RU225060U1 - Adjustment sample for setting up ultrasonic thickness gauges - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к методам неразрушающего контроля и может быть использована в любой отрасли промышленности для настройки оборудования для ультразвукового метода неразрушающего контроля, а именно, к настроечным образцам для настройки и калибровки толщиномеров и может быть использована для настройки ультразвуковых толщиномеров в диапазоне контроля от 0,2 до 500 мм. Настроечный образец для настройки ультразвуковых толщиномеров при проведении измерений выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, в основании которого выполнено не менее двух вертикальных глухих плоскодонных цилиндрических отверстия, высота образца под цилиндрическими отверстиями соответствует измеряемому значению толщины для настройки толщиномера, при этом указанная высота в заготовке получена путем электроэрозионной обработки отверстия в виде цилиндрической полости до заданной глубины. Технический результат заявленной полезной модели состоит в расширении арсенала технических средств, обеспечивающих повышение точности измерения и настройки толщиномера, а также снижение расхода материала при изготовлении устройства. The utility model relates to non-destructive testing methods and can be used in any industry for setting up equipment for the ultrasonic non-destructive testing method, namely, setting samples for setting up and calibrating thickness gauges and can be used to set up ultrasonic thickness gauges in the control range from 0.2 up to 500 mm. The adjustment sample for adjusting ultrasonic thickness gauges when carrying out measurements is made in the form of a rectangular parallelepiped, at the base of which there are at least two vertical blind flat-bottomed cylindrical holes, the height of the sample under the cylindrical holes corresponds to the measured thickness value for adjusting the thickness gauge, while the specified height in the workpiece is obtained by electroerosion machining a hole in the form of a cylindrical cavity to a given depth. The technical result of the claimed utility model is to expand the arsenal of technical means that increase the accuracy of measurement and adjustment of the thickness gauge, as well as reduce material consumption in the manufacture of the device.

Description

Полезная модель относится к методам неразрушающего контроля и может быть использована в любой отрасли промышленности для настройки оборудования для ультразвукового метода неразрушающего контроля, а именно, к настроечным образцам для настройки и калибровки толщиномеров и может быть использована для настройки ультразвуковых толщиномеров в диапазоне контроля от 0,2 до 500 мм. The utility model relates to non-destructive testing methods and can be used in any industry for setting up equipment for the ultrasonic non-destructive testing method, namely, setting samples for setting up and calibrating thickness gauges and can be used to set up ultrasonic thickness gauges in the control range from 0.2 up to 500 mm.

Из уровня техники известен настроечный образец ступенчатого типа ОСО 32.008-09 №1 для настройки чувствительности прямых совмещенных пьезоэлектрических преобразователей при контроле толщин от 25 мм до 170 мм, изготовленный из стали марки Ст.20. Образец состоит из 6-ти плоских ступеней (плоскостей ввода ультразвука), равномерно расположенных по высоте образца на общем основании, а в каждой ступеньке которого расположены вертикальные глухие плоскодонные цилиндрические отверстия диаметром 4 мм, предназначенные для настройки калибровочной кривой «амплитуда-расстояние-диаметр» дефектоскопа.A step-type tuning sample OSO 32.008-09 No. 1 is known from the prior art for adjusting the sensitivity of direct combined piezoelectric transducers when monitoring thicknesses from 25 mm to 170 mm, made of steel grade St.20. The sample consists of 6 flat steps (ultrasound input planes), evenly spaced along the height of the sample on a common base, and in each step there are vertical blind flat-bottomed cylindrical holes with a diameter of 4 mm, intended for setting the amplitude-distance-diameter calibration curve flaw detector.

