Разработка технологии ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн.

Евгений Павлухин

Разработка технологии ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн.

В данной работе рассмотрен опыт создания автоматизированного комплекса неразрушающего контроля (НК) приемных блоков гидроакустической антенны (ПБГА). Для обеспечения выявления отражателей требуемого размера был обоснован и применен ультразвуковой эхо-метод. Исходя из требований к точности определения координат отражателей, точности позиционирования измерительного блока относительно поверхности объекта контроля, а также уменьшения влияния человеческого фактора на результаты контроля была разработана, изготовлена и экспериментально отработана автоматизированная установка ультразвукового контроля блоков гидроакустических антенн. Представлены основные принципы, подходы и требования к автоматизированному НК ПБГА.

Приборостроение

Диссертации

Вуз: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ФГБОУ ВПО «СПбНИУ ИТМО»)

ID: 60cb0ffde4dde500015652b6

UUID: df9525a0-b178-0139-328d-0242ac180005

Язык: Русский

Опубликовано: больше 3 лет назад

Просмотры: 13

14.36

Евгений Павлухин

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ФГБОУ ВПО «СПбНИУ ИТМО»)

Комментировать 0

Рецензировать 1

Скачать - 6,6 МБ

Поделиться работой

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ “Национальный исследовательский университет ИТМО” ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПРИЕМНЫХ БЛОКОВ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН Автор Павлухин Евгений Александрович__ _______________ (Фамилия, Имя, Отчество) Направление подготовки (Подпись) 12.04.01 Приборостроение_____ (код, наименование) Квалификация ___магистр________________________________ (бакалавр, магистр)* Руководитель Фёдоров А.В, д.т.н. (Фамилия, И., О., ученое звание, степень) Санкт-Петербург, 2020 г. ________ (Подпись)

СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ .............................................. 4 ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 5 1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИЕМНЫХ БЛОКОВ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИ АНТЕНН .................................................................. 8 1.1 Анализ объекта контроля. Дефекты, возникающие при изготовлении приемных блоков гидроакустических антенн .................................................. 8 1.2 Анализ научно-технической литературы по методам и средствам неразрушающего контроля приемных блоков гидроакустических антенн 10 1.3 Обоснование ультразвукового метода контроля для обнаружения дефектов в приемном блоке гидроакустической антенны............................ 12 Выводы по главе 1. Постановка задач исследования ........................................ 13 2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ......... 15 2.1 Выбор и обоснование дефектоскопического оборудования для ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн . 15 2.2 Разработка схем сканирования и обоснование необходимости автоматизации процесса контроля приемных блоков гидроакустических антенн ................................................................................................................. 19 2.3 Разработка методики ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн ............................................................................... 29 Вывод по главе 2 ................................................................................................... 34 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПРИЕМНЫХ БЛОКОВ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН.............................................................. 36 2

3.1 Проведение ультразвукового контроля приемного блока гидроакустических антенн ............................................................................... 36 3.2 Сравнение результатов ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн с результатами их акустических испытаний ... 57 Выводы по главе 3 ................................................................................................. 74 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 75 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 76 3

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ АНК – автоматизированный неразрушающий контроль БУ – блок управления ГА – гидроакустическая антенна КПП – автоматизированный комплект перемещения и позиционирования преобразователей НК – неразрушающий контроль НО – настроечный образец ОК – объект контроля ПБГА – приемный блок гидроакустической антенны ПК – персональный компьютер ПО – программное обеспечение ПЭП – пьезоэлектрический преобразователь СОРК – система обработки результатов контроля на базе ПК УЗ – ультразвуковой УЗК – ультразвуковой контроль ШД – шаговый двигатель 4

ВВЕДЕНИЕ Как известно, ультразвуковые волны способны распространяться в воде на большие расстояния благодаря сравнительно малому затуханию. С их помощью решаются задачи измерения глубин и обследования рельефа дна, обеспечения безопасности судоходства, обнаружения и распознавания морских объектов, подводной связи, передачи информации от автономных приборов в океане и многие другие. В подавляющем большинстве современные корабли оснащены гидроакустической аппаратурой. В состав каждого гидроакустического устройства входят гидроакустические антенны (ГА), которые используются, с одной стороны, для преобразования электрических колебаний, создаваемых генератором, в акустические колебания водной среды (режим излучения) и, с другой, для преобразования акустических колебаний воды в электрические сигналы (режим приема). Процесс преобразования электрической энергии в акустическую и обратно выполняют подводные электроакустические излучатели и приемники антенны, которые называются гидроакустическими преобразователями (ГАП), работа которого основана на пьезоэлектрическом эффекте, заключающимся в том, что «при деформации кристаллов в определенном направлении они поляризуются, причем величина поляризации пропорциональна деформации». Помимо преобразования энергии, антенна обеспечивает пространственную концентрацию излучаемых и принимаемых сигналов, т. е. направленность устройства. Свойство направленности (качество апертуры) антенны важно с точки зрения концентрации энергии в нужном направлении при излучении и повышения отношения сигнал/шум при приеме. Данная характеристика (свойство направленности) подвергается проверке при контроле на функционирование. Габариты современных антенн могут достигать десятков метров, а их масса десятков тонн. Эксплуатация антенн на больших глубинах является ответственным процессом, так как они испытывают воздействие 5

