Содержание к диссертации
Введение
Глава I Характеристика объекта исследования 9
1.1. Виды исследуемых конструкций и условия их эксплуатации 9
1.2. Статистический анализ дефектов, возникающих при изготовлении конструкций 13
1.3. Обоснование норм допустимости дефектов 20
Выводы 5
Глава 2 Исследование возможных методов и схем нераз рушающих методов контроля паяных конструкций 26
2.1. Исследование возможностей контроля просвечиванием 26
2.2. Исследование возможностей магнитографического контроля 35
2.3. Выбор оптимальных схем ультразвукового контроля 40
Выводы 48
Глава 3 Теоретико-экспериментальное обоснование параметров ультразвукового контроля 49
3.1. Расчет фронтальной разрешающей способности прямого раздельно-совмещенного преобразователя 49
3.2. Численное решение задачи разрешающей способности прямого PC- преобразователя 62
3.3. Акустический тракт призматического преобразователя для клина 7I
3.4. Обоснование параметров контроля 76
3.4.1. Обоснование параметров контроля нахлесточ ных паяных соединений 76
3.4.2. Обоснование параметров контроля стыковых паяных соединений 85
Выводы 1
Глава 4 Разработка технологии и средств ультразвуко вого контроля паяных металлоконструкций 53
4.1. Методика ультразвукового контроля 93
4.1.1. Средства контроля 93
4.1.2. Подготовка к контролю 93
4.1.3. Методика контроля паяных нахлесточных соединений нахлесточных, элементов 94
4.1.4. Методика контроля стыковых паяных соединений труб 97
4.2, Средства ультразвукового контроля 104
4.2.1. Устройство и работа прибора 105
4.2.2. Описание схемы прибора 108
4.2.3. Органы управления прибором НО
4.2.4. Подготовка к работе и порядок работы с прибором II1
4.2.5. Техническая характеристика 112
Выводы П4
Глава 5 Достоверность и экономическая эффективность ультразвукового контроля 115
5.1. Оценка достоверности результатов контроля паяных металлоконструкций 115
5.2. Экономическая эффективность разработанного метода контроля 117
Выводы по работе 121
Лити атура
- Статистический анализ дефектов, возникающих при изготовлении конструкций
- Исследование возможностей магнитографического контроля
- Акустический тракт призматического преобразователя для клина
- Методика контроля паяных нахлесточных соединений нахлесточных, элементов
Статистический анализ дефектов, возникающих при изготовлении конструкций
Просвечивание кольцевых соединений труб диаметром 168...324 мм может быть выполненокак через одну стенку, так и через две стенки в зависимости от диаметра и длины паяемых труб, от технологии изготовления и назначения трубопровода.
Рентгеновские лучж при контроле могут быть направлены либо по нормали к поверхности трубы (рис.2.4а) либо параллельно одной из сторон V -образной разделки (рис.2.46 ) С30] . При направлении излучения нормально к поверхности контролируемого изделия примерно на 10 искажаются реальные размеры дефектов. Кроме того дефекты, располагающиеся в верхней и нижней частях разделки могут при контроле экранировать друг друга, что приводит к снижению вы-являемости дефектов. Особенно это важно при выявлении дефектов, расположенных в верхнем и нижнем углах разделки, т.к. эти дефекты, как правило, расположены под поверхностью соединения и, следовательно, являются наиболее опасными.
При направлении излучения параллельно одной из сторон М -образной разделки (рис2.46 ) увеличивается выявляемость плоскостных дефектов, величина раскрытия которых Ami Л S 0,1 мм [ 29] . Но при такой схеме просвечивания плоскостные дефекты могут быть экранированы объемными дефектами,расположенными в основании разделки. Кроме того, возрастает путь прохождения рентгеновских лучей в металле стенки трубы и тем самым снижается чувствительность контроля.
