RU2785087C1 - Method for quality control of longitudinal welds of gears - Google Patents
Method for quality control of longitudinal welds of gears Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785087C1 RU2785087C1 RU2022123731A RU2022123731A RU2785087C1 RU 2785087 C1 RU2785087 C1 RU 2785087C1 RU 2022123731 A RU2022123731 A RU 2022123731A RU 2022123731 A RU2022123731 A RU 2022123731A RU 2785087 C1 RU2785087 C1 RU 2785087C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- weld
- amplitude
- hole
- transducer
- reflector
- Prior art date
Links
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 title claims description 7
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 26
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества сварных соединений, в частности, к ультразвуковому контролю сварных швов зубчатых колес. Может быть использовано для контроля качества сварных швов, полученных электронно-лучевой сваркой. Применимо для контроля зубчатых колес коробки приводов газотурбинных двигателей при отсутствии возможности контроля с другой стороны, применимо для контроля зубчатых колес редукторов, для контроля сварных швов изделий, имеющих трубчатую форму сложной конфигурации.The invention relates to the field of non-destructive quality control of welded joints, in particular, to ultrasonic testing of welded joints of gears. Can be used to control the quality of welds obtained by electron beam welding. Applicable for testing the gears of the gearbox of gas turbine engines in the absence of the possibility of control from the other side, applicable for testing the gears of gearboxes, for testing welded joints of products with a tubular shape of a complex configuration.
Известно устройство для контроля качества сварных швов зубчатых колес по патенту РФ №2751149, G01N 29/265, 2021. Устройство для контроля качества сварных швов работает следующим образом. Для исследования сварного шва зубчатого колеса устанавливают устройство контроля на изделии. Ультразвуковой преобразователь вводят внутрь отверстия ступицы зубчатого колеса и устанавливают на начало сварного шва, при этом амортизатор поджимает его к поверхности зубчатого колеса. В качестве ультразвукового преобразователя используют раздельно-совмещенный пьезоэлектрический преобразователь (РС ПЭП), подключенный к ультразвуковому дефектоскопу типа УСД-50, УД2В-П46 и к др. Подключение производят с помощью электрического провода с клеммами типа «Lemo» или «СР-50». Для управления устройством при поиске скрытых в контролируемом материале несплошностей проводят первоначальную установку допустимых значений амплитуды эхосигналов. Настройку ультразвукового дефектоскопа на стандартных рабочих образцах осуществляют в начале каждого очередного сеанса работы. Устанавливают наиболее допустимую величину амплитуды эхосигнала от искусственного отражателя. Данную величину определяют по значению, при котором качество сигналов, полученных от несплошностей материала изделия или от искусственных отражателей, удовлетворяет условиям проведения исследовательских работ. Контроль проводят на поисковом и браковочном уровне. РС ПЭП по команде ультразвукового дефектоскопа излучает зондирующие импульсы ультразвуковых волн в материал сварного шва зубчатого колеса для выявления дефектов. Дефектами являются несплошности, расположенные в глубине материала. Преобразователь принимает ультразвуковые волны, отраженные от несплошностей структуры материала объекта контроля. Показания датчика пути используют: для определения положения преобразователя относительно начала сварного шва. На дисплее датчика отображается информация в виде цифровых значений. Данные цифровые значения показывают расстояние в мм, которое преодолел преобразователь относительно начала сварного шва. Проводят ультразвуковой контроль структуры материала зубчатого колеса вдоль всего сварного шва. Далее обрабатывают показания преобразователя и используют их для выявления несплошностей, превышающих допустимые значения амплитуды эхосигналов. Недостатком является неполная информация о выявленных дефектах в изделии, невозможность определения формы дефекта, его истинных размеров, возможные погрешности при вычислении пути и определении местоположения дефектов, что влияет на качество изделий, вводимых в производство. A device for quality control of welds of gears is known according to the patent of the Russian Federation No. 2751149, G01N 29/265, 2021. The device for quality control of welds works as follows. To study the weld of the gear wheel, a control device is installed on the product. The ultrasonic transducer is inserted into the hole of the gear wheel hub and installed at the beginning of the weld, while the shock absorber presses it against the surface of the gear wheel. As an ultrasonic transducer, a separate-combined piezoelectric transducer (PC PET) is used, connected to an ultrasonic flaw detector of the USD-50, UD2V-P46 type, etc. The connection is made using an electric wire with Lemo or SR-50 type terminals. To control the device when searching for discontinuities hidden in the controlled material, the initial setting of the permissible values of the echo signal amplitude is carried out. The adjustment of the ultrasonic flaw detector on standard working samples is carried out at the beginning of each regular session of work. Set the most allowable value of the amplitude of the echo signal from an artificial reflector. This value is determined by the value at which the quality of the signals received from discontinuities in the material of the product or from artificial reflectors satisfies the conditions for conducting research work. Control is carried out at the search and rejection levels. RS PET, at the command of an ultrasonic flaw detector, emits probing pulses of ultrasonic waves into the weld material of the gear to detect defects. Defects are discontinuities located deep in the material. The transducer receives ultrasonic waves reflected from discontinuities in the material structure of the test object. The readings of the path sensor are used: to determine the position of the transducer relative to the beginning of the weld. The sensor display shows information in the form of numerical values. These numerical values indicate the distance in mm that the transducer has traveled relative to the start of the weld. Conduct ultrasonic testing of the structure of the material of the gear along the entire weld. Next, the readings of the transducer are processed and used to identify discontinuities that exceed the allowable values of the amplitude of the echo signals. The disadvantage is incomplete information about the detected defects in the product, the inability to determine the shape of the defect, its true size, possible errors in calculating the path and determining the location of defects, which affects the quality of products put into production.
