Файл: Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие..pdf

тому (рис. 111). В этом случае ультразвуковой луч всегда бу­ дет падать на дефект под углом 90° и, следовательно, условия его выявления будут наивыгоднейшими. Вместе с тем такая схема прозвучивания позволяет подвергать контролю любые лопатки, независимо от конфигурации пера.

Рис. 111. Схема контроля кромок лопаток поверхност­ ными волнами:

/ — л о п а т к а ; 2 — п р и з м а г о л о в к и ; 3 — п ь е з о э л е м е н т ; 4 — п у ч о к п р о ­ д о л ь н ы х У З К ; 5 — п о в е р х н о с т н ы е в о л н ы ; 6 — э к р а н д е ф е к т о с к о п а ; Т р— т р е щ и н а н а к р о м к е ; / — г л у б и н а п р о н и к н о в е н и я п о в е р х н о с т н ы х

дение в материале поверхностных волн.

Частота контроля выбирается в зависимости от материала и длины контролируемого участка лопатки. Так, контроль тур­ бинных лопаток, изготовленных из жаропрочных сплавов ЗИ-437А и ЭИ-437Б, длиной 120 мм можно проводить на часто­ те 2,5 МГц. Однако другие лопатки из этого же сплава, но имеющие длину 170— 190 мм, на частоте 2,5 МГц контролиро­ вать нельзя, так как поверхностные волны на этой частоте за ­ тухают и не «пробивают» всей длины лопатки. В этом случае контроль может быть проведен на более низкой частоте, на­ пример 1,8 МГц. Лопатки из сталей ЭИ-961, ЗОХНМА и титана, имеющие мелкозернистую структуру, хорошо прозвучиваются поверхностными волнами на частоте 2,5 МГц до 300 мм. А из алюминиевого сплава ВД-17 — только на частоте 1,5—1,8 МГц, так как в этом материале поверхностные волны с расстоянием быстро затухают.

При контроле головку прикладывают к кромке так, чтобы УЗК были направлены на другой конец лопатки (см. рис. 111).

347

вдоль кромки до конца лопатки и отражаются обратно по тому же пути. На экране в этот момент будут видны два импульса: начальный а и концевой б. Если на пути УЗ К, распространя­ ющихся в поверхностном слое кромки глубиной / (при / = 2,5 МГц, / = 1 мм), встретится дефект, то часть УЗ К отразит­ ся. На экране между импульсами а и б возникнет промежу­ точный импульс в.

При контроле лопаток поверхностными волнами мертвая зона достигает 25—30, а иногда п 40 мм з зависимости от ма­ териала и длины лопатки, размеров головки и углов а паде­

Ультразвуковой контроль лопаток оказался весьма эффектнзым. Достаточно сказать, что весь процесс осмотра лопаток турбин в эксплуатационных условиях занимает от 15 до 50 мни, а лопаток компрессора — 50—60 мин (в зависимости от типа машины).

П ри к о н т р о л е и з д е л и й с з а щ и т и ы м и п о к р ы- т и я м и снятие покрытия с детали и нанесение его вновь свя­ зано с большими трудностями и экономически не выгодно. Поэтому в последнее время уделяется много внимания разра­ ботке способов контроля изделий без снятия защитных покры­ тий. Для этого используется ультразвуковой метод с примене­

лакокрасочного покрытия не влияет на ввод и распространение продольных и сдвиговых УЗК в детали. Дефекты покрытия (глубокие царапины, вспучивание, шелушение и др.) могут прервать ход лучей сдвиговых УЗК, вследствие чего часть воли отразится и на экране дефектоскопа появятся импульсы, кото­ рые могут быть восприняты как отражение УЗК от дефектов материала изделия. Для избежания ошибок разработана ме­ тодика расшифровывания осциллограмм при контроле дета­ лей, защищенных лакокрасочными покрытиями.