Контролю подвергались образцы,вырезанные из паяных соединений труб диаметром 324 мм с толщиной стенки 10 мм. В качестве источника проникающего излучения был использован рентгеновский ап 31 ы
Схемы просвечивания стыковых паяных соединений: а) по нормали к поверхности ; б) параллельно одной из сторон разделки парат непрерывного действия ЕУП-І50/300-10. Просвечивание осуществлялось на рентгенографическую пленку РТ-5, при следующих ре -жимах: U = 120 кв, I = 5 ма, t = 3 мин, F = 500 мм, что позволило получить относительную чувствительность СНИМКов К =I-f2$.
При направлении излучения нормально к поверхности контролируемого изделия на рентгеновских снимках хорошо видны непропаи как в наклонной части соединения, так и в основании разделки.
При направлении излучения параллельно одной из сторон V -образной разделки на рентгеновских снимках (рис. 2.5) хорошо видны дефекты только в основании разделки. Кроме того, в связи с тем, что излучение направлено под углом 60 к поверхности изделия, на пленке формы дефектов приобретают искаженный вид, а это приводит к необходимости увеличивать число экспозиций паяного стыка трубы.
Магистральные трубопроводы, рассматриваемого диаметра,можно контролировать по схеме панорамного просвечивания при помещении источника ионизирующего излучения внутри трубы. Этим условиям удовлетворяют импульсные рентгеновские аппараты [31,32,34] . При панорамной схеме просвечивания максимальный размер фокусного пятна Ф источника излучения не должен быть более —4— j— , где К - чувствительность контроля L26J . Если использовать трубку с размером фокусного пятна 2 мм С 30,34] , то для рассматриваемого диапазона и толщин стенок (В = 168...377 мм и О = =6...20) при Б = 168 мм и толщине стенки О = 6 мм чувствительность контроля К =0,3 мм, что соответствует относительной чувствительности контроля К = 5,13 , при диаметре D - 324 мм и толщине стенки О = 20 мм чувствительность контроля К = 0,56мм; что соответствует относительной чувствительности К = 2,81 . Рентгеновским контролем при такой чувствительности нельзя обнаружить наиболее характерные плоскостные дефекты паяного соединения и можно выявить дефекты только в основании V -образной разделки. Стыковые паяные соединения обсадных труб на монтаже практически невозможно просвечивать по панорамной схеме вследствие того, что труба находится в вертикальном положении на бурильной уста -новке и после процесса пайки сразу же опускается внутрь скважины. В этом случае просвечивание стыка трубы возможно производить через две стенки по схемам, показанным в ГОСТ 7512-82. Расчетные формулы,представленные в С263,позволяют определить необходимое число экспонирований. Для рассматриваемого диапазона диаметров и толщин, в зависимости от схемы контроля, минимальное число экспонирований находится в интервале от 2 до 4.
При просвечивании через 2 стенки ухудшаются условия выявления дефектов в соединении вследствие следующих причин: 1) из-за кривизны стенки трубы возникает различие в интен -сивности прошедшего излучения, в результате чего дефект на снимке имеет разную плотность почернения; 2) увеличивается путь прохождения излучения в металле трубы, что приводит к снижению чувствительности и тем самым выявлению дефектов, особенно плоскостных; 3) при направлении излучения в плоскости паяного соединения дефекты в верхней и нижней частях на снимке могут накладываться друг на друга и искажать реальную картину расположения дефектов.
Таким образом, для стыковых паяных соединений труб может быть применена либо панорамная схема просвечивания с углом между направлением излучения и плоскостью соединения 60, либо схема просвечивания через две стенки при направлении излучения в плоскости соединения.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что рентгеновский контроль не позволяет выявлять в рассматриваемых сое -диненжях наиболее опасных дефектов и поэтому не отвечает в полной мере требованиям производства.
