Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

Основными эксплуатационными характеристиками дефектоскопа являются его чувствительность, разрешающая спо­собность, дальность прозвучивапия, система выделения полезного сигнала и способы его индикации, конструкция глубиномера и его точность, величина мертвой (неконтролируемой) зоны детали, портативность и питание дефектоскопа (автономное или от аэродромных источников тока). Под разрешающей способностью понимают минимальное расстояние между двумя отражателями ультразвука, следующими один за другим в направлении проз —

вучивания детали, эхо-сигналы от которых на экране дефекто­скопа не сливаются. Далее рассмотрены характеристики и прин­ципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импе­данса ых дефектоскопов, применяемых для контроля деталей в условиях эксплуатации авиационной техники.

Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

Рис. 6.11. Блок-схема ультразвукового дефектоскопа УЗДЛ-61-2М

Портативный ультразвуковой дефектоскоп УЗДЛ-61-2М при­меняют в комплекте с искателями типа ЛИГ для контроля кро­мок рабочих лопаток роторов турбин и компрессоров, кожухов камер сгорания, диска I ступени ротора компрессора авиацион­ных двигателей и других деталей. Этот специализированный дефектоскоп является наиболее простым по конструкции. Рабо­тает по принципу эхо-импульсного метода. Рабочая частота УЗД

2,5 МГц. Блок-схема дефектоскопа приведена на рис. 6.11. Все блоки собраны на электронных лампах,

Синхронизатор {задающий генератор) вырабатывает син­хронизирующие импульсы частотой 400—500 Гц, которые одновре­менно возбуждают генератор импульсов и генератор развертки. Изменением частоты синхронизирующих импульсов меняют даль­ность прозвучи ван и я.

Генератор высокочастотных электрических импульсов (возбудитель пьезопластины) представляет собой электрический колебательный контур, в котором конденсатором является пьезо — пластипа, а индуктивностью — катушка. Частота электрических колебаний контура, подбираемая при изготовлении дефектоскопа, равна резонансной частоте механических колебаний (УЗК) пьезо — пластпны (2,5 МГц). Поступившим от синхронизатора импульсом контур возбуждается. В нем возникают синусоидальные колсба-
ния напряжения частотой 2,5 МГц, которые в течение времени 1 —1,5 мкс затухают. Длительность т„ электрических возбуждаю­щих колебаний (рис. 6.12, а) зависит от соотношения индуктив­ного и активного сопротивлений контура. В одном электрическом импульсе при / = 2,5 МГц содержатся три—пять колебаний. Воз­буждаемые механические колебания пьезопласти­ны также затухают (рис. 6.12,6; А—смеще­ние колеблющейся пла­стины). Длительность Хз. п механических колебаний— зондирующего импульса больше длительности электрических и зависит от характеристик пьезо­пластины и степени ее демпфирования. Через

2— 2,5 мс после прекра­щения колебаний контур вновь возбуждается син- вырабатывая такие же затухающие

Подпись: Рис. 6.12. Периодически повторяющиеся импульсы высокочастотных электрических (а) и механических (зондирующих) колебаний (б) Подпись:Ультразвуковые импульсы вводятся искателем в металл конт­ролируемой детали. После отражения от дефектов и (или) конца детали они возвращаются в виде эхо-сигналов обратно на пьезо­пластину искателя, где преобразуются в импульсы напряжения, поступающие через контур генератора на усилитель. За время паузы (2—2,5 мс) ультразвуковая волна, отразившись от самого дальнего отражателя (конца детали), успевает возвратиться обратно к пьезопластине задолго до посылки следующего импульса. Когда на пути распространения УЗК встречается дефект, то часть ультразвуковой энергии отражается от него раньше, чем от конца детали. Таким образом, эхо-сигналы иска­теля поступают на усилитель со сдвигом по времени — вслед за зондирующим поступает эхо-сигнал от дефекта, а затем — от конца детали.

Длительность зондирующего импульса т3.и важный параметр всякого импульсного дефектоскопа, от которого зависят, как будет показано далее, мощность импульса, временная мертвая зона и разрешающая способность дефектоскопа. В универсальных дефектоскопах предусмотрены специальные регуляторы мощности зондирующего импульса, работающие на основе изменения им­пульса tn и амплитуды колебаний пьезопластины.

