Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Назначение дефектоскопа

2. Технические данные

3. Методы контроля, реализуемые дефектоскопом

3.1 Основы эхо-метода

3.2 Основы зеркально-теневого метода

3.3 Теневой метод ультразвукового контроля

4. Конструкция дефектоскопа

5. Функциональная схема дефектоскопа

6. Работа дефектоскопа и блоков

6.1 Синхронизатор

6.2 Генератор импульсов возбуждения

6.3 Устройство приемное (УП)

6.4 Временная регулировка чувствительности (ВРЧ)

6.5 Блок ЭЛТ

6.6 Блок развертки

6.7 Блок АСД

6.8 Блок цифровой обработки (БЦО)

6.9 Блок ИО

7. Расчёт пьезоэлектрического преобразователя

7.1 Принципы работы пьезоэлектрического преобразователя

7.2 Расчёт основных параметров преобразователя

Заключение

Список литературы

Введение

В данной курсовой работе требуется рассмотреть ультразвуковой дефектоскоп УД2-12, его назначение, основные технические характеристики, конструкцию, методы контроля, реализуемые дефектоскопом, также требуется рассчитать основные параметры пьезоэлектрического преобразователя.

1. Назначение дефектоскопа

Дефектоскоп ультразвуковой УД2-12 предназначен для контроля продукции на наличие дефектов (обнаружение дефектов) типа нарушения сплошности и однородности материалов, полуфабрикатов, готовых изделий и сварных соединений, для измерения глубины а координат их залегшим, измерения отношений амплитуд сигналов от дефектов, и работающий на частотах 1,25; 1,8; 2,5; 5,0 и 10,0>МГц.

Дефектоскоп сохраняет работоспособность при контроле материалов и изделий со скоростями распространения продольных ультразвуковых колебаний (УЗК) в диапазоне от 2240 до 6700 м/c затуханием продольных УЗК не более 3,9 дБ/см на частоте 2,5 МГц.

Диапазон толщин контролируемого материала (по стали) от 1 до 999 мм по цифровому индикатору и от 1 до 5000 мм по экрану электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Другие параметры контролируемых объектов, ограничивающие область применения дефектоскопа, устанавливаются в нормативно-технической документации на контроль конкретных видов продукции.

УД2-12 может быть применен в машиностроении, металлургической промышленности, на железнодорожном и трубопроводном видах транспорта, энергетике для контроля изделий основного производства и технологического оборудования.

Дефектоскоп реализует эхо-метод, теневой и зеркально-теневой методы контроля.

Встроенные устройства автоматизированной обработки результатов контроля, позволяют производить настройку и диагностику технического состояния дефектоскопа с элементами самоповерки.

По функциональному назначению дефектоскоп относится ко второй группе ультразвуковых дефектоскопов (УЗД), по конструктивному исполнению - к переносный, по степени участия оператора в процессе контроля - к ручным УЗД по ГОСТ 23049-84.

По устойчивости к механическим воздействиям дефектоскоп является виброустойчивым по ГОСТ 23049-84. В зависимости от воздействия агрессивных и взрывоопасных сред дефектоскоп является обыкновенным по ГОСТ 23049-84.

Дефектоскоп эксплуатируется при температуре окружающего воздуха от минус 10 до плюс 50 °С. Верхнее значение относительной влажности 98% при температуре 35°С.

2. Технические данные

Основные параметры и характеристики дефектоскопа УД2-12 приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование параметров и характеристик	Данные пo Техническим Условиям	Результаты измерений при приёмке
Абсолютная чувствительность дефектоскопа с ПЭП П3-1.25-К12-002, дБ, не менее	100	110
Глубина регулировки амплитуды импульса напряжения генератора импульсов возбуждения (ГИВ), дБ, не менее	16	18
Максимальная чувствительность приемника на номинальных частотах, мВ	150	150
Отклонение максимальной чувствительности приемника на номинальных частотах, dB, не более
Глубина плавной регулировки усиления дефектоскопа, дБ, не менее	16	48

Максимальный ток, потребляемый дефектоскопом от источника постоянного тока напряжением 12В - не более 0,58 А. Напряжение отключения дефектоскопа от аккумуляторной батареи -В. Входное сопротивление измерительного аттенюатора дефектоскопа .