Недостатки ближайшего аналога:Disadvantages of the closest analogue:

- недостаточная высота настроечного ступенчатого образца (170 мм), не обеспечивающая ультразвукового контроля всех толщин (до 300 мм) заготовок деталей аэродинамических моделей;- insufficient height of the tuning step sample (170 mm), which does not provide ultrasonic testing of all thicknesses (up to 300 mm) of blanks of aerodynamic model parts;

- недопустимо большая (для контроля деталей аэродинамических моделей) величина эквивалентной площади эффективной отражающей поверхности эталонных отражателей на браковочном уровне контроля (плоскодонное цилиндрическое отверстие диаметром 4 мм соответствует несплошности (дефекту) площадью 12,6 мм².- an unacceptably large (for testing parts of aerodynamic models) value of the equivalent area of the effective reflective surface of the standard reflectors at the rejection level of control (a flat-bottomed cylindrical hole with a diameter of 4 mm corresponds to a discontinuity (defect) with an area of 12.6 mm ² .

В отраслевых нормативных документах на проведение ультразвуковой толщинометрии описаны способы изготовления настроечных образцов, выполненных в виде ступенчатого клина («лесенки»), в котором каждая ступень имеет заданную нормативом толщину. Для изготовления настроечного образца с требуемыми характеристиками необходимо делать количество станочных установов, кратное количеству ступеней в образце. Industry regulations for ultrasonic thickness testing describe methods for producing adjustment samples made in the form of a stepped wedge (“ladder”), in which each step has a thickness specified by the standard. To produce a tuning sample with the required characteristics, it is necessary to make a number of machine installations that is a multiple of the number of steps in the sample.

Поскольку настроечный образец имеет сложную конфигурацию и для его изготовления необходимо производство специализированной оснастки и применение сложных технологических процессов таких как фрезерования, обработка на станке с ЧПУ или шлифование, которые являются достаточно трудоёмкими.Since the adjustment sample has a complex configuration and its production requires the production of specialized equipment and the use of complex technological processes such as milling, CNC machining or grinding, which are quite labor-intensive.

Изготовление настроечного образца в виде ступенчатого клина - «лесенки», является также и материалоемким, поскольку для изготовления каждой ступени из заготовки удаляется большое количество материала. The production of a tuning sample in the form of a stepped wedge - a “ladder”, is also material-intensive, since a large amount of material is removed from the workpiece to produce each step.

Кроме того, при такой технологии изготовления, невозможно получение требуемой толщины для проведения настройки образца, например, минимальной 0,2 мм, вследствие коробления материала в процессе изготовления.In addition, with this manufacturing technology, it is impossible to obtain the required thickness for adjusting the sample, for example, a minimum of 0.2 mm, due to warping of the material during the manufacturing process.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является образец для настройки ультразвукового прибора (см. а.с. 1465757 А1, МПК G01N 29/00, 21.10.1986), выполненный в виде последовательно соединенных прямоугольных параллелепипедов со ступенчатой рабочей поверхностью, при этом образец выполнен из поверхностно упрочненного материала, разность высот крайних ступеней выбрана равной глубине упрочненного слоя, а разность высот соседних ступеней выбрана равной чувствительности по глубине прибора для определения эпюр остаточных напряжений. The closest analogue to the claimed object is a sample for setting up an ultrasonic device (see A.S. 1465757 A1, IPC G01N 29/00, 10/21/1986), made in the form of series-connected rectangular parallelepipeds with a stepped working surface, while the sample is made of surface-hardened material, the difference in heights of the outer steps is chosen to be equal to the depth of the hardened layer, and the difference in heights of adjacent steps is chosen to be equal to the depth sensitivity of the device for determining residual stress diagrams.

Недостатками известного образца является то, что для его изготовления необходимо производить сложный цикл термообработки и при его изготовлении большое количество материала уходит в отходы (стружку). The disadvantages of the known sample are that for its manufacture it is necessary to carry out a complex heat treatment cycle and during its manufacture a large amount of material goes to waste (chips).

Задачей создания полезной модели является разработка настроечного образца для настройки ультразвукового толщиномера, при проведении измерения толщины плоских деталей толщиной от 0,2 мм до 500 мм ультразвуком.The task of creating a utility model is to develop a tuning sample for setting up an ultrasonic thickness gauge when measuring the thickness of flat parts with a thickness from 0.2 mm to 500 mm using ultrasound.

