TPmetod1 (Курсовые по акустике - три готовых варианта, плюс чертежи преобразователей и схема мезона в маткаде)

Расчет преобразователей для контроля сварных швов малой толщины

Для контроля сварных швов толщиной не более 10-12мм основная трудность состоит в выборе таких параметров преобразователя, которые обеспечивают надежную проверку сварного шва при минимальном уровне помех, связанных с отраженными от неровностей сварного шва. Задается толщина сварного соединения h /ширина валика усиления также принимается равной h/ и минимальный размер дефекта d /плоскодонного отверстия/, который требуется выявить. Требуется рассчитать рабочую частоту f , угол наклона призмы a и диаметр преобразователя 2a.

Контроль шва проводится прямым и однократно отраженным лучом /рис/. При контроле корневой части шва в качестве ложного сигнала может регистрироваться отражение от провиса. Сигналы от дефектов отличаются от них по времени прихода. Для этого прибор должен обладать разрешающей способностью не хуже h/8. Из этого условия определяется нижний предел частоты. Значение частоты определяется также из условия: размеры дефектов, которые требуется выявить, должны быть больше длины волны ультразвука. Выбирается большее из двух найденных значений частоты. Окончательно рабочая частота выбирается, как ближайшее значение из стандартного ряда, превосходящее найденную величину.

Определение угла наклона призмы искателя a и размера пьзоэлемента 2a выполняется из следующих двух условий: слой толщиной не менее h/3 вблизи корня сварного шва должен контролироваться прямым лучом. Это условие записывается в виде неравенства

Добавка Dg@1мм в левой части неравенства введена в качестве резервной. Стрела преобразователя C из условий на призму искателя, сформулированных в разд.4, при этом необходимо предусмотреть резервное расстояние не менее 0,5мм.

Не должны возбуждаться поверхностные волны в изделии. Поскольку a и g связаны законом синусов, а величины C и a зависят от размера пьезоэлемента 2a, для выбора a и 2a имеются два выражения, которые в процессе решения можно рассматривать как равенства. Решение системы рекомендуется выполнить методом подбора. При этом a следует определить с точностью до градуса /оно лежит в интервале 50...56^о/, а a - с точностью до 0,5мм /оно обычно лежит в интервале 2...4мм/. После вычисления следует уточнить угол призмы a с учетом экспериментальной зависимости g от a /см. [2], рис.32/.

При контроле сварных швов малой толщины в качестве искусственного дефекта используется угловой отражатель типа “зарубка”. С учетом выбранного угла призмы, руководствуясь справочником [2] /с. 206-208/, необходимо определить размеры зарубки, дающей такую же амплитуду сигнала, как и заданное плоскодонное отверстие диаметром d . Обратить внимание, что в [2] на рис.54 по оси абсцисс отложен угол преломления.

Рис. Схема контроля сварных швов малой толщины.

Расчет параметров аппаратуры для контроля сварных швов большой толщины

При контроле сварных швов толщиной 100мм и более /рис./ ультразвук проходит большой путь в металле, что вызывает существенное ослабление чувствительности. Задается средний размер D зерна металла /низкоуглеродистой стали/, толщина h контролируемого шва, диаметр d плоскодонного отверстия, которое необходимо выявить, и /в некоторых вариантах/ минимальная фронтальная разрешающая способность . Необходимо выбрать угол наклона a и преобразователя, рассчитать рабочую частоту f и диаметр преобразователя 2a .

Угол наклона призмы преобразователя a выбирается равным 40⁰, если толщина шва меньше 150-200мм и 35-30⁰ для более толстых швов. Далее по закону синусов рассчитывается угол преломления /угол ввода/ g .

Расчет рабочей частоты выполняется из условия достижения максимальной амплитуды сигнала от дефекта. Ослабление зондирующего импульса в акустическом тракте прибора определяется формулой

где - коэффициент прохождения через границу плексиглас-сталь, r - путь ультразвука в изделии /следует брать его максимальное значение с учетом угла наклона искателя и схемы контроля/, r_пр - средний путь в призме преобразователя, - приведенный путь от мнимой пьезопластины до дефекта /следует брать его максимальное значение/, - площадь мнимой пьезопластины, - площадь плоскодонного отражателя, c- скорость распространения ультразвука в изделии, и - затухание ультразвука в изделии и призме. Мнимая пьезопластина строится в соответствии с рекомендациями / [1] стр. 84-86 /. Затухание в изделии определяется формулой

где первый член характеризует поглощение, а второй - рассеяние звука. берется в мм, f - в МГц, а - в непер/м.