Динамический диапазон временной регулировки чувствительности (ВРЧ) - не менее 40 дБ. Длительность зоны ВРЧ регулируется в пределах от 10 до 150 мс. Задержка зоны ВРЧ регулируется в пределах от 0 до 70 мс.

Неравномерность выравнивания амплитуд электрических сигналов на частоте 2,5 МГц в зоне действия ВРЧ составляет не более 3 дБ при глубине ВРЧ- не менее 30дБ.

Длительность зоны порогового индикатора регулируется в пределах от 3 до 200 мс. Задержка зоны порогового индикатора регулируется в пределах от 0 до 200 мс.

Длительность развертки регулируется в пределах от 0 до 1500 мс. Длительность задержки развертки регулируется в пределах от 0 до 250 мс.

Значение номинальных частот дефектоскопа- 1,25;1,8;2,5;5,0;10;MГц. Отклонение частот дефектоскопа от номинальных не более %.

Электрическое питание дефектоскопа должно осуществляться от следующих источников питания: сеть переменного тока напряжением (В, частотой Гц; автономный источник питания - аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 12 В.

Масса дефектоскопа с аккумуляторной батареей- не более 8,4 килограммов (без комплекта ЗИП, преобразователей, выпрямителя).Габаритные размеры дефектоскопа (без ручки для переноса) - не более 170Ч280Ч350 мм. Рабочая часть экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) дефектоскопа по вертикали и горизонтали, соответственно, 60Ч80 мм. Ширина линии луча ЭЛТ- не более 1 мм.

Диапазон измерения дефектоскопом временного интервала должен быть:

от 1-99,99 мс с дискретностью 0,01 мс

от 1-99,99 мс с дискретностью 0,1 мс

от 1-2000 мс с дискретностью 1 мс.

Полоса пропускания приемника на каждой частоте - не менее 0,4 номинальной частоты. Ослабление амплитуд сигналов аттенюатора должно быть в пределах от 0 до 62 дБ с дискретностью установки 2 дБ. Время установления рабочего режима дефектоскопа- не более 10 минут.

Затраты времени на обнаружение искусственного отражателя с ПЭП П3-2,5-К12-002 определение глубины залегания и амплитуды эхо-сигнала- не более 4 минут.

Суммарное содержание драгоценных металлов в дефектоскопе: золото-2,127 граммов, серебра- 5,985 граммов

3. Методы контроля, реализуемые дефектоскопом

Для надежного обнаружения различно ориентированных внутренних дефектов рельсов в дефектоскопе реализуются следующие методы ультразвукового контроля: теневой, зеркально-теневой (ЗТМ) и эхо-метод.

3.1 Основы эхо-метода

Эхо-метод УЗК основан на излучении в контролируемое изделие коротких зондирующих импульсов и регистрации эхо-сигнала, отражённого от дефекта. Временной интервал между зондирующим и эхоимпульсами пропорционален глубине залегания дефекта, а амплитуда, в определённых пределах, - отражающей способности (размеру) дефекта.

К преимуществам эхо-метода относятся:

Односторонний доступ к изделию;

Относительно большая чувствительность к внутренним дефектам;

Высокая точность определения координат дефектов.

К недостаткам эхо-метода можно отнести:

Большая мёртвая зона (широкий зондирующий импульс (ЗИ));

Низкая помехоустойчивость к поверхностным отражателям;

Резкая зависимость амплитуды эхо-сигнала от ориентации дефекта;

Невозможность контроля качества акустического контакта в процессе перемещения ПЭП, так как при отсутствии дефектов на выходе отсутствуют какие-либо сигналы;

Высокие требования к параллельности донной поверхности и поверхности сканирования;

Невозможность проведения контроля в случае перекрывания дефектом пучка УЗВ (ДС отсутствует);

Отсутствие ДС в случае значительного расстояния между донной поверхностью и поверхностью сканирования (большая толщина ОК);



Рисунок 1 - Формирование эхо и донного сигналов

Глубина залегания дефекта h:

h=c?t_зад /2,

где с - скорость распространения УЗВ в ОК;

t_зад - время задержки сигнала от дефекта.