Технический результат заявленной полезной модели состоит в расширении арсенала технических средств, обеспечивающих повышение точности измерения и настройки толщиномера, а также снижение расхода материала при изготовлении устройства. The technical result of the claimed utility model is to expand the arsenal of technical means that increase the accuracy of measurement and adjustment of the thickness gauge, as well as reduce material consumption in the manufacture of the device.

Технический результат достигается тем, что настроечный образец для неразрушающего контроля выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, в основании которого выполнено, по меньшей мере, два вертикальных глухих плоскодонных цилиндрических отверстия, при этом высота образца под цилиндрическим отверстием, соответствует требуемому значению толщины для настройки толщиномера, при этом указанная толщина в заготовке получена путем прожига на прошивном электроэрозионном станке отверстия в виде цилиндрической полости требуемой глубины.The technical result is achieved by the fact that the adjustment sample for non-destructive testing is made in the form of a rectangular parallelepiped, at the base of which at least two vertical blind flat-bottomed cylindrical holes are made, while the height of the sample under the cylindrical hole corresponds to the required thickness value for adjusting the thickness gauge, with In this case, the specified thickness in the workpiece is obtained by burning a hole in the form of a cylindrical cavity of the required depth on a piercing EDM machine.

Использование предлагаемой конструкции настроечного образца позволит уменьшить объем выбранного материала и соответственно снизить образование стружки. Это также полностью предотвратит износ режущего инструмента при изготовлении настроечного образца, что приведет к снижению себестоимости изготовления образца. The use of the proposed design of the tuning sample will reduce the volume of the selected material and, accordingly, reduce the formation of chips. This will also completely prevent wear of the cutting tool during the production of the tuning sample, which will lead to a reduction in the cost of producing the sample.

Кроме того, с помощью предлагаемой конструкции образца можно получить настроечную толщину от 0,2 мм до 500 мм, что при стандартной конструкции невозможно, т.к. в процессе изготовления ступени толщиной 0,2 мм, из-за внутренних напряжений в металле будет иметь место сильное коробление материала образца, приводящее к его локальной разнотолщинности, что в свою очередь будет вносить дополнительную погрешность при настройке толщиномера в этом месте. Проблема решается за счет упрощения технологии изготовления, путем удаления необходимого, для получения нужной толщины, материала путем прожига на прошивном электроэрозионном станке отверстия, в виде цилиндрической полости требуемой глубины (например, электроэрозионной обработкой на прецизионном станке с ЧПУ.In addition, using the proposed sample design, it is possible to obtain a setting thickness from 0.2 mm to 500 mm, which is impossible with the standard design, because In the process of manufacturing a step with a thickness of 0.2 mm, due to internal stresses in the metal, strong warping of the sample material will occur, leading to its local thickness variation, which in turn will introduce an additional error when adjusting the thickness gauge in this place. The problem is solved by simplifying the manufacturing technology, by removing the material necessary to obtain the required thickness by burning a hole on a pierced electrical discharge machine in the form of a cylindrical cavity of the required depth (for example, electrical discharge machining on a precision CNC machine.

На фиг. 1 – представлен настроечный образец (вид ¾ спереди);In fig. 1 – a setting sample is presented (¾ front view);

На фиг. 2 – настроечный образец, вид сверху с разрезом А-А; In fig. 2 – adjustment sample, top view with section A-A;

На фиг. 3 – разрез А-А настроечного образца на фиг. 2. In fig. 3 – section A-A of the adjustment sample in Fig. 2.

Настроечный образец (фиг.1-3) выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда из металла.The tuning sample (Fig. 1-3) is made in the form of a rectangular parallelepiped made of metal.

В основании настроечного образца, выполнены по меньшей мере два вертикальных глухих плоскодонных цилиндрических полостей, расположенных в геометрическом центре основания. Количество отверстий и их глубина определяется требуемыми толщинами для проведения измерений, а именно технологической картой на проведение измерений ультразвукового толщиномера.At the base of the adjustment sample, there are at least two vertical blind flat-bottomed cylindrical cavities located in the geometric center of the base. The number of holes and their depth are determined by the required thicknesses for measurements, namely the technological map for carrying out measurements with an ultrasonic thickness gauge.