2. Лопатки турбин некоторых энергетических машин под­ вергают эмалированию. Контроль таких лопаток затруднен, так как трещины усталости возникают на кромках под эмале­ вым покрытием, причем само покрытие при этом не разрушает­ ся. Проведенные исследования влияния эмалевого покрытия на формирование поверхностных волн в материале, выявляе-

348

мость дефектов на кромке под покрытием и дефектов эмале­ вого слоя позволили установить следующее:

эмалевое покрытие толщиной 60—80 мкм является «про­ зрачным» для продольных волн,, поэтому энергетические поте­ ри при переходе упругих колебаний от головки в кромку лопат­ ки и искажения ультразвукового луча невелики. Поэтому для контроля эмалированных лопаток могут быть применены иска­ тельные головки с углом падения УЗК а, рассчитанным для возбуждения в металле поверхностных волн при контроле та­ ких иге, но не эмалированных лопаток;

эмалевое покрытие практически не оказывает влияния на обнаружение в поверхностном слое кромки лопатки трещин, растрескивания материала, разнозернистости и др.;

дефекты эмалевого покрытия (сколы, шелушение, шерохо­ ватость. растрескивание, сморщенность и наплывы) не выявля­ ются при контроле поверхностными волнами на частоте 1,8—2,5 МГц. Это объясняется большим затуханием упругих волн в эмали, вследствие чего УЗК не распространяются вдоль эмалевого покрытия до конца пера лопатки, а гаснут вблизи излучателя.

3. Наружная поверхность цельноштампованных кожухо камер сгорания покрыта силоксановым лаком. Кожуха других машин имеют алюминиевое покрытие, нанесенное способом металлизации распылением. Тонкий слой силоксанового лака (8—10 мкм) не оказывает существенного влияния на форми­ рование нормальных волн в стенках кожухов, дальность прозвучивания и выявляемость дефектов, поэтому дефекты (риски, закаты, расслоения) надежно выявлялись как до, так и после нанесения силоксанового покрытия на расстоянии до 350 мм от излучателя;

нанесение слоя алюминия на поверхность кожуха методом металлизации распылением резко ухудшает прозвучиваемость материала нормальными волнами, в десятки раз падает даль­ ность и чувствительность контроля, так как металлизационный слой в зависимости от технологических факторов обладает различной пористостью и шероховатостью, что затрудняет ввод УЗК и способствует быстрому их затуханию; кроме того, пористость резко сказывается на упругости напыленного ме­ талла, что приводит к демпфированию ультразвуковых коле­ баний при распространении их по поверхности кожуха с металлнзационным слоем.

Можно привести еще много примеров возможного приме­ нения ультразвуковых методов для контроля изделий в усло­ виях производства и эксплуатации. Однако и приведенных примеров вполне достаточно, чтобы утверждать, что ультразву- . ковая дефектоскопия позволяет решать важные задачи по

3 4 9

контролю изделии не только простои формы в условиях про­ изводства, но и весьма сложных объектов в условиях эксплуа­ тации, в том числе с защитными покрытиями. При этом могут быть использованы все виды ультразвуковых колебании.

§ 56. Звуковые методы контроля

И м п е д а н с н ы й м е т о д основан на использовании за ­ висимости полного механического сопротивления (импеданса) контролируемого изделия от качества соединения отдельных его элементов между собой. Служит для обнаружения зон на­ рушения жесткой связи между элементами слоистых (клееных, паяных) конструкций.

Рис. 112. Принципиальная схема контроля качества склейки импедансным методом:

/ — д а т ч и к : 2 — о б ш и в к а : 3 — с л о й к л е я ; 4 — з а п о л ­ н и т е л ь

Изменение входного импеданса системы может быть обна­ ружено по изменению амплитуды или фазы силы реакции, ока­ зываемой на датчик, возбуждающий в изделии упругие (изгибные) колебания или по изменению собственной частоты дат­ чика.

На рис. 112 показана принципиальная схема контроля по амплитудному методу. Датчиком здесь является стержень, со­ вершающий продольные колебания. Если этот стержень кон­ тактирует с участком, например, обшивки, жестко склеенной с заполнителем (подложкой), вся конструкция колеблется как единое целое, и механическое сопротивление, оказываемое из­ делием стержню, определяется жесткостью всей конструкции. При этом сила реакции Fp изделия на стержень будет значи­ тельной.