Амплитуда эхо-сигнала зависит от величины отражателя (дефекта), свойств его поверхности и его ориентации, а также затухания ультразвуковой волны в изделии и расстояния до дефекта.

3.2 Основы зеркально-теневого метода

Особенности ЗТМ:

Отсутствие мёртвой зоны;

Выявление дефектов на любой глубине и любой ориентации;

Невозможность определения координат и размеров дефектов;

Выявление только развитых (больших) дефектов;

Параллельность поверхности сканирования и донной поверхности;

Локальное изменение акустических свойств материала (сварное соединение не контролируется);

Высокая зависимость от свойств донной поверхности;

Сильное затухание УЗВ в ОК;

Устойчивость к потере акустического контакта.

ЗТМ является комбинированным методом НК. Метод основан на анализе снижения амплитуды ДС, связанной с отражением и рассеянием на дефекте в ОК. При реализации ЗТМ в качестве излучателя и приёмника УЗВ могут использоваться:

Два рядом расположенных ПЭП в отдельных корпусах (рисунок 2), преобразователи работают в раздельном режиме.

Рисунок 2 - Раздельный режим работы ПЭП

Две пьезопластины размещены в одном корпусе, причём, приёмная и передающая пьезопластины отделены друг от друга электроакустическим экраном (рисунок 3). Преобразователь работает в раздельно-совмещенном режиме.

Рисунок 3- Раздельно-совмещенный ПЭП

Одна пьезопластина осуществляет поочерёдное излучение и приём УЗВ (рисунок 4). Преобразователь работает в совмещённом режиме.



Рисунок 4 - Совмещённый режим работы ПЭП

ЗТМ основан на анализе снижения амплитуды ДС, связанного с отражением и рассеянием УЗВ на дефекте в ОК (рис. 5). Чем крупнее дефект, тем существеннее данное ослабление сигнала. Критерием дефектности ОК является снижение амплитуды ДС ниже уровня фиксации.

Рисунок 5 - Выделение ДС строб-импульсом

3.3 Теневой метод ультразвукового контроля

Теневой метод контроля основан на анализе амплитуды прошедшего через объект контроля сигнала.

Все основные положения, применяемые к ЗТМ, применяются также и для теневого метода контроля.

Теневой метод контроля применяется вместо эхо-метода для исследования физико-механических свойств объектов с большим коэффициентом затухания.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - Реализация теневого метода контроля

4. Конструкция дефектоскопа

В основу работы УД2-12 положена способность УЗК распространяться в контролируемом изделиях и отражаться от внутренних дефектов и граней изделий.

Он состоит из функционально законченных блоков, связь между которыми осуществляется через разъемные соединения.

Основные функциональные блоки:

1. БЦО - блок цифровой обработки;

2. ЭЛТ - электронно-лучевая трубка;

3. БР - блок развертки;

4. ГИВ - генераторы импульсов возбуждения;

5. ИО - измеритель отношений;

6. УП - устройство приемное;

7. АСД - автоматическая сигнализация дефекта;

8. Блок питания

Дефектоскоп может работать в следующих режимах:

1) режим «dB»- измерение отношения входных амплитуд сигналов в децибелах;

2) режим «mmH»- измерение глубины залегания дефекта в миллиметрах при работе с совмещенном и раздельно-совмещенном ПЭП;

3) режим«mmX»- измерение Х-координаты дефекта в миллиметрах при работе с наклонным ПЭП;

4) режим«mmУ» - измерение У-координаты (глубина залегания) дефекта в миллиметрах при работе с наклонным ПЭП;

5) режим «мs» -измерение временного интервала электрических импульсов;

6) дежурный режим.

Дефектоскоп выполнен на основе базового унифицированного конструктива ручных переносных приборов для ультразвуковой дефектоскопии.

Конструкция дефектоскопа состоит из блоков, каркаса и двух съёмных полукожухов (верхнего и нижнего).

Каркас состоит из передней и задней стенок, соединенных между собой боковыми и нижними стяжками. К боковым стяжкам прикрепляется ручка для переноски. Нижняя часть каркаса образует несущую раму, на которой в центральной части жестко укреплен блок преобразователя напряжения, являющийся одновременно коммутационной платой. На коммутационной плате расположены разъемы для подключения остальных функциональных блоков дефектоскопа.