Известен способ ультразвукового контроля сварных соединений труб малого диаметра по патенту РФ на изобретение №2394235, G01N 29/26, 2010. Способ заключается в том, что сканируют ультразвуковым пучком с помощью выполненной в виде полукруга пьезопластины ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя по профилю сварного шва трубы, регистрируют эхо-сигналы, обрабатывают данные в вычислительном блоке преобразователя, получают на дисплее двухмерные ультразвуковые изображения и определяют места расположения дефектов в сварном соединении, при этом сканирование производится путем поперечно-продольного перемещения пьезоэлектрического преобразователя с одной и другой стороны от сварного шва, шаг сканирования вдоль оси шва не должен превышать половины диаметра выполненной в виде полукруга пьезопластины ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя, при этом скорость линейного перемещения пьезоэлектрического преобразователя при сканировании не должна превышать 100 мм/с, при появлении эхо-сигнала от возможного дефекта определяют его максимум и производят идентификацию путем выделения полезного сигнала на фоне ложных сигналов-помех, определяют предельные значения характеристик дефекта и сравнивают их с нормативными параметрами, сканирование продолжают выполнять без регистрации, если эквивалентная площадь дефекта не превышает контрольный уровень, и измеряют и регистрируют характеристики дефекта, если его эквивалентная площадь равна или превышает нормативный уровень. Недостатком является неточность сканирования или не возможность распознавания дефектов, расположенных под углом к излучательному элементу преобразователя из-за отклонения отраженного луча, возможность погрешности при обработке сигналов.A known method of ultrasonic testing of welded joints of pipes of small diameter according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2394235, G01N 29/26, 2010. echo signals, process the data in the computing unit of the transducer, receive two-dimensional ultrasonic images on the display and determine the location of defects in the welded joint, while scanning is performed by transverse-longitudinal movement of the piezoelectric transducer from one side and the other from the weld, scanning step along the axis the seam should not exceed half the diameter of the piezoelectric plate of the ultrasonic piezoelectric transducer, made in the form of a semicircle, while the speed of linear movement of the piezoelectric transducer during scanning should not exceed 100 mm/s, when an echo o-signal from a possible defect, its maximum is determined and identification is made by isolating the useful signal against the background of false interference signals, the limiting values of the defect characteristics are determined and compared with the standard parameters, scanning is continued without registration if the equivalent area of the defect does not exceed the control level, and measure and record the characteristics of the defect if its equivalent area is equal to or exceeds the standard level. The disadvantage is the inaccuracy of scanning or the inability to recognize defects located at an angle to the radiating element of the transducer due to the deflection of the reflected beam, the possibility of errors in signal processing.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ обнаружения дефектов двустроннего углового сварного шва по патенту на изобретение CN112198223, G01N 29/04, 2021. В способе используют ультразвуковой фазированный детектор и зонд с фазированной решеткой. Способ включает проведение калибровки по сварному шву эталонного испытательного блока. Испытательный блок выполнен из того же материала и имеет такую же форму сварного шва, как в изделии. Калибровку проводят по отверстиям, выполненным в испытательном блоке. При калибровке устанавливают параметры задержки сигналов, скорость распространения сигналов, угол компенсации, регулируют показания параметров развертки таким образом, чтобы высота волны эхо-сигнала не превышала полного экрана, для этого регулируют ширину пика и уменьшают коэффициент усиления. Проводят сканирование двигая взад и вперед фазированный зонд, определяют самую высокую вершину эхо-сигнала, основываясь на обнаружении эхо-сигналов для вычисления текущих параметров задержки, формируют файл для каждой амплитудной кривой с указанием значения по кривой усиления. Проводят сканирование сварного шва, перемещая зонд с фазированной решеткой, чтобы найти самый высокий пик эхо-сигнала и сравнить с записью в соответствующем файле. Недостатком является неточность определения дефектов, расположенных под углом к плоскости ввода сигналов, фиксация только непровара шва и невозможность определения типа дефекта, например, невозможность определения является ли дефект порой, или трещиной. Кроме того, данный способ не учитывает возможную неодинаковую геометрию шва на его различных участках, не предусматривает возможности точного определения дефектов при ограничении доступа к шву с одной из сторон, например, при исследовании зубчатого колеса. As the closest analogue to the claimed technical solution, a method for detecting defects in a double-sided fillet weld according to the patent for the invention CN112198223, G01N 29/04, 2021 was chosen. The method uses an ultrasonic phased detector and a phased array probe. The method includes performing a weld calibration on a reference test block. The test block is made of the same material and has the same weld shape as the product. Calibration is carried out on the holes made in the test block. When calibrating, the signal delay parameters, the signal propagation speed, the compensation angle are set, the readings of the sweep parameters are adjusted so that the echo signal wave height does not exceed the full screen, for this, the peak width is adjusted and the gain is reduced. Scan by moving the phased probe back and forth, determine the highest peak of the echo signal based on the detection of echo signals to calculate the current delay parameters, generate a file for each amplitude curve with a value from the gain curve. The weld is scanned by moving the phased array probe to find the highest echo peak and compare with the record in the corresponding file. The disadvantage is the inaccuracy in determining defects located at an angle to the signal input plane, fixing only the lack of penetration of the seam and the impossibility of determining the type of defect, for example, the impossibility of determining whether the defect is a pore or a crack. In addition, this method does not take into account the possible unequal geometry of the weld in its various sections, does not provide for the possibility of accurately determining defects when access to the weld is restricted from one side, for example, when examining a gear wheel.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества ультразвукового контроля сварного продольного шва зубчатого колеса.The technical result of the claimed invention is to improve the quality of ultrasonic testing of the welded longitudinal seam of the gear.
