilters |
FR3057180B1 (fr) * | 2016-12-12 | 2018-10-12 | Constellium Issoire | Procede d'amelioration du mouillage d'une surface d'un substrat solide par un metal liquide |
RU2787645C1 (ru) * | 2022-04-13 | 2023-01-11 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Способ неразрушающего контроля керамических изделий ультразвуковым методом |
RU2789244C1 (ru) * | 2022-07-21 | 2023-01-31 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Способ ультразвукового контроля поверхности кварцевых керамических изделий на наличие царапин |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5351543A (en) | Crack detection using resonant ultrasound spectroscopy | |
US20140102200A1 (en) | Methods for non-destructively evaluating a joined component | |
CN111751448B (zh) | 一种漏表面波超声合成孔径聚焦成像方法 | |
US5216921A (en) | Method and apparatus for detecting defects and different-hardness portions of an object with protrusions | |
Kawashima et al. | Detection and imaging of nonmetallic inclusions in continuously cast steel plates by higher harmonics | |
RU2812181C1 (ru) | Способ ультразвукового неразрушающего контроля изделий из нитридной керамики на наличие дефектов | |
RU2406083C1 (ru) | Способ определения дефектности титанового проката | |
CN114280156B (zh) | 一种基于激光超声的亚表面裂纹长度和深度测量方法 | |
Ushakov et al. | Detection and measurement of surface cracks by the ultrasonic method for evaluating fatigue failure of metals | |
Nonaka et al. | Ultrasonic testing for flaw detection in ceramics | |
US4380929A (en) | Method and apparatus for ultrasonic detection of near-surface discontinuities | |
RU2816862C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля затесненных участков изделий из стеклопластика | |
JP3662231B2 (ja) | 鋼製ドラム缶の検査方法 | |
Park et al. | Linear and nonlinear analysis of additively manufactured material with different porosity induced by varying material printing speed using guided acoustic waves | |
US20040244491A1 (en) | Apparatus and method for ultrasonic inspection | |
RU2797337C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля изделий переменной толщины из полимерных композиционных материалов | |
SU1138732A1 (ru) | Способ ультразвукового контрол поверхностных дефектов изделий | |
RU2814130C1 (ru) | Ультразвуковой способ измерения высоты вертикально ориентированных плоскостных дефектов в кварцевой керамике | |
Hernández-Valle et al. | Laser generation and detection for surface wave interaction with different defect geometries | |
Hesse et al. | Defect detection in rails using ultrasonic surface waves | |
Kichou et al. | Temporal information extraction methods from degraded ultrasonic signal applied to air coupled NDE | |
SU1254373A1 (ru) | Способ настройки ультразвукового дефектоскопа | |
SU1061709A3 (ru) | Способ распознавани характера дефектов при ультразвуковом контроле изделий | |
Mohamed et al. | Low frequency coded waveform for the inspection of concrete structures | |
RU2613567C1 (ru) | Способ ультразвукового неразрушающего контроля |