В задней части дефектоскопа, к коммутационной плате подключен разъём блока стабилизатора напряжения. Панель стабилизатора напряжения выходит на заднюю стенку дефектоскопа.

В передней части дефектоскопа расположен блок цифрового отсчета. Цифровые индикаторы блока расположены вблизи передней панели и снабжены светофильтром.

Блоки стабилизатора напряжения, преобразователя напряжения и цифрового отсчета жестко соединены с рамой каркаса и совместно с выпрямителем и блоком ЭДТ образуют блок питания и индикации дефектоскопа.

Выпрямитель вставляется в окно задней стенки и крепится к ней специальными замками.

Блок ЭЛТ съёмной и вставляется в плату коммутации сверху так же, как и блоки ГИВ, БР, АОД, УП и И0.

Такое расположение блоков позволяет ликвидировать жгуты, свести к минимуму протяженность межблочных связей, обеспечить доступ к элементам схемы при настройке и ремонте. Ремонт и настройка блоков производится с помощью ремонтных плат иди кабелей, вставляемых вместо блока.

Функциональные узлы вставляются в разъём коммутационной платы сверху при снятом верхнем полукожухе и своими панелями жестко скрепляются с передней и задней стенками дефектоскопа. Панели вставленных блоков плотно прилегают друг к другу и образуют пульт управления.

На переднюю панель дефектоскопа с помощью легкосъёмных ручек и кнопок выведены основные оперативные органы управления, а на пульт управления - настроенные органы управления и контроля.

Доступ к пульту осуществляется при открытом люке верхнего полукожуха.

Рабочее положение дефектоскопа - произвольное. Для обеспечения лучшего обзора - конструкция переносной ручки позволяет устанавливать дефектоскоп под углом к горизонтальной поверхности.

Аккумуляторная батарея состоит из 10 аккумуляторов типа НКГК-ЗС-ПУ2 ТУ16-129.084-77, которые укладываются в коробку, входящую в комплект поставки дефектоскопа.

Аккумуляторы 3 укладываются в корпус 2 коробки согласно рис.7 Зазоры между аккумуляторами заполняются картонными прокладками так, чтобы они стояли плотно. Выводи аккумуляторов соединяют между собой планками 4 и 5 и с выводами разъёма 6 крышки I, обозначенными соответствующими знаками. Между крышкой и выводами аккумуляторов укладывают необходимое количество прокладок и закрепляют крышку I четырьмя винтами к корпусу 2.

Аккумуляторная батарея вставляется в дефектоскоп вместо выпрямителя. Конструкция дефектоскопа представлена на рисунке 8.

5. Функциональная схема дефектоскопа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 7 - Функциональная схема дефектоскопа

6. Работа дефектоскопа и блоков

6.1 Синхронизатор

Синхронизатор служит для управления работой всех узлов дефектоскопа в импульсном режиме. При использовании режима внутренней синхронизации возможна установка одной из четырех частот (125, 250, 500, 1000Гц). Частота синхронизации определяет частоту следования зондирующего импульса. Чем выше частота синхронизации, тем ярче изображение на экране ЭЛТ (т.е. луч чаще пробегает по экрану). При увеличении скорости сканирования выбирают большую частоту синхронизации.

6.2 Генератор импульсов возбуждения

Генератор импульсов возбуждения служит для вырабатывания зондирующего импульса поступающего на ПЭП. Генератор позволяет плавно изменять амплитуду зондирующего импульса и дискретно его частоту. При настройке дефектоскопа устанавливается максимальная амплитуда зондирующего импульса. Уменьшать амплитуду можно только при большой амплитуде отраженного сигнала, если все кнопки аттенюатора нажаты, а отраженный сигнал выше верхней границы экрана.

6.3 Устройство приемное (УП)

Устройство приемное предназначено для усиления и выпрямления сигналов с ПЭП. Устройство приемное состоит из: аттенюатора, диодного ограничителя, согласователя, регулируемого усилителя, на выходе которого подключается полосовой фильтр, широкополосного усилителя, детектора, ключа, видеоусилителя, схемы регулировки уровня шумов и корректора ВРЧ.

