Дипломная работа на тему: Методы контроля положенные в основу действия дефектоскопа УДЗ-71

Заказ 069

Цена полной версии дипломной работы: 2500 рублей

Содержание

Содержание. 1

ВВЕДЕНИЕ.. 2

  1. Обзор работ по ультразвуковому контролю изделий и постановка задачи. 7

2.1. Методы ультразвукового контроля. 16

2.1.1. Методы отражения. 16

2.1.2. Методы прохождения. 20

2.1.3. Комбинированные методы.. 24

2.1.4. Методы собственных колебаний. 26

2.1.5. Импедансные методы.. 28

2.1.6. Пассивные методы контроля. 30

2.2. Основные акустические методы контроля положенные в основу действия дефектоскопа УДЗ-71  32

2.3. Анализ характеристик ультразвуковых дефектоскопов. 40

2.3.1. Параметры зондирующего импульса. 41

2.3.2. Частота следования зондирующих импульсов. 43

2.3.3. Параметры развертки дефектоскопа. 45

2.3.4. Параметры приемного тракта дефектоскопов. 48

2.3.5. Динамический диапазон усиления, регулировка усиления. 52

  1. Раздел метрологический. 55

3.1. Основные метрологические характеристики дефектоскопа УД3-71. 55

3.2. Объем и последовательность проведения испытания ультразвукового дефектоскопа (УД3-71) 57

3.3. Методика проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа (А1214 Эксперт) 62

3.2.1. Операция проверки. 62

3.3.2. Средства проверки. 62

3.3.3. Требования к квалификации проверяющего. 63

3.3.4. Требования безопасности. 64

3.3.5. Условия проверки и подготовка к ней. 65

3.3.6. Проведение проверки. 66

3.3.7. Оформление результатов проверки. 81

4.Раздел исследовательский. 83

4.1 Ультразвуковые установки для автоматизации Н.К. 83

4.2 Автоматизированная обработка результатов Н.К. 88

4.3 Программа для автоматизированного обмена результатами контроля между ПК и УЗ дефектоскопом и обработки данных. 91

5.Раздел безопасность жизнедеятельности. 96

5.1 Правила техники безопасности при работе с ультразвуковым дефектоскопом. 96

6.Экономический раздел. 104

6.1 Экономическая эффективность использования автоматизированного контроля. 104

Заключение: 112

Список литературы.. 114


ВВЕДЕНИЕ

 

Одной из основных проблем машиностроения в настоящее время является обеспечение надежности и качества производимой продукции. Решение этой проблемы, в первую очередь, определяется надежным и эффективным контролем всех стадий технологического процесса изготовления изделия, и, что особенно важно, готовой продукции.

Под качеством продукции понимают совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением (ГОСТ 15467-79).

Количественно качество продукции на этапе производства определяется через характеристики дефектов готовой продукции, а также через вероятностные характеристики параметров (показателей), задающих качество в соответствии с техническими условиями и конкретными потребительскими свойствами продукции.

Показатель качества промышленной продукции – это параметр или вероятностная характеристика параметра, используемые для количественного описания какого-либо признака продукции. С помощью этих количественных характеристик в документации задается качество готового изделия.

На данный час ГОСТом установлено одиннадцать групп основных показателей качества:

1) показатели назначения (определяют такие важнейшие свойства изделия, как точность функционирования, мощность, быстродействие, габаритно-весовые характеристики   и другие);

2) показатели надежности (характеризуют свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости продукции);

3) эргономические (определяют систему взаимодействия «человек-изделие» с точки зрения удобства использования в связи с антропологическими и физиологическими особенностями человеческого организма);

4) эстетические;

5) показатели технологичности (трудоемкости, материалоемкости и другие);

6) стандартизации и унификации (коэффициенти применяемости, повторяемости, взаимной унификации);

7) транспортабельности;

8) патентно-правовые (патентной защиты и чистоты);

9) экологические;

10) показатели безопасности;

11) экономические (себестоимость, трудоемкость и другие).