В частном случае реализации отверстий может быть от 2 до 12. В стандартном исполнении на образце изготавливается 5-6 отверстий. In a particular case of implementation, the holes can be from 2 to 12. In the standard version, 5-6 holes are made on the sample.

В заготовке, пространство (высота образца) под каждым выполненным глухим плоскодонным цилиндрическим отверстием, соответствует требуемому значению толщины, для настройки толщиномера и образовано путем механической обработки, в частном случае реализации, электроэрозионной обработкой, отверстия в виде цилиндрической полости требуемой глубины. При этом остаточные высоты (S1-S6) в заготовке под отверстиями, лежат в диапазоне от 0,2 до 500 мм (см. фиг. 3 – где S – остаточная высота под отверстиями). In the workpiece, the space (height of the sample) under each blind flat-bottomed cylindrical hole corresponds to the required thickness value for adjusting the thickness gauge and is formed by mechanical processing, in a particular case of implementation, electrical discharge machining, of a hole in the form of a cylindrical cavity of the required depth. In this case, the residual heights (S1-S6) in the workpiece under the holes lie in the range from 0.2 to 500 mm (see Fig. 3 - where S is the residual height under the holes).

Таким образом, с помощью заявляемого настроечного образца можно произвести настройку ультразвукового толщиномера на минимальную толщину 0,2 мм. Thus, using the inventive adjustment sample, it is possible to adjust the ultrasonic thickness gauge to a minimum thickness of 0.2 mm.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

Заявляемый настроечный образец предназначен для воспроизведения требуемого диапазона толщин с целью проведения ультразвуковых измерений толщины согласно требованиям ГОСТ Р ИСО 16809-2015. The claimed adjustment sample is designed to reproduce the required thickness range for the purpose of ultrasonic thickness measurements in accordance with the requirements of GOST R ISO 16809-2015.

Точные размеры, изготавливаемых данным способом образцов, выбираются в зависимости от конфигурации объекта измерений. При этом толщина минимальной и максимальной ступеней должны быть сопоставимы с толщинами объекта измерений, согласно п.5.4 ГОСТ Р ИСО 16809-2015.The exact dimensions of the samples produced by this method are selected depending on the configuration of the measurement object. In this case, the thickness of the minimum and maximum steps must be comparable with the thickness of the measurement object, according to clause 5.4 of GOST R ISO 16809-2015.

Датчик ультразвукового толщиномера, который излучает короткий ультразвуковой импульс, устанавливается на поверхность образца, в месте, где выбранная полость имеет необходимую для настройки толщину, далее, толщиномером производится измерение времени прохождения короткого ультразвукового импульса через толщину заготовки по меньшей мере один раз. Количество прохождений не зависит от толщины, а зависит от типа датчика, в датчике П111 одна и та же пьезопластина излучает и принимает импульс. Так измерение проводят один раз для датчиков типа П112 и два раза для датчиков типа П111, т.к. в датчиках типа П112 одна пьезопластина излучает короткий ультразвуковой импульс, а другая его принимает. The ultrasonic thickness gauge sensor, which emits a short ultrasonic pulse, is installed on the surface of the sample, in the place where the selected cavity has the thickness required for adjustment, then the thickness gauge measures the time of passage of the short ultrasonic pulse through the thickness of the workpiece at least once. The number of passages does not depend on the thickness, but depends on the type of sensor; in the P111 sensor, the same piezoelectric plate emits and receives a pulse. So the measurement is carried out once for sensors of type P112 and twice for sensors of type P111, because in P112 type sensors, one piezoplate emits a short ultrasonic pulse, and the other receives it.

Затем электронный блок толщиномера вычисляет толщину образца в месте измерения путем умножения известной в образце скорости звука на время прохождения короткого ультразвукового импульса через толщину образца в месте установки датчика и деления, в зависимости от типа используемого датчика, на количество прохождений импульса через стенку материала.The thickness gauge electronics then calculates the thickness of the sample at the measurement location by multiplying the known speed of sound in the sample by the time it takes for a short ultrasonic pulse to pass through the thickness of the sample at the sensor location and dividing, depending on the type of sensor used, by the number of times the pulse passes through the wall of the material.