Приемный усилитель не только усиливает поступаю­щие от искателя электрические колебания (в зондирующем им­пульсе и в эхо-сигналах), но и преобразует их в видеоимпульсы, которые подаются к пластинам вертикального отклонения луча

ЭЛТ. Усилитель настроен па резонансную частоту пьезопластины. Входным контуром усилителя служит колебательный контур генератора импульсов. Поэтому в момент работы генератора уси­литель находится под сильной перегрузкой (сотни вольт), что сопровождается временной потерей им чувствительности (усили­тель запирается на некоторое время). Для предохранения усили-

Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

Рис. 6,13. Отсечка шумов 2 ари детектирования полезного зхо-с. игнала /

теля от перегрузок в момент образования зондирующего им­пульса, а также для выравнивания чувствительности дефекто­скопа при прозвучиваиин деталей малых и больших размеров в нем применена автоматическая временная регулировка чувстви­тельности (ВРЧ).

Усиленный электрический сигнал детектируется. При этом нижняя часть сигнала, соответствующая реверберационным и дру­гим шумам 2 (рис. 6.13), срезается. Уровень отсекаемой части поступающих на ЭЛТ сигналов в универсальных дефектоскопах ДУК-66П, УДМ-3 и других регулируется специальным регулято­ром ОТСЕЧКА. В дефектоскопе УЗДЛ-61-2М это осуществляется ручкой регулировки усиления. Чтобы при прозвучивании деталей не пропустить полезный сигнал 1, рекомендуется устанавливать минимальную отсечку шумов.

Генератор развертки служит для получения времен­ной линии развертки на экране ЭЛТ. Он возбуждается одновре­менно с передачей зондирующего импульса и вырабатывает ли — нейно-возрастающее (пилообразное) напряжение, подводимое к пластинам горизонтального отклонения электронного луча ЭЛТ. Поступающие от усилителя к вертикально отклоняющим пласти­нам трубки видеоимпульсы со сдвигом но времени дают на экране соответствующие сигналы: зондирующий (начальный),

отраженный от дефекта (промежуточный) и отраженный от конца детали (концевой). По длине развертки между начальным и про­межуточным сигналами можно определить расстояние до дефекта в направлении прозвучпваппя. В универсальных дефектоскопах для определения координат залегания дефекта существуют спе­циальные устройства — глубиномеры.

Блок питания (полупроводниковый преобразователь) вырабатывает необходимые напряжения для питания анодных цепей ламп дефектоскопа (400 и 185 В) и ЭЛТ (1800 В).

Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

Рис. 6.14. Ультразвуковой импульсный дефектоскоп ДУК-66П

На переднюю панель дефектоскопа выведены ручки ЯРКОСТЬ, ФОКУСИРОВКА и СМЕЩЕНИЕ для регулировки и установки по горизонтали развертки луча ЭЛТ, ОГРАН.—для регулировки чувствительности дефектоскопа и РАЗВ. — для регу­лировки длительности развертки (дальности прозвучнвания). Наибольшая дальность (глубина) прозвучнвания стали — 400 мм.

Мертвые зоны дефектоскопа при контроле кромок лопаток и кожухов камер сгорания составляют: ближняя — 20—25 мм,

дальняя— 7 мм. Габариты дефектоскопа — 290X126X165 мм; масса —3 кг. Питание — от сети постоянного тока 27 В; потреб­ляемая мощность — 35 Вт.

Дефектоскопы УЗДК-1 и УЗДБ-1 по конструкции анало­гичны дефектоскопу УЗДЛ-61-2М. Они снабжены специальными искателями для контроля барабанов и реборд авиационных колес н главных балок тележек шасси соответственно.

Портативный ультразвуковой дефектоскоп ДУК.-66П исполь­зуют для контроля сварных швов рам, осей поворотных узлов, шпангоутов и других деталей в аэродромных условиях.