Технический результат обеспечивается тем, что в способе контроля качества продольных сварных швов зубчатых колес, включающем ультразвуковое сканирование настроечного образца с отверстиями-отражателями при помощи ультразвукового дефектоскопа, соединенного с преобразователем с фазированной решеткой, определение допустимых параметров по результатам сканирования отверстий-отражателей, ультразвуковое сканирование изделия, определение параметров дефектов изделия путем сравнения с результатами сканирования настроечного образца, согласно изобретению, используют преобразователь с прозрачной насадкой, наружная поверхность которой выполнена цилиндрической формы и соответствует взаимодействующей с ней внутренней поверхности ступицы зубчатого колеса, вводят преобразователь внутрь отверстия в ступице зубчатого колеса, являющегося настроечным образцом, у которого одно отверстие-отражатель выполнено в торце узкой части сварного шва, другое - в торце широкой части сварного шва, проводят сканирование сварного шва настроечного образца расфокусированными ультразвуковыми лучами, определяют наибольшую амплитуду полезного отраженного сигнала для каждого из отверстий-отражателей настроечного образца при выбранном значении усиления сигнала, данную амплитуду определяют как предельную для амплитуды сигналов, отраженных от дефектов изделия, далее производят сканирование изделия в поисковом режиме, для этого устанавливают преобразователь на начальную отметку в начале сварного шва, устанавливают значение усиления сигнала, соответствующее значению для первого отверстия-отражателя настроечного образца, сканируют сварной шов расфокусированными прямыми и затем наклонным лучами от начальной отметки до половины длины шва, перемещая при этом с заданным шагом изделие относительно преобразователя вдоль длины шва и по окружности внутреннего отверстия ступицы, определяют наличие или отсутствие на данном участке шва отраженных сигналов, амплитуда которых не менее амплитуды отраженных сигналов от отверстия-отражателя, расположенного на соответствующем участке сварного шва настроечного образца, меняют значение усиления в соответствии со значением усиления для второго отверстия-отражателя настроечного образца, сканируют расфокусированными прямыми и наклонными лучами оставшуюся часть сварного шва, перемещая изделие с заданным шагом относительно преобразователя вдоль длины шва и по окружности внутреннего отверстия ступицы колеса, определяют наличие или отсутствие отраженных сигналов на втором участке шва, амплитуда которых не менее предельной амплитуды для отверстия-отражателя настроечного образца, расположенного на соответствующем участке сварного шва, далее при обнаружении в поисковом режиме сигналов с амплитудами равными, или превышающими предельные амплитуды, производят сканирование изделия в браковочном режиме, для этого проводят сканирование прямыми сфокусированными лучами каждого участка сварного шва, на котором выявили предельную амплитуду или превышение предельной амплитуды отраженных сигналов, далее проводят сканирование этих участков наклонными сфокусированными ультразвуковыми лучами, с помощью дефектоскопа определяют место и форму дефекта сварного шва. The technical result is ensured by the fact that in the method for quality control of longitudinal welds of gear wheels, including ultrasonic scanning of a tuning sample with reflector holes using an ultrasonic flaw detector connected to a phased array transducer, determination of acceptable parameters based on the results of scanning reflector holes, ultrasonic scanning of the product , determining the parameters of product defects by comparing with the results of scanning a tuning sample, according to the invention, a transducer with a transparent nozzle is used, the outer surface of which is made of a cylindrical shape and corresponds to the inner surface of the gear wheel hub interacting with it, the transducer is inserted inside the hole in the gear hub, which is a tuning with a sample, in which one reflector hole is made at the end of the narrow part of the weld, the other is at the end of the wide part of the weld, scanning is carried out arable seam of the tuning sample with defocused ultrasonic beams, determine the largest amplitude of the useful reflected signal for each of the holes-reflectors of the tuning sample at the selected signal amplification value, this amplitude is determined as the limit for the amplitude of signals reflected from product defects, then the product is scanned in the search mode, to do this, set the transducer to the initial mark at the beginning of the weld, set the signal amplification value corresponding to the value for the first reflector hole of the adjustment sample, scan the weld with defocused straight and then oblique beams from the initial mark to half the length of the weld, while moving with a given step the product relative to the transducer along the length of the seam and along the circumference of the inner hole of the hub, determine the presence or absence of reflected signals in this section of the seam, the amplitude of which is not less than the amplitude of the reflected signals from the hole-o reflector located on the corresponding section of the welding seam of the tuning sample, change the gain value in accordance with the gain value for the second reflector hole of the tuning sample, scan the remaining part of the weld with defocused straight and inclined beams, moving the product with a given step relative to the transducer along the length of the seam and along the circumference of the inner hole of the wheel hub, determine the presence or absence of reflected signals in the second section of the seam, the amplitude of which is not less than the limiting amplitude for the reflector hole of the tuning sample located in the corresponding section of the weld, then when signals are detected in the search mode with amplitudes equal to or exceeding limiting amplitudes, the product is scanned in the rejection mode, for this purpose, direct focused beams are scanned for each section of the weld, on which the limiting amplitude or exceeding the limiting amplitude of the reflected th signals, then these areas are scanned with inclined focused ultrasonic beams, using a flaw detector, the location and shape of the weld defect are determined.