Измерения проводят на участках, подлежащих контролю в соответствии с разметкой. В каждой точке проводится минимум по одному измерению. Measurements are carried out in areas subject to control in accordance with the markings. At each point, at least one measurement is taken.

После проведения измерений толщины объекта контроля делают вывод о его пригодности для дальнейшей эксплуатации.After measuring the thickness of the test object, a conclusion is made about its suitability for further use.

Для изготовления настроечных образцов можно использовать материалы как металл (и их сплавы), имеющие скорость звука в диапазоне от 1000 до 6900 м/с. To make tuning samples, you can use materials such as metal (and their alloys) with sound speeds in the range from 1000 to 6900 m/s.

Пример 1.Example 1.

Требуемая для настройки толщиномера толщина контролируемого материала создается путем выборки отверстия электроэрозионной обработкой материала из заготовки в виде параллелепипеда до получения необходимой остаточной толщины. Процесс изготовления заготовки в виде параллелепипеда не показан ввиду его очевидной простоты.The thickness of the controlled material required for setting the thickness gauge is created by selecting a hole using electrical discharge machining of the material from a workpiece in the form of a parallelepiped until the required residual thickness is obtained. The process of manufacturing a workpiece in the form of a parallelepiped is not shown due to its obvious simplicity.

Отверстие получают за один установ на прошивном электроэрозионном станке. Заготовка устанавливается на станок перпендикулярно электроду, изготовленному, например, из меди или графита, требуемого размера и, затем, происходит прожиг заготовки до нужной остаточной толщины в вертикальном положении.The hole is produced in one setup on a piercing EDM machine. The workpiece is installed on the machine perpendicular to an electrode made, for example, of copper or graphite, of the required size, and then the workpiece is burned to the required residual thickness in a vertical position.

Полученный результат проверяют с помощью измерительных инструментов. Требуемые остаточные толщины в заготовке под отверстиями, лежат в диапазоне от 0,2 мм до 500 мм.The obtained result is checked using measuring instruments. The required residual thicknesses in the workpiece under the holes range from 0.2 mm to 500 mm.

Данным способом можно изготавливать образцы, как из пластиков, так и из металлов (сплавов) имеющих скорость звука в диапазоне от 1000 до 6900 м/с.Using this method, it is possible to produce samples from both plastics and metals (alloys) with sound speeds in the range from 1000 to 6900 m/s.

Claims (3)

1. Настроечный образец для настройки ультразвуковых толщиномеров при проведении измерений, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, в основании которого выполнено не менее двух вертикальных глухих плоскодонных цилиндрических отверстий, высота образца под цилиндрическими отверстиями соответствует измеряемому значению толщины для настройки толщиномера, при этом указанная высота в заготовке получена путем электроэрозионной обработки отверстия в виде цилиндрической полости до заданной глубины, а минимальная толщина в заготовке под отверстиями составляет 0,2 мм. 1. Adjustment sample for adjusting ultrasonic thickness gauges when carrying out measurements, made in the form of a rectangular parallelepiped, at the base of which there are at least two vertical blind flat-bottomed cylindrical holes, the height of the sample under the cylindrical holes corresponds to the measured thickness value for adjusting the thickness gauge, while the specified height in the workpiece obtained by electrical discharge machining of a hole in the form of a cylindrical cavity to a given depth, and the minimum thickness in the workpiece under the holes is 0.2 mm. 2. Настроечный образец по п.1, отличающийся тем, что в образце количество глухих плоскодонных цилиндрических отверстий выбирают равным 5. 2. Adjustment sample according to claim 1, characterized in that the number of blind flat-bottomed cylindrical holes in the sample is chosen equal to 5. 3. Настроечный образец по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала для изготовления настроечного образца для неразрушающего контроля выбирают материал со скорость звука в диапазоне от 1000 до 6900 м/с.3. The adjustment sample according to claim 1, characterized in that the material with a sound speed in the range from 1000 to 6900 m/s is selected as the material for manufacturing the adjustment sample for non-destructive testing.