Работает УП следующим образом. Сигнал с ПЭП поступает на аттенюатор и через диодный ограничитель на вход согласователя. С выхода согласователя сигнал последовательно поступает на ряд каскадов. После этого радиоимпульсы поступают на детектор, затем выходной сигнал поступает на полосовой фильтр, параллельно которому включен ключ, Включающий УП только на время действия импульса.

Сигналы, превышающие пороговое значение, без изменения пропускаются на выход, а сигналы, не превышающие порог, пропускаются на выход уменьшенными на коэффициент деления потенциометра, что позволяет плавно регулировать их амплитуду, не изменяя амплитуду импульсов, превышающих уровень отсечки.

Корректор ВРЧ производит кусочно-линейную аппроксимацию входного напряжения, что необходимо для линеаризации регулировочной характеристики УП.

6.4 Временная регулировка чувствительности (ВРЧ)

Находится в приемном устройстве. Позволяет менять во времени коэффициент усиления. ВРЧ представлена в дефектоскопе в виде кривой линии, которая выводится на экран ЭЛТ. В общем случае эта кривая содержит участок экспоненциально возрастающей формы (зоны ВРЧ). Благодаря ВРЧ имеется возможность компенсировать ослабление ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии, обусловленное рассеянием и затуханием ультразвука. Блок ВРЧ позволяет ослаблять шумы зондирующего импульса, благодаря чему уменьшается мертвая зона ПЭП.

6.5 Блок ЭЛТ

Блок ЭЛТ предназначен для индикации видеосигнала, строба АСД, строба ВРЧ и кривой ВРЧ и состоит из устройства управления, умножителя напряжения, стабилизатора накала, усилителя вертикального отклонения, ключа питания, усилителя горизонтального отклонения и ключа бланкирования.

Работает блок следующим образом. При поступлении импульса «Подсвет» на ключ питания включается транзистор и подается напряжение на усилитель вертикального отклонения, усилитель горизонтального отклонения и ключ бланкирования. Видеосигналы с потенциометра поступают на усилитель, с выхода которого поступают на инвертор. На базу подается строб АСД либо строб ВРЧ. С эмиттеров парафазный сигнал поступает на вертикальные отклоняющие пластины ЭЛТ. Потенциометр служит для смещения луча ЭЛТ по вертикали, другой потенциометр для установки амплитуды на выходе усилителя вертикального отклонения. Для питания накала ЭЛТ применен встроенный стабилизатор накала.

6.6 Блок развертки

Блок развертки предназначен для выработки пилообразного напряжения горизонтальной развертки, импульсов управления ЭЛТ, импульса управления блока АСД и УП. Также в блоке дефектоскопа конструктивно располагается глубиномер дефектоскопа.

Блок развертки позволяет изменять длительность развертки плавно и дискретно, а задержку развертки только плавно.

6.7 Блок АСД

Блок АСД служит для временной и амплитудной селекции принимаемых ПЭП сигналов. Временная селекция осуществляется стробом АСД, начало и конец которого изменяется в определенных пределах (пределы указаны в инструкции по применению дефектоскопа).

Амплитудная селекция осуществляется тремя регулируемыми по высоте пороговыми уровнями. Превышение максимального из застробированных сигналов того или иного уровня отражается на работе светового индикатора.

Звуковая индикация работает совместно с загоранием зеленой лампочки в продленном режиме звучании.

Блок АСД состоит из двух одновибраторов, формирователя сигнала, формирователя строба АСД, аналогового коммутатора, компараторов и сигнализаторов.

6.8 Блок цифровой обработки (БЦО)

Блок БЦО служит для отображения параметров измерения дефектоскопа. Дефектоскоп позволяет измерять глубину залегания дефекта для прямого ПЭП (Н-параметр), для наклонного ПЭП (У - параметр), для наклонного ПЭП расстояние от точки ввода ПЭП до дефекта (Х- параметр), время, за которое акустическая волна прозвучивает объект контроля.