гидростатического давления порядка десятков и сотен атмосфер. В связи с этим, в настоящее время к ГА предъявляют повышенные требования к обеспечению механической и электрической прочности, температурному режиму эксплуатации, коррозионной стойкости и коэффициенту полезного действия. Для обеспечения защиты элементов ГА от воздействия воды и давления в процессе эксплуатации они помещаются в оболочку с наполнителем. В процессе производства и эксплуатации ГА в наполнителе могут образовываться дефекты типа поры и расслоения. Качество апертуры направленности зависит от наличия дефектов, расположенных в оболочке с наполнителем, и их типоразмеров. Поэтому следует проводить как контроль ГА как на функционирование, так и неразрушающий контроль (НК) их качества на отсутствие дефектов. Однако, отсутствие в настоящее время методик контроля возможных дефектов в приемных блоках гидроакустических антенн (ПБГА) существенным образом сказывается на их качестве и возможности отбраковки и ремонта до проведения сборки и гидроакустических испытаний ГА, что обусловливает актуальность темы выпускной квалификационной работы. Целью данной работы является разработка методики ультразвукового контроля качества приемных блоков гидроакустических антенн, обеспечивающей обнаружение дефектов типа расслоение и несплошность. Для достижения данной цели необходимо решить ряд логически взаимосвязанных задач: 1) провести анализ объекта контроля, методов и средств неразрушающего контроля приемных блоков гидроакустических антенн; 2) провести оборудования для выбор и обоснование ультразвукового контроля дефектоскопического приемных блоков гидроакустических антенн, разработать методику ультразвукового контроля; 3) провести экспериментальную отработку технологии ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн. 6

В качестве объекта исследования выступают приемный блок гидроакустической антенна и дефекты типа расслоение и несплошность. Предметом исследований являются ультразвуковой метод контроля качества приемного блока гидроакустической антенны. Основные результаты исследования докладывались на: VIII Конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург,2019). XLIX научной и учебно- методической конференции Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2020) и IX Конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, 2020). Работа состоит из перечня сокращений и обозначений, введения, 3 разделов, заключения, списка использованных источников. Текст работы изложен на 81 листе и содержит 11 таблиц, 92 рисунка. Список использованных источников включает 22 наименований 7

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИЕМНЫХ БЛОКОВ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИ АНТЕНН 1.1 Анализ объекта контроля. Дефекты, возникающие при изготовлении приемных блоков гидроакустических антенн В состав ПБГА входят два ряда преобразователей, по 12 штук в каждом, помещенных в резиновую оболочку, армированную железной сеткой, заполненную наполнителем. Для выявления дефектов в ПБГА используется ультразвуковой эхо-метод. На рисунке 1.1 изображен внешний вид ПБГА Рисунок 1.1 – Внешний вид ПБГА ПБГА (рисунок 1.2) представляет собой набор гидроакустических преобразователей (ГАП) (3), помещенных в оболочку (1), заполненную наполнителем (2). [1] 8