Качество промышленной продукции закладывается на этапе ее проектирования, изготовления и сборки. Качество изготавливаемой продукции в любой отрасли промышленности определяется следующими факторами:

  • правильность разработки проекта (конструктивно-технологических решений);
  • правильным (для предусмотренных условий эксплуатации) выбором сырья и материалов;
  • качеством исходного сырья, покупных изделий и полуфабрикатов;
  • совершенством технологии производства (кустарное производство или высокотехнологическая автоматизированная линия производства), т.е:
    • технологическая оснащенность производства современным оборудованием, инструментом и оснасткой;
    • уровнем автоматизации технологических процессов и контрольных операций (нет потери качества вызванных человеческим фактором);
    • правильность выбора режимов обработки (например, время и температура отжига);
    • тщательность контроля изменения свойств и характеристик изготовляемого изделия   на каждой технологической операции.
  • качеством труда изготовителей (квалификация и ответственность рабочих);
  • совершенством организации производства (технологическая оснащенность службы контроля, уровень стандартизации, унификации технологических процессов и документации);
  • и в результате степень соответствия – степенью соответствия изготовленной продукции предъявляемым к ней требованиям.

Как видим, из выше сказанного, необходимо проводить контроль большого количества самых разнообразных параметров на различных стадия технологии изготовления изделия. При чем, в ряде отраслей промышленности, затраты на контроль качества изготовляемой продукции составляет порядка 40-45% трудозатрат на производство продукции, а количество контролеров составляет 30% работающих.

Техническим контролем называется проверка соответствия продукции или процесса установленным техническим требованиям, от которых зависит качество продукции (ГОСТ 16504-81). Сущность технического контроля сводится к получению информации о фактическом состоянии объекта   контроля (материала, изделия, системы в целом), о признаках и показателях его свойств и последующему сопоставлению полученной первичной информации с заданными критериями (признаками), нормами и требованиями.

Классификацию технического контроля можно провести по следующим признакам:

  • в зависимости от этапа создания продукции (контроль проектирования, производственный и эксплуатационный);
  • в зависимости от этапа процесса производства (входной, операционный, приемочный и инспекционный);
  • в зависимости от объема контролируемой партии продукции (сплошной и выборочный);
  • по характеру воздействия на технологический процесс (активный и пассивный);
  • по характеру воздействия на объект (разрушающий и неразрушающий).

Более детально остановимся на определении неразрушающего контроля (НК). НК – представляет собой процесс оценки свойств, характеризующих свойства изделий, признаков и параметров, может быть проведен как на основе оценки взаимодействия излучений и полей различной физической природы с материалами объекта контроля, так и изучении закономерностей деградационных процессов. После проведения НК не нарушается пригодность продукции к дальнейшему использованию и не изменяются надежностные ее характеристики.

Как видим, при всем разнообразии методов контроля, количество продукции, которая требует 100% контроля на различных этапах производства или, вообще, постоянного контроля при производстве, постоянно растет. При этом растет объем получаемой и обрабатываемой информации при сокращении срока на ее обработку. Т.е. сложность и объемы обрабатываемой при контроле информации превосходят возможности человека во множество раз. Первостепенное значение автоматизация НК имеет при: контроле изделия соответствующего назначения, когда требуется максимально возможная достоверность оценки качества изделия; дефектоскопия изделия с повышенным радиационным фоном или высокой (низкой) температурой с целью обеспечения нормальных условий работы оператора; контроле продукции массового производства, когда необходимо обеспечить максимально возможную скорость производственного процесса.

Автоматизация и механизация тех или иных процедур проведения НК проводится уже достаточно давно. Однако количество получаемой и обрабатываемой при этом информации растет с каждым днем. Поэтому комплексная автоматизация стала возможна лишь в последние 20-25 лет, благодаря использованию в производственных процессах микропроцессосов, микроконтроллеров и миниЭВМ, а также подключении персональных компьютеров к производственным линиям.

