Ультразвукова система контролю зварних з’єднань труб великого діаметру

Ультразвукова  система контролю  зварних  з’єднань  труб великого  діаметру 

Виконав:  студент гр.  Мігловець  А.С.

Найковий  керівник: к.т.н. ,доц. Монченко О.В.  

Національний  авіаційний університет

Кафедра  інформаційно-діагностичних  систем 

2011

Огляд  дефектів зварних  з’єднань

Пора  в зварному шві (Рис.1а) - дефект  зварного шва у вигляді порожнини  округлої форми, заповненої газом.

Непровар (Рис.1б)- дефект у вигляді несплаву  в зварному з'єднанні унаслідок  неповного розплавлення кромок  або поверхонь раніше виконаних  сваликов зварного шву.

Шлакові  включення (Рис.1в) - дефекти у вигляді  вкраплення шлаку в зварному  шві.

Тріщини (Рис.1г) - дефекти зварного з'єднання  у вигляді розриву в зварному  шві і (або) прилеглих до нього  зонах.  

2

Рис. 3

Принцип  формування АФАГ УЗ хвилі,

що поширюється  під кутом  

Обгрунтування  вибору методу  неруйнівного контролю 

3 

Рис. 6

Сканування  ОК АФАГ з використанням призми  

Рис. 5

Графічне  зображення шляху УЗ хвилі  в ОК  

Рис.4

Фокусування  АФАГ УЗ хвилі

Розрахуємо довжину  хвилі в ОК: 

  Розрахуємо  довжину хвилі в оргсклі: 

  Період  гратки d ФАГ: 

  Ширина  елементів ФАГ:

       

    
 

Обираючи  довжину ФАГ необхідно забезпечити  виконання наступної умови: h^max < 2.5r^бл

 прозвучування відбувається в проміжній зоні.

Максимальна  довжина шляху хвилі не перевищуватиме 40 мм, таким чином   h^max = 60 мм. 

 Обираємо L=30 (мм). Розрахуємо кількість елементів  АФАГ.  

 Обираємо  кількість елементів 104 (найближче  кратне 8 число), перерахуємо значення L: 
 

 Ширина АФАГ  M= 5 мм. 

Розрахунок  фазової гратки 

4 

  Рис. 7

  АФАГ

 
Розрахунок  коефіцієнта послаблення акустичного  тракту ПЕП 
 

  Проведемо  розрахунок коефіцієнтів

    проходження на границі ЦТС-19 – оргскло: 

  Проведемо  розрахунок коефіцієнтів 

  проходження  на границі оргскло – сталь (ОК): 

5

Структурна  схема УЗ системи  контролю зварних  з’єднань 

1 - механічний  блок керування;

2 - блок  обробки прийнятого сигналу;

3 - блок  обробки інформації; 

6

Загальна  функціональна схема  системи ультразвукового

  контролю зварних з’єднань труб великого діаметру  

7 

ЦАП – цифро  – аналоговий перетворювач

АЦП – аналогово-цифровий  перетрорювач;

МП – мікропроцесор;

Р3 – регістр  зсуву;

СНЧ – синтезатор  низькіх частот;

А – адаптер.

 

Функціональна  схема вимірювального  каналу 

Схема  пристрою узгодження  в середовищі Electronics Workbench  

8

Аналіз  похибок моделювання

Сумарна складова  напруги зміщення має п'ять складових, зумовлених такими чинниками:

          початковою напругою  зміщення і температурним дрейфом,

          струмами зміщення,

          неоптимальністю  послаблення синфазного сигналу,

          пульсаціями в  колах живлення,

          шумовими властивостями  вхідних кіл операційного підсилювача. 
 

Ці складові  слід розглянути окремо.

 Початкова напруга зміщення і температурний дрейф

       Ця складова зумовлена початковою наругою зміщення нуля ОП в даній схемі приблизно       дорівнює 0, так як в якості ОП використовується сучасний підсилювач, в якому врахована   компенсація даної похибки.

      Струми зміщення

    Використання  сучасних інтегральних мікросхем  дозволяє мінімізувати дану похибку  майже до нуля, що й було  зроблено в даній роботі.

 Неідеальність послаблення синфазного сигналу

       Третя складова зумовлена неідеальністю послаблення синфазного сигналу. Вона обчислюється за формулою 
 

9

10

11

Мультиплікативні  похибки 
 

Мультиплікативні  похибки мають також п'ять складових, зумовлених наступними чинникам

          обмеженістю  і  його зміною,

          шунтуючою дією  вхідних імпедансів ОП на - коло,

          обмеженістю вихідного  опору ОП,

          нестабільністю  кола,

          співвідношенням  вхідного та вихідного опорів (похибка узгодження). 
 
 
 

12

Шунтуюча  дія вхідних імпедансів  ОП на -коло. У реальних умовах значення вхідних опорів ОП не є нескінченними, а значення вхідних ємностей не дорівнюють нулю. Розглянемо вплив цих чинників в двох основних варіантах включення ОП. 
 

13

14

Огляд  стандартів в області  неруйнівного контролю 
 

15

ВИСНОВКИ 

1. В дипломному проекті були наведені основні характеристики ОК, описані можливі типи дефектів для даного о'бєкту контролю, проаналізовані методи неруйнівного контролю, доведена доцільність використання ультразвукових методів контролю (УЗК).

2. Обґрунтовано вибір шляхів реалізації окремих блоків системи. Для контролю використовувався луно-дзеркальний метод. П'єзоелектричний перетворювач реалізований на базі фазованої гратки (АФАГ), яка забезпечує можливість введення хвилі в ОК під різними кутами, а також можливість фокусування УЗ хвилі на певних відстанях в ОК. 

3. В дипломному проекті були розраховані основні параметри вузлів системи: розрахований ПЕП за типом АФАГ кількістю елементів 104. Обґрунтовано вибір геометричних параметрів АФАГ. Визначено діапазон зміни кутів випромінення АФАГ та розраховані відповідні частоти збудження елементів. Розраховані коефіцієнти акустичного та електричного трактів.

4. Була розроблена загальна функціональна схема системи, що проектується та надано описання принципу її роботи.

5. Здійснений розрахунок пристрою узгодження спроектованого вимірювального каналу .

6. Розраховано адитивну та мультиплікативну похибки пристрою узгодження.

7. Також в дипломному проекті проведено огляд стандартів в галузі неруйнівного контролю.  

16