Прибор (рис. 6.14) универсален, выполнен полностью на тран­зисторах, может работать от аккумуляторной батареи напряже­нием 9 В или через специальный блок от сети 220/127В 50 Гц,

Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

искатели. Рабочие частоты УЗК (1,25; 2,5; 5 и 10 МГц) устанав­ливают с помощью сменных катушек индуктивности, придавае­мых к прибору. Индикаторами являются ЭЛТ и звуковой сигна­лизатор. Дефектоскоп имеет встроенный аттенюатор (калибро­ванный делитель напряжения) для измерения амплитуды эхо-сиг­налов, проградуированный в децибелах. Он оснащен, как видно на блок-схеме (рис. 6.15), электронным глубиномером, устройст­вами задержки развертки, стробирующего импульса (строба- импульса) и автоматического сигнализатора дефектов (ЛСД). Он позволяет вести контроль эхо-импульсным методом в режимах без задержки и с задержкой развертки, а также теневым мето­дом.

Принцип работы дефектоскопа по эхо-импульсному методу в режиме без задержки развертки (при установке выключателя В6 в положение 1) аналогичен принципу работы прибора УЗДЛ-61-2М. Работу дефектоскопа в режиме с задержкой раз­вертки п АСД обеспечивает глубшгомерпое устройство, основным назначением которого является определение координат залегания
дефекта относительно точки ввода осевого (центрального) луча. Погрешность глубиномера составляет ±3% от определяемого значения.

Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

При установке выключателя ВО в положение 2 глубиномер позволяет запустить устройства задержки развертки и строба — импульса, с помощью которых можно выделить для контроля

Рис. 6.16. Изображение строба-импульса на экране дефекто-
скопа при работе в режиме с — задержкой развертки:
а — при отсутствии дефекта в аоне контроля; б — при наличии де-
фекта; / — начальний сигнал; 2 — строб’ импульс; 3 — эхо-енгнал от
дефекта

любую зону детали в направлении прозвучивания. Генератор строба-импульса вырабатывает прямоугольный импульс, посту­пающий к вертикально отклоняющим пластинам ЭЛТ (рис. 6.16, а). Участок развертки от начального сигнала / до левого фронта строба-импульса есть интервал времени задержки развертки от момента излучения зондирующего импульса до момента начала возникновения строба-импульса; расстояние между левым и пра­вым фронтами — длительность строба-импульса. Во время задер­жки развертки приемный усилитель заперт. Он открывается лишь на время длительности строба-импульса. Длительность строба- импульса обусловливает длину зоны контроля, а время задержки развертки — длину неконтролируемого участка (от точки ввода УЗК до начала зоны контроля). При наличии дефекта в зоне контроля на экране ЭЛТ эхо-сигнал 3 возникает только в области строба-импульса (рис. 6.16, б). Эхо-сигналы, отраженные от уча­стков детали, которым соответствует развертка вне пределов строба-импульса, на экран не проходят. Время задержки развер­тки и длительность строба-нмпульса можно плавно регулировать, тем самым проверять зоны детали различной длины, расположен­ные на различных расстояниях от точки ввода УЗК-

Для срабатывания АСД от эхо-сигналов, вызванных дефек­тами в зоне контроля, импульсы с выхода видеоусилителя и схе­мы генератора строба-импульса подаются на каскад совпадения. В случае наличия дефекта в зоне контроля на выходе каскада совпадений получается импульс, который запускает мульти­вибратор звуковой сигнализации дефекта. Уровень срабатывания
схемы АСД при эхо-сигнале от дефекта — 15 мм и более по экрану ЭЛТ.

Дефектоскоп допускает непрерывную работу в течение 8 ч (не менее) при питании от сети переменного тока. Максимальная глубина прозвучивания стали (Ст. 45)—2500 мм.

Ультразвуковые дефектоскопы УДМ-3 и УДМ-1М применяют для контроля лопастей и стаканов воздушных винтов, переднего вала винта, стыковых сварных швов рам и других деталей.