 


1. Обзор работ по ультразвуковому контролю изделий и постановка задачи

 

Согласно ГОСТ 18353-79 все методы НК делятся на 9 основных групп:

  • магнитный;
  • электрический;
  • вихретоковый;
  • радиоволновой;
  • тепловой;
  • оптический;
  • радиационный;
  • акустический;
  • капиллярный и течеискания (проникающими веществами).

Акустические методы НК подразделяются на 2 основные группы: активные и пассивные методы (рис.1.1). Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные – только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля, например, образование трещин сопровождается возникновением акустических колебаний, выявляемых акустико-эмиссионным методом.

Активные методы принято делить на методы отражения, прохождения, комбинированные (использующие и отражение и прохождение), собственных колебаний и импедансные.

Методы отражения основаны на анализе отражения импульсов упругих волн от неопределенностей или границ контролируемого объекта (КО), методы прохождения – на влиянии параметров КО на характеритсики прошедших через него волн. Комбинированные методы используют влияние параметров КО как на отражение, так и на прохождение упругих волн. В методах собственных колебаний о свойствах КО судят по параметрам его свободных или вынужденных колебаний (их частотам или величине потерь). В импедансных методах информативным параметром служит механический импеданс КО в зоне его контакта с преобразователем.

Пассивные методы НК классифицируются по характеру анализируемых сигналов.

Акустические методы НК подразделяются на 2 основные группы: активные и пассивные методы (рис.1.1). Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные – только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля, например, образование трещин сопровождается возникновением акустических колебаний, выявляемых акустико-эмиссионным методом.

Активные методы принято делить на методы отражения, прохождения, комбинированные (использующие и отражение и прохождение), собственных колебаний и импедансные.

Методы отражения основаны на анализе отражения импульсов упругих волн от неопределенностей или границ контролируемого объекта (КО), методы прохождения – на влиянии параметров КО на характеритсики прошедших через него волн. Комбинированные методы используют влияние параметров КО как на отражение, так и на прохождение упругих волн. В методах собственных колебаний о свойствах КО судят по параметрам его свободных или вынужденных колебаний (их частотам или величине потерь). В импедансных методах информативным параметром служит механический импеданс КО в зоне его контакта с преобразователем.

1929 г. можно рассматривать как год рождения ультразвукового контроля материалов. В этом году Соколовым С.Я. был предложен тепловой метод с непрерывными звуковыми волнами для выявления дефектов материала. В 1931 г. Мюльхойзер получил первый патент на прибор для НК контроля теневым методом. Дальнейшее развития теневого метода тесно связано с работами таких известных ученых как Крузе, Мейера, Бока, Черлиньского, Гетца и Д.С. Шрайбера. Все они использовали только лабораторное оборудование, до использования УЗ-дефектоскопов в производстве речь еще не шла. Ультразвуковыми преобразователями тогда служили пьезоэлектрические кварцевые пластины. Высокочастотные генераторы для получения напряжений (на кварце) до нескольких сот вольт имели в некоторых случаях механические устройства для частотной модуляции (вращающиеся конденсаторы), а в некоторых случаях электронные (например, с модуляцией шума), чтобы избежать возникновения стоячих волн. Высокочастотные усилители, выпрямители и индикаторы (стрелочные) соответствовали уровню развития высокочастотной техники того времени, и не имели, естественно, никаких специальных особенностей. Во избежание прямой передачи высоких частот от излучателя к усилителю изготовлялись отдельно и хорошо экранировались.

 

Рис.2.1. Классификация акустических методов неразрушающего контроля.

 

При первых практических попытках контроля котельных листов на расслоение теневым методом фирмы «АЭГ» и «Борзинг» (Германия) в первые послевоенные годы также использовали исключительно лабораторное оборудование.