Технический результат достигается за счет того, что для одностороннего ультразвукового исследования сварного шва зубчатого колеса с внутренней части ступицы используют преобразователь с «притертой» насадкой, у которой внешняя цилиндрическая поверхность повторяет по форме и по размеру внутреннюю поверхность отверстия ступицы зубчатого колеса. Совпадение радиусов взаимодействующих поверхностей зубчатого колеса и насадки позволяет максимально приблизить излучающий элемент к поверхности исследуемого материала при ультразвуковом сканировании, избежать потерь при отражении сигналов, расширить зону обследования за счет увеличения угла испускания ультразвуковых лучей, что способствует повышению качества ультразвукового контроля сварного шва. Использование настроечного образца, у которого одно отверстие-отражатель выполнено в торце узкой части сварного шва, другое – в торце его широкой части позволяет при настройке учитывать различия в толщине конусообразного шва на разных его участках. Шов является неравномерным по толщине и степени прогрева. Такая форма и структура шва обусловлена тем, что сварку проводят с одного торца, возле которого материал прогревается с большей интенсивностью, а по мере углубления от этого торца прогрев происходит позже, зона прогрева сужается. Учет различий в геометрии и структуре шва позволяет установить точные настроечные параметры для последующего контроля шва. Так в процессе ультразвукового сканирования каждого участка настроечного образца выбирают свое значение коэффициента усиления сигнала и определяют соответствующую ему наибольшую - предельную амплитуду отраженного сигнала от отверстия-отражателя, выполненного именно на этом участке шва. Сканирование участков настроечного образца расфокусированными сигналами позволяет смоделировать поисковый режим исследования изделия для проведения дальнейшего двухрежимного исследования шва изделия, обеспечивающего повышение качества контроля. Проведение сканирования изделия в поисковом режиме с разделением на зоны сварного шва позволяет менять усиление сигнала для более точного определения амплитуды сигналов, соответствующей предельной амплитуде именно этого участка. Использование расфокусированных прямых и наклонных лучей на поисковом режиме позволяет максимально расширить зону исследования на данном участке, многократно перекрывая участки отражения лучей при сканировании вдоль длины шва и по окружности внутреннего отверстия ступицы с определенным шагом. Все это повышает вероятность выявления возможных дефектов и улучшает качество контроля сварного шва. Применение при осуществлении браковочного режима сфокусированных прямых, а затем наклонных ультразвуковых лучей в сочетании с использованием технических возможностей ультразвукового дефектоскопа, соединенного с преобразователем с фазированной решеткой, позволяет выявить и оценить все дефекты на каждом участке, как расположенные вдоль оси ступицы, так и под углом к ней. Применение наклонных лучей позволяет зафиксировать отраженные лучи от наклонных дефектов. Применение при излучении лучей фазированной решетки, в которой задействованы от 2-х до 64-х излучающих пластин, позволяет определить форму и эквивалентные размеры дефектов с точностью, достаточной для их диагностики. На дисплее ультразвукового дефектоскопа отражается форма дефекта, что позволяет судить о типе дефекта, т.е., определять протяженный он или точечный, и относить его или к порам, допустимым при дальнейшем использовании колеса, или к трещинам, недопустимым в работе зубчатых колес. Таким образом, за счет раздельного исследования участков шва на двух режимах и разными видами ультразвуковых лучей повышается качество ультразвукового контроля сварного шва зубчатого колеса.The technical result is achieved due to the fact that for one-sided ultrasonic examination of the weld of the gear wheel from the inside of the hub, a transducer with a "ground" nozzle is used, in which the outer cylindrical surface repeats the shape and size of the inner surface of the hole of the gear wheel hub. The coincidence of the radii of the interacting surfaces of the gear wheel and nozzle allows you to bring the radiating element as close as possible to the surface of the material under study during ultrasonic scanning, avoid losses during signal reflection, expand the examination area by increasing the angle of emission of ultrasonic rays, which improves the quality of ultrasonic testing of the weld. The use of a tuning sample, in which one reflector hole is made at the end of the narrow part of the weld, and the other at the end of its wide part, makes it possible to take into account differences in the thickness of the cone-shaped weld in its different sections during tuning. The seam is uneven in thickness and degree of heating. This shape and structure of the seam is due to the fact that welding is carried out from one end, near which the material is heated with greater intensity, and as it deepens from this end, heating occurs later, the heating zone narrows. Accounting for differences in the geometry and structure of the seam allows you to set the exact settings for the subsequent control of the seam. Thus, in the process of ultrasonic scanning of each section of the tuning sample, one chooses its own value of the signal amplification factor and determines the maximum corresponding to it - the maximum amplitude of the reflected signal from the reflector hole made precisely in this section of the seam. Scanning areas of the tuning sample with defocused signals allows you to simulate the search mode of the study of the product for further two-mode research of the seam of the product, which provides an increase in the quality of control. Carrying out scanning of the product in the search mode with division into zones of the weld allows you to change the signal gain to more accurately determine the amplitude of the signals corresponding to the maximum amplitude of this particular area. The use of defocused straight and inclined beams in the search mode allows you to maximize the study area in this area, repeatedly overlapping the areas of reflection of the beams when scanning along the length of the seam and along the circumference of the inner hole of the hub with a certain step. All this increases the probability of detecting possible defects and improves the quality of weld inspection. The use of focused straight and then inclined ultrasonic beams in the rejection mode in combination with the use of the technical capabilities of an ultrasonic flaw detector connected to a phased array transducer makes it possible to identify and evaluate all defects in each section, both located along the hub axis and at an angle to her. The use of oblique beams makes it possible to fix the reflected beams from oblique defects. The use of a phased array during the radiation of rays, in which from 2 to 64 radiating plates are involved, makes it possible to determine the shape and equivalent sizes of defects with an accuracy sufficient for their diagnosis. The display of the ultrasonic flaw detector reflects the shape of the defect, which makes it possible to judge the type of defect, i.e., to determine whether it is extended or point, and to attribute it either to pores that are acceptable during further use of the wheel, or to cracks that are unacceptable in the operation of gears. Thus, due to the separate study of the weld sections in two modes and different types of ultrasonic beams, the quality of ultrasonic testing of the gear weld is improved.
На Фигуре 1 представлен разрез ступицы настроечного образца зубчатого колеса с введенным внутрь преобразователем с фазированной решеткой.Figure 1 shows a section through the hub of a gear tuning pattern with a phased array transducer inserted inside.