Рабочие частоты прибора УДМ-3—0,6; 1,8; 2,5 и 5 МГц, а прибора УДМ-1М —0,8; 1,8; 2,5 и 5 МГц. Индикаторами явля­ются ЭЛТ и световой сигнализатор. Дефектоскопы снабжены, так же как и прибор ДУК-66П, электронным глубиномером, устрой­ствами задержки развертки («лупой времени»), стробирующего импульса и АСД. Максимальная глубина прозвучивания стали Ст. 45 — 2500 мм. Дефектоскопы позволяют при частоте УЗК 5 МГц обнаруживать дефекты с отражающей поверхностью 1 мм2 и более на глубине 100 мм. При прозвучивании больших толщин чувствительность падает. Чувствительность регулируется четырь­мя ручками: МОЩНОСТЬ,’ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ, ОТСЕЧКА и ВРЧ.

Минимальная глубина, с которой начинается обнаружение дефектов (мертвая зона), при пользовании прямыми искателями на частоте 5 МГц равна 8 мм; на частоте 2,5 МГц—10 мм, на частоте 1,8 МГц—12 мм и на частоте 0,6 МГц — 50 мм. При пользовании раздельно-совмещенными искателями на частотах 2,5 и 5 МГц мертвая зона равна соответственно 2,0 и 0,5 мм, а при работе наклонными искателями — 2 мм.

Погрешность измерения расстояния от искателя до дефекта, а также толщины изделий не более ±2-*-3% от измеряемого зна­чения.

Питание дефектоскопов — от сети 36 и 220 В 50 Гц. Потреб­ляемая мощность —не более 180 В-А. Габариты — 220Х335Х Х423 мм; масса — 19 кг.

Приборы УДМ-1М и УДМ-3 отличаются один от другого схе — мами некоторых каскадов и типом ЭЛТ.

Импедансные акустические дефектоскопы И АД-3 (рис. 6.17) и ИАД-2 применяют для. выявления дефектов клеевых и паяных соединений между сравнительно тонкой обшивкой (из алюминие­вого сплава толщиной около 2 мм, из стали—1,5 мм) и элемен­тами жесткости (лонжероном, нервюрой) или заполнителем (сотами, пенопластом и др.) в многослойных конструкциях, а также расслоений в изделиях из слоистых пластиков.

Работа приборов основана на импедансном методе — измерении амплитуды реакции изделия на колеблющийся стержень датчика (ИАД-2) и на измерении амплитуды и фазы силы реакции (И АД-3).

Блок-схема прибора ИАД-3 приведена на рис. 6.18. Датчик прибора представляет собой конический стержень из органиче­ского стекла. На верхнем торце стержня установлена излучаю­щая пьезопластнна из ЦТС-19(/), а на нижнем — пьезопластипа 2 (силонзмерительный элемент). Генератор прибора вырабаты-

Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

Рис. 6.17. Имиедансньп; акустический дефектоскоп ИАД-3

Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

Рис. 6.18. Блок-схема импедансного акустического дефектоскопа ИАД-3:

/ — излучающая пьезопластина из ЦТС-19; 2 — пьезопластипа (енлонзмерительный

элемент); 3 — сигнальная лампочка

вает синусоидальные электрические колебания, частота которых плавно регулируется от 1000 до 8000 Гц. Они подаются на излу­чающую пьезопластину датчика, которая возбуждает в стержне

продольные упругие колебания. Силоизмерительный элемент соединен со входом избирательного усилителя. Электрическое напряжение на этом элементе и на входе усилителя пропорцио­нально силе реакции изделия на стержень. При наличии дефекта (непроклея или непропая) происходит уменьшение силы реак­ции, вызывающее уменьшение амплитуды и сдвиг фазы напря­жения на силоизмерительпом элементе. Измененное напряже­ние, пройдя через избирательный усилитель, поступает на два раздельных канала — амплитудный и фазовый, в которых вырабатываются сигналы, пропорциональные изменению ампли­туды или фазы и регистрируемые стрелочными индикаторами А и с?0. При наличии дефекта индикатор А показывает уменьше­ние амплитуды сигнала, а индикатор ю° — сдвиг его фазы (как правило, не менее 60°). Если эти изменения достигают некоторого заданного уровня, то срабатывает устройство, которое включает сигнальную лампочку 3, смонтированную внутри датчика. Она является дополнительным индикатором наличия дефекта.

Оставьте ответ

Вы можете использовать эти HTML теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>