Исследование возможностей магнитографического контроля
Исходные данные для расчета взяты из условия: 1) УЗ контролю подлежат паяные соединения,выполненные из малоуглеродистой стали имеющей следующие характеристики: Ztb = 5850 м/с; Ct ъ = 3260 м/с; Р2 =7,8 Г/см3 2) УЗ контроль осуществляют на частоте С =2,5 мгц пря мым PC- преобразователем с углом наклона призм = 7, имеющих высоту 2 п = 7 мм, к которым приклеен пьезоэлемент размером CL = 4 мм, а расстояние между пьезоэлементами L = 5 мм. Призма изготовлена из оргстекла и имеет следующие характеристики: Се =2700 м/с; С = 1120 м/с; Р± = 1,18 Г/см3. Глубина расположения отражателя ( 2 ) изменялась от 6 до 12 мм, что соответствует наиболее распространенному диапазону паяных нахлесточных соединений. Диаметр отражателя (2 в) изменялся от 2 до 6 мм, что соответствует возрастающему участку амплитудной характеристики PC- преобразователя. Расстояние меаду отражателями ( t ) изменялось в интервале от 1,5 до 7 мм с шагом 0,5 мм.
Результаты расчетов приведены на рис. 3.5 . Графики зависимоСти Pi/Рд= -С (О (рис. 3.5 ) построены для Z = 6 мм и f) о О = 2 мм, Z = 12 мм и U = 2 мм. На графиках по оси абсцисс отложены значения и (мм) - половина расстояния между отражателями. По оси ординат отложены значения отношения амплитуд отраженных сигналов Гх/Рц в дБ . I - PC- преобразователь расположен над одним из отражателей. П - PC- преобразователь расположен между отражателями. Горизонтальная линия на уровне 6дБ позволяет определить параметры двух отражателей, которые при ультразвуковом контроле могут быть разрешены друг относительно друга, те..
С целью проверки полученного выражения были выполнены эксперименты на специально изготовленных образцах с плоскодонными отверстиями диаметром от 2 до 6 мм с применением PC- преобразователя, тлеющего обусловленные выше характеристики.
Эксперимент выполняли следующим образом (рис.3.б ). Преобразователь устанавливали таким образом, что плоскость акустического экрана была перпендикулярна оси,соединяющей центры плоскодонных сверлений в образце. Перемещая преобразователь по поверхности образца внутри направляющих,фиксировали амплитуду эхо-сигнала, для случаев,когда условная акустическая ось преобразователя была над одним из отражателей и между двумя соседними отражателями. Полученные значения амплитуд сигналов показаны на рис. 3.7; 3.8.
Затем результаты экспериментов были перенесены на графики с расчетными кривыми. Как видно из графиков,приведенных на рис.3.5
Амплитудная характеристика PC преобразователя в зависимости от размеров дефектов ( 2#) и расстояния мезду ними С с) при расположении их на глубине К =6мм а) с=Імм; б) с=2мм; в) c 3i CL
Амплитудная характеристика PC «преобразователя в зависимости от размеров дефектов (26) и расстояния между ними (с) при расположении их на глубине =12мм а) с-Іїш; 6) е=2мм; в) с=3мм. -результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными. Разница между теорией и экспериментом составляет не более I дБ, что лежит в пределах погрешности эксперимента.
Ез анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы : разрешающая способность PC- преобразователя при контроле нахлесточных соединений толщиной 6 мм составляет i o мл (на уровне 6 дБ от максимума)и для 12 мм соответственно 2,0 мм. В процессе решения задачи численным методом для принятых условий было установлено, что коэффициенты прозрачности U1JL ,Б12 » ТІ ТІ гі 2,2. практически одинаковы (рис. 3.9 ), что хорошо согласуется с ранее полученными результатами.
Вычисления коэффициентов отражения Ri и Кг (рис. З.10а, З.Юб ) показали, что их значения существенно изменяются в зависимости от параметров отражателей и от их взаимного расположения.
Анализ функций излучения Ql (SДЬ) и приема d (% БД) показывает, что отношения этих функций зависит от величины пути прохождения ультразвуковых колебаний от излучателя до отражателя и от отражателя до приемника, а также от угла падения продольных волн на отражатель. В данной работе рассматривается отражение от двух близкорасположенных отражателей, а углы между направлениями на отражатели (рис.3.1;3.2) не превышают углов раскрытия диаграммы направленности поля преобразователя. Следовательно.отношения функций излучения и приема соответственно при решении уравнения могут быть приравнены к единице.