На Фигуре 2 представлена система для ультразвукового контроля сварного шва зубчатого колеса.Figure 2 shows a system for ultrasonic testing of a gear weld.
На Фигуре 3 представлено сканирование дефектов сварного шва расфокусированными ультразвуковыми лучами.Figure 3 shows the scanning of weld defects with defocused ultrasonic beams.
На Фигуре 4 представлено сканирование дефектов сварного шва прямыми сфокусированными ультразвуковыми лучами.Figure 4 shows the scanning of weld defects with direct focused ultrasonic beams.
На Фигуре 5 представлено сканирование дефектов сварного шва наклонными сфокусированными ультразвуковыми лучами.Figure 5 shows scanning of weld defects with oblique focused ultrasonic beams.
Для осуществления способа используют ультразвуковой дефектоскоп 1, соединенный с ультразвуковым преобразователем с фазированной антенной решеткой (ФАР-преобразователь) 2, который установлен на штоке устройства контроля 3. В качестве дефектоскопа 1 могут использовать например дефектоскоп, OmniScanX3 фирмы «Olimpus» или ISONIC 3510 фирмы «SonоtronNDT», или УСД-60 ФР фирмы «Кропус» могут использовать ФАР-преобразователи таких фирм, как «Кропус», «SonоtronNDT», «Olimpus» и др. Применение ФАР-преобразователя 2 в составе системы для ультразвукового контроля совместно с ультразвуковым дефектоскопом 1 позволяет проводить ультразвуковой контроль сварных швов электронно-лучевой сварки зубчатых колес полноматричным захватом FMC и методом полной фокусировки TFM (метод FMC/ TFM). Данный метод не является единственным применяемым при осуществлении заявляемого способа контроля. Ультразвуковой дефектоскоп 1 снабжен программным обеспечением, например, фирмы «Кропус», обеспечивающим управление всем набором излучательных элементов ФАР-преобразователя 2, состоящим из пластин. Количество которых может варьироваться от двух до шестидесяти четырех. Для настройки предельных параметров оценки дефектов сварного шва используют настроечный образец 4 с глухими цилиндрическими отверстиями-отражателями 5 и 6. Настроечные образцы изготавливают из контролируемых изделий, которые с большой степенью точности имитируют геометрию и структуру сварного шва. Настроечные образцы имеют те же самые акустические свойства, что и контролируемые изделия. Амплитуда эхосигнала от отверстия-отражателя равна амплитуде от дефекта сварного шва, и отражательная способность искусственного отверстия-отражателя равна отражательной способности дефекта сварного шва. При этом размеры и форма отверстия-отражателя могут отличаться от размеров и формы реального дефекта сварного шва, но при равенстве амплитуд их эхосигналов размер реального дефекта сварного шва эквивалентен размеру отверстия-отражателя. Отверстие-отражатель 5 выполняют в торце широкой части 7 сварного шва 9, отверстие-отражатель 6 выполняют в торце узкой части 8 сварного шва 9. На ФАР-преобразователь 2 устанавливают прозрачную насадку 10, внешняя часть которой в поперечном сечении представляет сегмент окружности, радиус которой равен радиусу внутреннего цилиндрического отверстия 11 ступицы зубчатого колеса. Для каждого типа зубчатого колеса изготавливают собственный «притертый» ФАР-преобразователь 2, т.е., для каждого отверстия ступицы подбирают соответствующую ему по размеру насадку 10. В качестве смазки и контактной среды – проводника ультразвуковых колебаний между поверхностью ФАР-преобразователя 2 и поверхностью ввода ультразвуковых колебаний, которой является внутренняя поверхность ступицы зубчатого колеса, используют глицерин или масло.To implement the method, an
Для осуществления калибровки системы вводят ФАР- преобразователь 2 внутрь отверстия настроечного образца 4, ФАР-преобразователь 2 по команде ультразвукового дефектоскопа 1 излучает зондирующие импульсы ультразвуковых волн в материал сварного шва зубчатого колеса – настроечного образца 4. Далее ФАР-преобразователь 2 принимает ультразвуковые волны, отраженные от несплошностей структуры материала объекта контроля. Дефектами сварного шва зубчатого колеса являются несплошности в виде пор или трещин. Трещины являются плоскостными дефектами с концентраторами напряжения материала, как правило, обладают большей площадью по сравнению с порами и являются недопустимыми дефектами. Зубчатые колеса, сварные швы которых содержат поры допустимых размеров, допускаются в производство. Трещины могут располагаться вдоль линии сварного шва и под углом к ней. Настройку системы ультразвукового контроля качества продольных швов зубчатых колес проводят на двух участках сварного шва настроечного образца 4. Последовательно проводят расфокусированными прямыми, а затем наклонными лучами ультразвуковое сканирование широкой части 7 сварного шва 9, в которой выполнено отверстие отражатель 5 и затем узкой части 8 сварного шва 9, в которой выполнено отверстие отражатель 6. Ультразвуковой дефектоскоп 1 отображает полученные данные сканирования каждой части сварного шва в виде развертки А-скана, или в виде сканов в 2D и в 3D формате. Определяют значение предельной амплитуды на каждом из исследуемых участков настроечного образца, подбирают коэффициент усиления таким образом, чтобы данная амплитуда составляла 50% высоты экрана развертки А-скана, данное значение амплитуды сигнала принимают предельным значением для дефектов на соответствующем участке сварного шва контролируемого изделия – конкретного зубчатого колеса. To calibrate the system, a