6.9 Блок ИО

Измеритель отношений предназначен для формирования интервалов времени пропорционально амплитуде сигнала в дБ и формирования кривой ВРЧ. ИО состоит из пикового детектора, схем сравнения, генератора пилы, генератора экспоненты, формирования интервалов, схемы «ИЛИ», схемы задержки ВРЧ, формирования зоны ВРЧ, функционального преобразователя.



Рисунок 8 - Конструкция дефектоскопа

7. Расчёт пьезоэлектрического преобразователя

7.1 Принципы работы пьезоэлектрического преобразователя

ультразвуковой дефектоскоп пьезоэлектрический преобразователь

Работа пьезоэлектрических преобразователей основана на прямом и обратном пьезоэффекте.

Суть пьезоэффекта состоит во взаимосвязи процессов деформирования кристаллов и возникновения на их поверхностях электрической разности потенциалов. Кристаллы, которым присущи такие свойства, называются пьезокристаллами. Это естественные кристаллы кварца, сегнетовой соли и др., а также искусственные - соединения титана, бария, свинца и др. В основном то, что сегодня называется пьезокерамикой, изготавливают именно из искусственных пьезоматериалов (титанита бария), поскольку они обладают сильным пьезоэффектом.

При подаче сигнала с дефектоскопа на контакты ПЭП, последний благодаря обратному пьезоэффекту, излучает ультразвуковую волну, которая проходит в объект контроля, а часть отражается обратно в ПЭП. Отражённая УЗВ рассеивается в демпфере (демпфер состоит из эпоксидной смолы и металлодисперсных опилок железа, свинца, окиси железа). Прошедшая УЗВ, распространяется в объекте контроля достигает дефекта и отражается от него. Отражённая от дефекта УЗВ попадает обратно на ПЭП. Благодаря прямому пьезоэффекту механическая УЗВ, преобразуется в электрический сигнал, поступающий на контакты ПЭП.

7.2 Расчёт основных параметров преобразователя

Целью расчёта является определение основных параметров ПЭП: угла призмы в, величины ближней зоны r_б, диаметра мнимого ПЭП a_*, расстояния от точки ввода УЗК до мнимого ПЭП r_2, а также угла раскрытия диаграммы направленности ПЭП и.

Исходные данные:

Резонансная частота f - 5 МГц;

Угол ввода УЗК б - 70⁰;

Расстояние от точки ввода УЗК до ПЭП r₁ - 10 мм;

Скорость распространения продольной УЗВ в оргстекле С_l - 2,67 мм/мкc;

Скорость распространения поперечной УЗВ в стали С_t - 3,26 мм/мкс;

Радиус пьезопластины а - 16 мм

Диаграмма направленности ПЭП представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Схема расчета и диаграмма направленности ПЭП

Угол призмы ПЭП в :

в = arcsin, (1)

в = arcsin = 48⁰;

Диаметра мнимого ПЭП a_*, мм:

a_* = а, (2)

a_* = 16 = 7,82мм;

Расстояние ближней зоны r_б, мм:

r_б = , (3)

r_б = = 93,8мм;

Расстояние от точки ввода УЗВ до мнимого ПЭП r₂, мм:

r₂ = r₁ , (4)

r₂ = 10 = 10,363мм;

Угол раскрытия диаграммы направленности и:

и = n*arcsin, (5),

и = 0.63*arcsin = 3.15⁰.

где n - коэффициент формы излучателя (форма круга n=0,63

Заключение

В данной работе рассмотрен ультразвуковой дефектоскоп УД2-12.В ходе работы были подвергнуты рассмотрению технические характеристики дефектоскопа, проанализированы методы контроля, выявлены основные блоки и режимы работы УД2-12, а также по исходным данным был рассчитан пьезоэлектрический преобразователь и построена диаграмма направленности.

Список литературы

1. Ильин В.А., Батунер А.П. и др. Новые приборы неразрушающего контроля: (дефектоскопы УД-11 ПУ, УД2-12, DI-4), М.,1990

2. Марков А. А., Шпагин Д.А Ультразвуковая дефектоскопия рельсов, СПб, 1999;

3. Руководство по эксплуатации ЩО2.068.136 РЭ Дефектоскоп ультразвуковой УД2-12

4. СТП СГУПС 01.01-2000 Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2000;

Размещено на Allbest.ru

...