Акустический тракт призматического преобразователя для клина
Перед началом настройки стрелочного дефектоскопа, после подключения искателя, устанавливают стрелку прибора в положение "О" регуляторами "Смещение строба-импульса" и "ВРЧ" при положении регулятора "Включение и вид измерений" в позиции "+".
Настройка скорости развертки производится: - на дефектоскопе с ЭЛТ регуляторами "Развертка плавно", "Глубиномер" (при выключенном переключателе "Задержка")и"Диапазон прозвучивания" ; - на стрелочном дефектоскопе регулятором "Глубиномер" при положении регулятора "Включение и вид измерений" в позиции "Глубиномер" .Определение местоположения дефекта производят: - на дефектоскопе с ЭЛТ по положению эхо-импульса на экране при бора; - на стрелочном дефектоскопе по положению стрелки на шкале при бора при положении регулятора "Включение и вид измерений" в по зиции "Глубиномер". Для фиксирования положения сигналов рекомендуется нанести (наклеить) миллиметровую шкалу: - на экране дефектоскопа с ЭЛТ под линией развертки; - под шкалой стрелочного дефектоскопа.
Настройку скорости развертки и определение местоположения дефекта производят по испытательным образцам (рис. 4.3 ). Испытательные образцы должны быть изготовлены из того же материала,номинальной толщины и кривизны, что и контролируемое изделие.Отклонение толщины образца от номинальной толщины изделия не должно превышать 10 .
Плавно перемещая искатель вдоль испытательного образца № I (рис.4,3) последовательно получают эхо-сигналы, соответствующие однократному отражению от вершины верхнего угла (сигнал I), а затем двухкратному отражению от вершины нижнего угла (сигнал 2). Местоположение этих сигналов отмечается на миллиметровой жале.
Плавно перемещая искатель вдоль испытательного образца № П (рис. 4.3 ) получают сигнал, соответствующий двухкратному отражению от вершины угла (сигнал 3). Местоположение этого сигнала отмечают на миллиметровой бумаге.
Настройку чувствительности дефектоскопа производят по боковому отверстию Б стандартном образце № 2 ГОСТ 14782-76 согласно схемы, приведенной на рис. 4.4. Настройку чувствительности производят в следующей последовательности: -99 испытательный образец ИЛ/ R R испытательный образец N -2 Рис. 4.3. Настройка скорости развертки дефектоскопов с ЭЛТ и стрелочной индикацией Т положение Рис. 4.4. .Схема настройки чувствительности дефектоскопа - 100 а) устанавливают регуляторы в положение, обеспечивающее мак симальную чувствительность дефектоскопа; б) перемещают искатель по стандартному образцу № 2: - до получения на экране дефектоскопа с ЭЛТ максимального эхо -сигнала от бокового сверления; - до получения на стрелочном дефектоскопе максимального эхо-сигнала от нижнего угла (положение I) (рис. 4.4), затем регулятором "Ширина строба-импульса" возвращают стрелку прибора в "О", После чего устанавливают искатель в положение И (рис. 4.4) и получают максимальный эхо-сигнал от бокового сверления; в) регулятором "Ослабление" устанавливают: - эхо-сигнал высотой 20 мм над линией развертки на экране дефектоскопа с ЭЛТ; - положение стрелки в середине шкалы стрелочного дефектоскопа.
При проведении контроля регулировку чувствительности производят только регулятором "Ослабление". Проведение контроля. При проведении контроля используют три уровня чувствительности контроля: - поисковый (П) - уровень чувствительности, при котором производят поиск дефектов; - контрольный уровень (К) - уровень чувствительности, при котором оценивают условную протяженность и количество дефектов; - браковочный уровень (Б) - уровень чувствительности, при котором производят оценку допустимости обнаруженного дефекта по амплитуде эхо-сигнала. Паяный шов контролируют с двух сторон. Схема произвучивания и параметры контроля приведены в таблЛ.2Дри появлениишпульса на экране (отклонении стрелки) местоположение дефекта устанавливают Е соответствии с настройкой прибора.