Далее проводят контроль зубчатого колеса, типоразмер которого совпадает с типоразмером настроечного образца. Ультразвуковой контроль зубчатого колеса так же выполняют с внутренней поверхности отверстия ступицы колеса эхоимпульсным методом продольными и сдвиговыми волнами на рабочих частотах 5,0 и 10,0 МГц. ФАР-преобразователь 2 устанавливают на внутренний диаметр ступицы на отмеченную начальную точку либо в корень сварного шва – в узкую часть, либо в широкую его часть, обнуляют значение на сканере системы. Расстояние от поверхности ввода ультразвуковых волн до сварного шва зубчатого колеса не превышает установленного для него расстояния Lд, свыше которого происходит рост затухания ультразвуковых волн, ослабление «полезного» сигнала и увеличение шумовых сигналов. Контроль зубчатого колеса проводят в два этапа: в поисковом режиме, а затем – в браковочном. Устанавливают значение параметра усиления сигнала, соответствующее значению параметра усиления при исследовании этого же участка на настроечном образце. Общее значение параметра усиление при поисковом режиме ограничивают значением dВпоиск, которое не может превышать установленное предельное значение, зависящее от допустимой амплитуды шумовых сигналов, которые мешают проведению контроля. На поисковом режиме выявляют все сигналы, полученные из области на данном участке исследуемого сварного шва. Во время ультразвукового контроля сварного шва зубчатого колеса оператор механически воздействует на устройство контроля 3 для перемещения ФАР-преобразователя 2. Сканирование сварного шва происходит в двух направлениях: вдоль высоты H сварного шва, т.е., вдоль оси зубчатого колеса и по окружности внутреннего диаметра ступицы с заданным шагом. Скорость сканирования составляет примерно 2 об/мин. При проведении контроля определяют положение ФАР-преобразователя 2 относительно начальной точки, определяют в какой зоне контроля он находится, определяют местонахождение дефектов, выявленных при поисковом режиме данного участка шва. Один исследуемый участок имеет длину равную расстоянию от начальной точки контроля до середины высоты сварного шва. Все участки сварного шва на поисковом режиме сканируют расфокусированными лучами. Используют расфокусированные прямые параллельные ультразвуковые лучи, которые перпендикулярны к поверхности ввода ультразвуковых колебаний для определения плоских дефектов, которые располагаются вдоль линии сварного шва или под углом к ней 90±10º. Для выявления плоских дефектов, которые располагаются под углом 45±10º к поверхности ввода ультразвуковых колебаний применяют расфокусированные наклонные параллельные ультразвуковые лучи. Наличие дефектов на исследуемом участке на поисковом режиме определяют по наличию отраженных сигналов, амплитуда которых равна или превышает предельную амплитуду на данном участке. При обнаружении дефектов на поисковом режиме переходят к исследованию дефектов на этих участках шва в браковочном режиме. На участке, где обнаружены дефекты при поисковом режиме, проводят сканирование в браковочном режиме прямыми сфокусированными лучами и наклонными сфокусированными ультразвуковыми лучами. ФАР-преобразователь 2 обеспечивает большую гибкость в фокусировке и управлении пучком ультразвуковых лучей. При сканировании определяют протяженность дефекта по протяженности перемещения датчика вдоль сварного шва во время сканирования зоны дефекта. Если протяженность перемещения датчика превышает толщину одного зуба исследуемого колеса, то такой дефект считают протяженным. Определяют форму и эквивалентный размер каждого дефекта на исследуемом участке сварного шва. Визуально на экране дефектоскопа определяют является дефект протяженным иди точечным. По полученным сканам в 2D и 3D форматах так же определяют форму и эквивалентный размер каждого дефекта. После чего принимают решение о допуске или не допуске зубчатого колеса для использования в производстве. Next, the gear wheel is inspected, the standard size of which coincides with the standard size of the tuning sample. Ultrasonic testing of the gear wheel is also performed from the inner surface of the wheel hub hole using the pulse echo method with longitudinal and shear waves at operating frequencies of 5.0 and 10.0 MHz.
Пример 1.Example 1
Настроили ультразвуковой дефектоскоп, используя стандартный рабочий образец зубчатого колеса, в котором в качестве искусственных отражателей выполнены глухие цилиндрические отверстия диаметром dотв.= 0,80±0,05мм, глубиной hотв.=1,0±0,2 мм. Расстояние от каждого отражателя до поверхности ввода ультразвуковых волн Lд=14,5±0,1 мм. При контроле использовали прямой расфокусированный преобразователь с фазированной решеткой и прозрачной насадкой из оргстекла, серии А15 модели 7.5 ССЕV35-А15 фирмы «Olimpus», с длиной 26 мм, шириной 22 мм и высотой преобразователя 9,7 мм. При данных габаритах завели оснастку с преобразователем в изделие и установили преобразователь на поверхности детали для ввода ультразвуковых волн. Частота, на которой осуществляли контроль и настройку дефектоскопа составляла 10 МГц. Использовали дефектоскоп фирмы ISONIC 3510 фирмы «SonоtronNDT». При настройке дефектоскопа на рабочем настроечном образце с цилиндрическим отражателем диаметром dотв.= 0,80±0,05 мм выявили два искусственных отражателя, сигнал от каждого из них составил 50% высоты экрана дефектоскопа при общем усилении 67±6 дБ. Во время контроля детали был выявлен отражатель, амплитуда сигнала от которого составила 50% высоты экрана дефектоскопа. Данная деталь была забракована. An ultrasonic flaw detector was set up using a standard working sample of a gear wheel, in which blind cylindrical holes with a diameter of d holes were made as artificial reflectors. = 0.80±0.05mm, depth h holes. =1.0±0.2 mm. The distance from each reflector to the input surface of ultrasonic waves L d =14.5±0.1 mm. For control, a direct defocused transducer with a phased array and a transparent plexiglass nozzle, series A15 model 7.5 CCEV35-A15 from Olimpus, with a length of 26 mm, a width of 22 mm and a transducer height of 9.7 mm, was used. With these dimensions, a tooling with a transducer was brought into the product and the transducer was installed on the surface of the part to input ultrasonic waves. The frequency at which the flaw detector was controlled and adjusted was 10 MHz. An ISONIC 3510 flaw detector from SonotronNDT was used. When adjusting the flaw detector on a working tuning sample with a cylindrical reflector with a diameter of d holes. = 0.80 ± 0.05 mm, two artificial reflectors were detected, the signal from each of them was 50% of the flaw detector screen height with a total gain of 67 ± 6 dB. During the control of the part, a reflector was detected, the signal amplitude from which was 50% of the flaw detector screen height. This item has been scrapped.