Затухание ультразвука в призме происходит по линейному закону , где коэффициент определяется из графиков [1] /стр.276, рис.П5/. В качестве материала призмы выбирается органическое стекло или арелакс. Путь ультразвука в призме r_пр определяется аналитически или графически, исходя из конструкции призмы с учетом условий отмеченных [1] /стр.106,задача 2.3.1/. Размер пьезопластины выбирается для этого расчета с учетом рекомендаций [2] /стр.232/; впоследствии размеры пьезопластины уточняются.

Из формулы для видно, что повышение частоты уменьшает расхождение ультразвуковых лучей, но увеличивает затухание. Отсюда возникает необходимость вычисления оптимальной частоты.

Проверяется, что найденное значение частоты обеспечивает условие: длина волны ультразвука меньше размера дефекта, который требуется выявить. Окончательное значение частоты в МГц выбирается из ряда значений регламентированного ОСТом /0,5;0,6;1,0;1,2;1,5;1,8;2,0;2,5;3,0;5,0;7,5;10,0/.

Уточненный размер пьезопластины выбирается наибольшим, исходя из двух условий : отношение сигнал - средний уровень структурных шумов больше 2 и достижение минимального /или заданного/ значения фронтальной разрешающей способности как при малых, так и при больших расстояниях до дефекта.

Отношение сигнал - шум определяется путем деления выражения для на выражение для среднего уровня структурных шумов /помех/.

где - длительность импульса.

Фронтальная разрешающая способность для ближней зоны определяется формулой

а для дальней зоны

Здесь 2a - диаметр пьзопластины. Коэффициент 0,5 принимается для границы ближней зоны, а 1 - вблизи преобразователя.

Совместное вычисление по этим формулам позволяет определить величину D, обеспечивающую фронтальную разрешающую способность. Если минимальное значение задано, то следует проверить выполнение этого требования во всех зонах сварного шва и в случае необходимости скорректировать значение диаметра пьезопластины и частоты. Диаметр пластины выбирается исходя из второго условия, и затем проверяется выполнение первого.

Рис. Схема контроля сварных швов большой толщины.

Расчет теневого дефектоскопа для контроля листов

Контроль листов теневым методом осуществляется в иммерсионном варианте. Задаются минимальная h_min и максимальная h_max толщины контролируемого листа, диаметр d_min дефекта в виде полого диска, который необходимо выявить в листе при произвольном его положении по толщине, минимальное ослабление сквозного сигнала дефектом K_g = (1 - P_T / P_c) , которое считается достаточным для его регистрации на фоне случайных изменений сквозного сигнала.

Требуется рассчитать диаметры D /или площади S / преобразователей, рабочую частоту f , толщину h_ж слоя контактной жидкости, расстояние H между преобразователями. Предварительный выбор частоты выполняется из соображений предотвращения интерференции в наиболее тонком слое. Минимальная толщина слоя контактной жидкости должна быть такой, чтобы в ней также не возникало интерференции ультразвуковых волн [1] /стр.155-156/.

Расстояние между излучателем и приемником H должно обеспечивать возможность контроля при изменении толщины листов в пределах допуска /обычно около 10%/ и случайные смещения листа из среднего положения в процессе перемещения между преобразователями /также около 10%/. Например, H определяется из неравенства

Выбор размеров преобразователей и уточненное определение рабочей частоты выполняется, исходя из достижения требуемой чувствительности. Если лист тонкий /рис.1а./, расстояние между излучателем и приемником заполнено преимущественно иммерсионной жидкостью /водой/. В этом случае достижение требуемой чувствительности оценивается, исходя из выявляемости дефекта в ближней зоне r_б искателя

где s - площадь дефекта, S - площадь искателя. Для надежного выявления дефекта принимаем коэффициент 1...4 равным 1. Затем необходимо рассчитать ближнюю зону и проверить, что приведенное расстояние между преобразователями меньше удвоенной ближней зоны.

Уточнение выбора частоты /в сторону повышения/ Производится на основе выявляемости дефекта при любой толщине листа и при любом положении дефекта в листе. Для этого следует обеспечить выявляемость дефекта в дальней зоне /рис.1б./.

Здесь - приведенное расстояние между преобразователями, соответствующее максимальной толщине изделия