Первые серийные приборы для УЗ НК были созданы только после войны фирмами «АСЕС» (Бельгия), «Доктор Лефельд унд Ко» (Германия).

В 30-е годы прошлого столетия первые попытки создания устройств для преобразования ультразвука в видимое изображение, т.е. приборов, преобразующих распределение звукового давления в видимые изображения. Первым таким прибором (1937 г.) стал элемент Польмана.

Один из приборов с этим элементом еще до 1945 г. применялся на исследованиях в серийном производстве при исследовании крупных изделий с диаметром поля зрения 500 мм. Однако широкого применения на практике этот прибор так и не получил. В данный час принцип предложенный Польманом снова исследуется. В 1972 г. во второй своей работе Каннингем и Квейт создали ультразвуковой микроскоп, работающий на теневом методе (частота ультразвука около 1000 МГц). В 1935 г. соколов С.Я. предложил идею так называемого рельефного метода. Звуковые волны в жидкости, возмущенные предметом контроля, отклоняются к поверхности и вызывают там рябь или завихрения. Это изображение при правильном освещении может быть видно невооруженным глазом. Такой метод был доведен до стадии промышленного применения на частотах 50-100 МГц и получил название ультразвуковой микроскопии. Кроме того, этот метод известен по названием SLAM – сканирующий лазерный акустический микроскоп, сономикроскоп (фирма «Соноскан» США).

В 1937 г. Соколов С.Я. предложил электронное ощупывание распределения звукового давления и электрического заряда на пьезоэлектрическом преобразователе с представлением изображения на экране (устройство получило название камера Соколова).

В 1941. Соколовым было предложено усовершенствовать теневой метод, недостатки устранялись с использованием частотной модуляции в непрерывных звуковых волнах. Вскоре этот метод вытеснил эхо-импульсный метод, и теперь он практически не используется.

В 1952 г. Хатфильдом был предложен фазовый метод для измерения толщин или скоростей звука. Здесь применялись непрерывные звуковые волны. Для измерения времени прохождения сигнала сопоставлялись фазы выходящей с излучателя и отраженной волн (эха).

Использование акустической эмиссии как метода НК впервые было предложено в работах Кайзера. Первые попытки количественно оценить эмиссию звука предпринимали Мейсон, Мак-Скими и Шокли. С тех пор в этой области проведено большое количество исследований, однако на данный час этот метод НК не является широко применяемым в масштабах серийного производства.

Непрерывные звуковые волны при исследование наличия и характера дефектов в материале и изделиях в 40-е годы прошлого столетия были вытеснены ультразвуковыми импульсами. Однако непрерывные волны до сих пор используются для измерения толщин стенок в резонансном методе. Этот метод основан на зависимости резонансной частоты (собственной частоты) колебаний пластины от ее толщины. На основе патента Эрвина и Рассвайлера (1944 г.) фирма «Дженерал моторс» в 1947 г. построила первый резонансный толщиномер («Sonigage» — звуковой калибр). Больее распространение получил прибор «Vidigage» (визуальный калибр) фирмы «Бренсон инструментс инк.».

Успехи в развитии импульсной техники привели к тому, что резонансные приборы для измерения толщины стенок были постепенно вытеснены импульсными. Т.к. по времени прохождения ультразвукового импульса, измеренного эхо-импульсным прибором, при известной скорости звука можно определить его путь (толщину стенки).

Основа для развития наиболее важных современных УЗ методах НК была заложена еще в исследованиях, проводимых в годы первой мировой войны. В это время Ланжевен разработал эхо-импульсный способ для обнаружения нахождения подводных лодок. Основа этого метода использовалась в импульсном эхо-методе с электромагнитными волнами после разработки необходимой электронной базы.