Пример 2.Example 2
Настроили ультразвуковой дефектоскоп, используя стандартный рабочий образец зубчатого колеса, в котором в качестве искусственных отражателей выполнены глухие цилиндрические отверстия диаметром dотв.= 0,80±0,05 мм, глубиной hотв.=1,0±0,2 мм. Расстояние от каждого отражателя до поверхности ввода ультразвуковых волн Lд=14,5±0,1 мм. При контроле использовали прямой расфокусированный преобразователь с фазированной решеткой, серии А15 модели 7.5 ССЕV35-А15 фирмы «Olimpus», с длиной 26 мм, шириной 22 мм и высотой преобразователя 9,7 мм. При данных габаритах завели оснастку с преобразователем в изделие и установили преобразователь на поверхности детали для ввода ультразвуковых волн. Частота, на которой осуществляли контроль и настройку дефектоскопа составляла 10 МГц. Использовали дефектоскоп OmniScanX3 фирмы «Olimpus». Провели сканирование сварного шва настроечного образца с цилиндрическими отражателями диаметром dотв.= 0,80±0,05 расфокусированными ультразвуковыми лучами. Предельная амплитуда сигнала от искусственного отражателя в узкой части сварного шва составила 50% высоты экрана дефектоскопа, в широкой части сварного шва - 50% высоты экрана дефектоскопа при общем усилении 67±6 дБ. Далее сканировали сварной шов изделия со стороны широкой части шва в поисковом режиме от начальной отметки до средины длины шва, что составляет 6±0,1мм, при значении усиления сигнала 73±6 дБ. Сканирование проводили прямыми, а затем наклонным лучами. Шаг сканирования сварного шва с помощью преобразователя относительно зубчатого колеса составил 1±0,01мм. На половине длины сварного шва со стороны широкой части не были зафиксированы отраженные сигналы, амплитуда которых превышала бы предельное значение 73±6 дБ.. Затем провели сканирование сварного шва изделия со стороны узкой части шва на длине 6±0,1 мм в поисковом режиме, прямыми и наклонными лучами и выявили отраженный сигнал с амплитудой 55% высоты экрана дефектоскопа. Данная амплитуда превышает предельное значение амплитуды сигнала 50% высоты экрана, установленное для данной части сварного шва. При сканировании перемещали преобразователь с шагом 1±0,01мм относительно зубчатого колеса вдоль длины шва и по окружности внутреннего отверстия ступицы колеса. Далее сканировали эту половину узкой части сварного шва в браковочном режиме прямыми сфокусированными лучами и сканировали участок с обнаруженным дефектом наклонными сфокусированными ультразвуковыми лучами. На экране дефектоскопа визуально определили, что дефект не является протяженным и имеет форму поры размером 0,5±0,05мм. Зубчатое колесо не было забраковано.An ultrasonic flaw detector was set up using a standard working sample of a gear wheel, in which blind cylindrical holes with a diameter of d holes were made as artificial reflectors. = 0.80±0.05 mm, depth h holes. =1.0±0.2 mm. The distance from each reflector to the input surface of ultrasonic waves L d =14.5±0.1 mm. During the control, a direct defocused phased array transducer, series A15 model 7.5 CCEV35-A15 from Olimpus, with a length of 26 mm, a width of 22 mm and a transducer height of 9.7 mm was used. With these dimensions, a tooling with a transducer was brought into the product and the transducer was installed on the surface of the part to input ultrasonic waves. The frequency at which the flaw detector was controlled and adjusted was 10 MHz. An OmniScanX3 flaw detector from Olimpus was used. We scanned the weld of the tuning sample with cylindrical reflectors with a diameter of d holes. = 0.80±0.05 defocused ultrasonic beams. The limiting amplitude of the signal from the artificial reflector in the narrow part of the weld was 50% of the flaw detector screen height, in the wide part of the weld - 50% of the flaw detector screen height with a total gain of 67 ± 6 dB. Next, the welded seam of the product was scanned from the side of the wide part of the seam in the search mode from the initial mark to the middle of the seam length, which is 6 ± 0.1 mm, with a signal amplification value of 73 ± 6 dB. Scanning was performed with straight and then with oblique beams. The step of scanning the weld with the help of a transducer relative to the gear wheel was 1 ± 0.01 mm. At half the length of the weld from the side of the wide part, no reflected signals were recorded, the amplitude of which would exceed the limit value of 73 ± 6 dB. direct and oblique beams and revealed a reflected signal with an amplitude of 55% of the flaw detector screen height. This amplitude exceeds the 50% screen height signal amplitude limit set for that part of the weld. When scanning, the transducer was moved with a step of 1 ± 0.01 mm relative to the gear wheel along the length of the seam and along the circumference of the inner hole of the wheel hub. Next, this half of the narrow part of the weld was scanned in the rejection mode with direct focused beams, and the area with the detected defect was scanned with oblique focused ultrasonic beams. On the screen of the flaw detector, it was visually determined that the defect is not extended and has the shape of a pore with a size of 0.5 ± 0.05 mm. The gear wheel was not rejected.