Методика контроля паяных нахлесточных соединений нахлесточных, элементов
Блок усиления, снабженный калиброванным аттенюатором.служит для усиления отраженных от дефекта импульсов, выделение их из основной массы шумов и сравнения между собой.
Блок глубиномера служит для автоматического определения координат залегания дефекта,
Блок индикации обеспечивает преобразование полезного сигнала и выдачу его на стрелочный прибор.
Блок АСД осуществляет включение автоматической световой и звуковой сигнализаций в случае обнаружения недопустимого по величине дефекта.
Принцип действия дефектоскопа заключается в пошлке в контролируемое издалие с помощью пьезоэлектрического излучателя, установленного на изделии, коротких ультразвуковых импульсов и приема сигналов, отраженных от встречающихся на пути распространения ультразвука дефектов пайки.При этом осуществляется автоматическое измерение интервала времени запаздывания отраженного сигнала,зависящего от расстояния между излучающей поверхностью преобразователя и дефектом. Интервал времени преобразуется в глубину залегания дефекта, которая указывается стрелкой индикатора [89] , Величина дефекта определяется по этому же индикатору с помощью аттенюатора.
Дефектоскоп снабжен системой автоматической сигнализации о наличии дефектов, превышающих по величине допустимые, на которые прибор настраивается по соответствующим эталонам.
Дефектоскоп может эксплуатироваться в автономном режиме с питанием от встроенных батарей или от сети переменного тока напряжением 220В через выпрямительную приставку типа УП-1М, выходное напряжение которой равно 9В. Выбор источника питания осуществляется автоматически при подключении в штепсельное гнездо кабеля питанЕя от выпрямительной приставки.
Синхронизатор вырабатывает импульсы, необходимые для синхронной работы всех узлов прибора, работающих в импульсном режиме.
Преобразователь, собранный на транзистору запускается импульсами синхронизатора и служит для преобразования импульсов низкого напряжения в импульсы высокого напряжения, необходимые для работы генератора зондирующих импульсов.
Генератор зондирующих импульсов, запускаемый через инвертор, вырабатывает импульсы частотой 2,2МТц.
Преобразователь заряжает импульсами высокого напряжения емкость, которая Б свою очередь заряжает накопительные конденсаторы. В момент запуска генератора зондирующих импульсов открываются тиристоры и накопительные емкости разряжаются через них и индуктивность .
При этом происходит ударное возбуждение высокочастотного контура, образованного индуктивностью и емкостью пьезоэлемента.
Возникшие электрические колебания с частотой 2 5 МГц преобразуются пьезоэлементом в механические УЗ колебания и в виде ВЧ пакетов поступают в контролируемое изделие.
Отразившись от дна изделия или дефекта УЗ колебания преобразуются приемной пьезопластиной в электрические сигналы и поступают на вход калиброванного аттенюатора. Общее ослабление, достигаемое им,равно 40 дБ. Аттенюатор имеет две регулировки: грубую от нуля до 20 дБ с переключением через 10 дБ и точную от нуля до 20 дБ с переключением через 2 дБ.
С выхода аттенюатора отраженные сигналы поступают на усилитель радиоимпульсов, который нагружен на ключевой детектор. Ключевой детектор предназначен для выделения полезного сигнала из массы сигналов, функционирующих на выходе усилителя. Он управляется формировaтeлeм стробирующих импульсов через разделительный -каскад. Ключевой детектор открывается, пропускает отраженный сигнал и детектирует его только во время прохождения стробирующего импульса.
Формирователь стробиругощих импульсов запускается синхронизатором и осуществляет задержку импульсов в пределах от 4,8 20juS до 47-:-220ju .
Выделенный на ключевом детекторе полезный сигнал поступает на интегратор, назначение которого-преобразовать его в постоянное напряжение, пропорциональное по величине амплитуде отраженного сигнаїа. Напряжение, снимаемое с интегратора,прикладывается к затвору полевого транзистора, являющегося входом дифференциального усилителя постоянного тока (УЇЇТ). Нагрузкой усилителя служит микроамперметр, показания которого прямопропорциональны амплитуде отраженного сигнала.