3 5 0

Если же стержень расположить над дефектной зоной, то пеирнклеенный участок обшивки будет колебаться, как заж а­ тый по контуру диск, независимо от всей конструкции. Так как жесткость обшивки намного меньше жесткости всей конструк­ ции, сила реакции Fp' резко уменьшится. На этом принципе ра­ ботает прибор ИАД-2.

Рис. 113. Принципиальная схема контроля качества склейки методом свободных колебаний:

/ — к о н т р о л и р у е м о е и з д е л и е ; 2 — э л е к т р о м а г н и т ; 3 — м и к р о ­ ф о н ( п ь е з о э л е м е н т ) ; 4 — у с и л и т е л ь ; 5 — и н д и к а т о р

При фазовом варианте уменьшение импеданса контроли­ руемого изделия, вызываемое дефектом, сопровождается изме­ нением фазы силы реакции и, следовательно, фазы снимаемомого с пьезоэлемента датчика электрического сигнала. Обыч­ но дефект вызывает значительный фазовый сдвиг. Измеряя фазовый сдвиг между принятым сигналом и напряжением воз­ буждающего излучатель генератора, можно выявить дефекты по обусловленному ими изменению фаз.

Пмпедансный метод позволяет обнаруживать зоны наруше­ ния жесткой связи между элементами слоистых конструкций: непроклеи, непропаи, расслоения, слабую адгезию, неполную полимеризацию и т. п. Метод позволяет контролировать изде­ лия как с плоскими, так и с кривыми поверхностями.

По амплитудному и фазовому варианту работает прибор IIАД-3 с рабочей частотой I—6,5 КГц. Оптимальная частота подбирается в зависимости от параметров контроля.

М е т о д с в о б о д н ы х к о л е б а н и й основан на анализе частотного спектра свободных колебаний и системе, возбуж­ денной ударом. Сущность метода заключается в следующем. Если твердое тело, обладающее определенной массой, гиб­ костью и механическим сопротивлением возбудить резким уда­ ром, то в нем возникнут свободные (или собственные) зату­ хающие колебания.

351

При заданных размерах и форме изделия, однородности материала, из которого оно изготовлено, частота собственных колебаний изделия является величиной определенной. При на­ личии в изделии дефекта (расслоения, раковины и т. п.) пара­ метры колебательной системы (гибкость, масса) меняются, что ведет к изменению частоты собственных колебаний и лагорифмнческого декремента затухания.

На рис. 113 показана схема контроля качества склейки ме­ тодом свободных колебаний. Боек датчика, укрепленный на якоре эдектомагпита 2, ударяет по поверхности контролируе­ мого изделия 1 с частотой питающего электромагнит перемен­ ного тока, возбуждая в изделии свободные колебания. Микро­ фон 3 (пьезоэлемент), установленный на поверхности изделия, воспринимает эти колебания и передает их в виде электриче­ ских сигналов на усилитель 4, на выходе которого включено реле, управляющее сигнальной лампой индикатора 5. Если дат­ чик попадает на участок пепроклея, амплитуда возбуждаемых в изделии колебаний падает, сигнал на выходе усилителя уменьшается, реле срабатывает и загорается сигнальная лампа.

Этот метод позволяет контролировать слоистые конструк­ ции на наличие зон нарушения жесткой связи между слоями, а также обнаруживать внутренние дефекты в массивных изде­ лиях.

Г л а в а XV

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

§ 57. Характеристика методов

Различные виды проникающей радиации находят весьма широкое применение в современной технике. Дефектоскопия с помощью рентгеновских и гамма-лучей, а также потоков ней­ тронов, толщинометрия с использованием гамма- и бета-лу­ чей, рентгено-структурный анализ, позволяющий измерять в из­ делиях величину внутренних остаточных напряжений, рентге­ новская спектроскопия — это далеко не полный перечень обла­ стей использования проникающей радиации.

Рентгеновские лучи применяются уже давно. Несколько позже стали использовать гамма-лучи; а в последние годы —

3 5 2