Таким образом, изобретение позволяет повысить качество ультразвукового контроля сварного шва зубчатого колеса.Thus, the invention makes it possible to improve the quality of ultrasonic testing of a gear weld.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785087C1 true RU2785087C1 (en) | 2022-12-02 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU220375U1 (en) * | 2023-07-17 | 2023-09-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Технический центр контроля и диагностики - Атомкомплект" | DEVICE FOR CONTROL OF RING WELDED JOINTS OF PIPELINES |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1182383A1 (en) * | 1983-12-09 | 1985-09-30 | Научно-Исследовательский Институт Мостов Ленинградского Ордена Ленина Института Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.Акад.В.Н.Образцова | Flaw detector for ultrasonic inspection of weld joints |
| WO1990013814A1 (en) * | 1989-05-01 | 1990-11-15 | Hamersley Iron Pty. Limited | Ultrasonic wheel testing |
| SU1663536A1 (en) * | 1989-04-11 | 1991-07-15 | Научно-производственное объединение "Атомкотломаш" | Device fro automated ultrasonic testing of welded seam |
| RU2293982C2 (en) * | 2002-09-03 | 2007-02-20 | Анатолий Владимирович Дубина | Method for ultrasound flaw detection of wheel pairs of rail transport and device for realization of said method |
| CN205581060U (en) * | 2016-04-01 | 2016-09-14 | 鞍山长风无损检测设备有限公司 | Automatic ultrasonic inspection of spiral weld pipe welding seam is with probe fixture |
| CN112198223A (en) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 广州建设工程质量安全检测中心有限公司 | Double-sided fillet weld ultrasonic phased array detection device and method and electronic equipment |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1182383A1 (en) * | 1983-12-09 | 1985-09-30 | Научно-Исследовательский Институт Мостов Ленинградского Ордена Ленина Института Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.Акад.В.Н.Образцова | Flaw detector for ultrasonic inspection of weld joints |
| SU1663536A1 (en) * | 1989-04-11 | 1991-07-15 | Научно-производственное объединение "Атомкотломаш" | Device fro automated ultrasonic testing of welded seam |
| WO1990013814A1 (en) * | 1989-05-01 | 1990-11-15 | Hamersley Iron Pty. Limited | Ultrasonic wheel testing |
| RU2293982C2 (en) * | 2002-09-03 | 2007-02-20 | Анатолий Владимирович Дубина | Method for ultrasound flaw detection of wheel pairs of rail transport and device for realization of said method |
| CN205581060U (en) * | 2016-04-01 | 2016-09-14 | 鞍山长风无损检测设备有限公司 | Automatic ultrasonic inspection of spiral weld pipe welding seam is with probe fixture |
| CN112198223A (en) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 广州建设工程质量安全检测中心有限公司 | Double-sided fillet weld ultrasonic phased array detection device and method and electronic equipment |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU220375U1 (en) * | 2023-07-17 | 2023-09-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Технический центр контроля и диагностики - Атомкомплект" | DEVICE FOR CONTROL OF RING WELDED JOINTS OF PIPELINES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8266964B2 (en) | Calibration of an ultrasonic flaw detector and quality control and production methods for a tubular body | |
| EP2124045B1 (en) | Tubular object ultrasonic test device and ultrasonic test method | |
| US11353430B2 (en) | Phased array probe and method for testing a spot-weld | |
| KR101163549B1 (en) | Calibration block for phased-array ultrasonic inspection | |
| KR20140137457A (en) | System and method for industrial ultrasonic inspection using phased array probe and distance-gain-size flaw sizing | |
| KR101163554B1 (en) | Calibration block for phased-array ultrasonic inspection and verification | |
| EP2546641B1 (en) | Ultrasonic flaw detector and ultrasonic flaw detection method for objects having a complex surface shape | |
| CN105699492A (en) | An ultrasonographic method used for weld seam detection | |
| CN105021142B (en) | The measuring method and equipment therefor of a kind of laser lap weld width | |
| WO2007058391A1 (en) | Pipe ultrasonic flaw detecting apparatus and ultrasonic flaw detecting method | |
| McKee et al. | Volumetric imaging through a doubly-curved surface using a 2D phased array | |
| JP2008286640A (en) | Device and method for ultrasonic flaw detection of pipe | |
| CN112666265A (en) | Method for making water immersion ultrasonic nondestructive testing process for laser additive connection area | |
| KR101163551B1 (en) | Sensistivity calibration referece block for phased-array ultrasonic inspection | |
| CN116381052B (en) | Probe parameter determination method for TOFD detection of inner surface defect of outer cylinder | |
| RU2785087C1 (en) | Method for quality control of longitudinal welds of gears | |
| JP6026245B2 (en) | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus | |
| Cong et al. | Analysis on Ultrasonic TOFD Imaging testing for ultra-thick-walled ebw joint of aluminum alloy | |
| CN103207240B (en) | The measuring method of the longitudinal acoustic pressure distribution of a kind of angle probe ultrasonic field | |
| KR101163552B1 (en) | Sensistivity calibration referece block of stainless steel/duplex steel for phased-array ultrasonic inspection | |
| CN113092581B (en) | Method for quantifying transverse cracks on surface of main shaft by using position of central hole of main shaft of wind driven generator | |
| Duxbury et al. | Designing a calibrated full matrix capture based inspection | |
| Wang et al. | Development of an ultrasonic system for composite material inspection | |
| Sawrav et al. | ELIMINATION OF FAILURES OF NARROW GROOVE WELD JOINTS, THOROUGH PHASE ARRAY INVESTIGATION | |
| MacLeod et al. | Advanced nondestructive evaluation for welded joints |