В 1940 г. Файерстон впервые предложил использовать эхо-импульсный метод для УЗ НК материалов. Перед теневым методом он имел существенное преимущество: его чувствительность значительно выше. При использовании этого метода даже не значительные дефекты способны создавать заметное ультразвуковое эхо. Время прохождения эхоимпульса позволяет определить местонахождение отражателя (дефекта), что при теневом методе невозможно. Кроме того, при эхо-импульсном методе необходимо иметь доступ лишь к одной стороне контролируемого образца. Еще одним недостатком теневого метода с непрерывными звуковыми волнами является возникновение стоячих волн в контролируемом объекте, этого легко избежать применяя достаточно короткие ультразвуковые импульсы.

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

Заключение:

При выполнении дипломного проекта был рассмотрен процесс неразрушающего контроля с применением ультразвукового дефектоскопа УДЗ-71. Кроме того, был рассмотрен сам процесс дефектации и методы ультразвуковой дефектации.

В заключение можно сказать:

Измерения ультразвуковым методом — это точность, надежность и быстрота. Используя этот метод, можно мгновенно получать показания толщины посредством передачи звука в материал используя доступ только с одной стороны, что дает возможность избежать разрушения материала для проведения измерений обычными методами. При этом экономится время и трудозатраты а также сохраняется измеряемый материал без разрушения в случаях когда доступ к обратной стороне объекта измерения ограничен или невозможен и измерения обычными средствами невозможны. Практически любой материал может измеряться ультразвуковым методом.

Повышение производительности и достоверности ульразвукового контроля возможно с применением малогабаритных установок, имеющих многоканальный дефектоскоп и многоэлементные акустические системы, а также при использовании методик экспресс-диагностики.
Постоянно возрастающие объемы неразрушающего контроля объектов и оборудования, имеющих критические сроки эксплуатации, требуют увеличения производительности контроля и повышение достоверности наиболее широко применяемых методов — рентгеновского и ультразвукового. Преимущества и недостатки этих методов для контроля сварных соединений и основного металла трубопроводов, резервуаров, металлоконструкций и т.д. хорошо известны.

Быстрое развитие электроники позволяет создать многоканальные дефектоскопы, имеющие небольшие габариты и вес, а наряду с применением многоэлементных акустических блоков, существенно расширить возможности ультразвукового контроля.

Статистика разрушений газопроводов показывает, что трещиноподобные протяженные дефекты развиваются не только в сварных швах, но и в основном металле. Основными, наиболее опасными, дефектами основного металла являются расслоения (ликвация) и развивающиеся от них трещины, а также продольно-ориентированные (осевые) трещины ( стресс-коррозионные).
Нaибoлee чacтo ультрaзвукoвaя дифeктocкoпия примeняeтcя в cлeдующих видaх рaбoт:

  • ультрaзвукoвoй кoнтрoль трубoпрoвoдoв
  • ультрaзвукoвoй кoнтрoль мeтaллoв;
  • ультрaзвукoвoй кoнтрoль cвaрных coeдинeний;
  • ультрaзвукoвoй кoнтрoль литых зaгoтoвoк и cтaльнoгo литья;
  • ультрaзвукoвoй кoнтрoль пoкoвoк;
  • ультрaзвукoвoй кoнтрoль пoвeрхнocти кoлeca кaтaния;
  • ультрaзвукoвoй кoнтрoль cвaрных cтыкoв рeльcoв.


Список литературы

 

  1. Алешин Н.П., Лупачев В.Г. Ультразвуковая дефектоскопия. Справочное пособие. — Минск, 1987
  2. Выборнов Б.И. Ультразвуковая дефектоскопия. — М., 1985
  3. Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А.И. Акустические методы контроля. (под ред. В.В.Сухорукова). — М., 1991
  4. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. НК, том 3 из 7. Ультразвуковой контроль. Справочник — М., 2004
  5. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. Крауткремеры Й.и Г. Ультразвуковой контроль материалов. Справочник. — М., 1991