Рисунок 1.2 – Схематическое изображение поперечного сечения ГА: 1 – пьезокерамический преобразователь; 2 – наружная оболочка; 3 – наполнитель Производство ПБГА является сложным технологическим процессом, на каждой фазе которого вероятно возникновение разнообразного рода дефектов, сказывающихся на работоспособности как гидроакустической антенны в целом, так и ее составных частей. В наши дни работоспособность ПБГА гарантируется за счет соблюдения всех технологических приемов и контроля качества их выполнения. Заполнение формы ПБГА наполнителем является самой важной фазой, в результате которой, все ровно, вероятно появление разного рода дефектов: отсутствие адгезии, поры, расслоения и т.д. [2] Под дефектом понимается, каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. При проведении контроля стояла задача нахождения дефектов типа-несплошность (расслоение), воздушное включение (пора). Согласно ГОСТу Р ИСО 5577, под несплошностью имеется ввиду нарушение однородности материала. В нашем случае несплошностью является расслоение между оболочкой и наполнителем. [3] Сейчас работоспособность ПБГА подтверждается путем проведения испытаний – контролем на функционирование. Этот способ контроля является достаточно трудоемким и не дает возможность определять причину отказа (неисправности). Контроль с целью обнаружения дефектов, которые значительным образом влияют на работоспособность ГА, на сегодняшний день не осуществляется. Поэтому разработка и внедрение методов 9

неразрушающего контроля позволит повысить качество и снизить трудоемкость контроля качества ПБГА. 1.2 Анализ научно-технической литературы по методам и средствам неразрушающего контроля приемных блоков гидроакустических антенн Согласно ГОСТ Р 56542-2015 [4] установлены следующие классификации видов и методов НК, это сделано на основе физических процессов, которые протекают после взаимодействия физического поля или вещества с объектом контроля и до получения начальной информации. НК в зависимости от физических явлений, заложенных в его основу, подразделяют на виды: - магнитный; - электрический; - вихретоковый; - радиоволновой; - тепловой; - оптический; - радиационный; - акустический; - проникающими веществами; - виброакустический. Методы каждого вида НК принято классифицировать по следующим признакам: - типу взаимодействия физических полей или веществ с ОК; - первичным информативным параметрам; - методами получения первичной информации Более подробно остановимся на некоторых методах контроля. Акустический метод НК базируется на регистрации параметров упругих колебаний, возбуждаемых и возникающих в ОК. При акустическом методе 10

неразрушающего контроля обычно используют диапазон частот приблизительно от 0,5 кГц до 30 МГц. В случае, когда при контроле используют частоты «ультразвуковой» больше вместо чем 20 кГц, «акустический». используют Акустические термин методы НК используются для обнаружения поверхностных и внутренних дефектов (нарушений сплошности, неоднородности структуры, межкристаллитной коррозии, дефектов склейки, пайки, сварки и т. д.) в заготовках и изделиях, сделанных из различных материалов. По взаимодействию упругих колебаний с контролируемым объектом, акустические методы подразделяют на следующие: - прошедшего излучения (теневой метод); - отраженного излучения (эхо-импульсный метод); - резонансный; - импедансный; - свободных колебаний; - акустико-эмиссионный; Акустические методы НК позволяют выявлять следующие типы дефектов: - теневой метод, позволяет выявлять дефекты типа нарушения сплошности, расслоения, непроклепы и непропаи; - эхо-импульсный метод выявляет дефекты типа нарушения сплошности, определяет их координаты, размеры путем прозвучивания ОК и приема отраженного от дефекта сигнала; - резонансный метод обычно применяют для измерения толщины ОК; - акустико-эмиссионный метод способен обнаруживать и регистрировать исключительно развивающиеся трещины или способные к развитию под действием механической нагрузки; - импедансным методом контролируют клеевые, сварные и паянные соединения, которые имеют тонкую обшивку. - метод свободных колебаний позволяет находить глубинные дефекты. 11

Магнитный метод НК, базируется на анализе взаимодействия магнитного поля с ОК. При этом происходит регистрация магнитных полей рассеяния над дефектами или магнитных свойств ОК. Магнитные методы НК позволяют обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты в объектах разной формы выполненных из ферримагнитных материалов. [5] Радиационный метод основан на взаимодействии проникающих излучений с ОК. Радиационные методы НК используют для контроля качества сварных и паяных швов, состояния закрытых объектов и т.д. Излучения проходя через толщу материала детали и взаимодействия с его атомами, и дают информацию о строении вещества и наличии внутренних дефектов в объектах контроля. Радиоволновой метод основан на регистрации изменения параметров электромагнитных колебаний, взаимодействующих с ОК. Их применяют контроля качества и геометрических размеров изделий из диэлектрических материалов, вибраций, толщины металлического листа и т.п. В качестве источников энергии служат магнетроны, клистроны, лампы обратной волны, преобразователи частоты и т.п. [6] 1.3 Обоснование ультразвукового метода контроля для обнаружения дефектов в приемном блоке гидроакустической антенны. Для контроля ПБГА было принято использовать эхо-метод УЗК, обладающий возможностью выявления внутренних дефектов. [7] При контроле эхо-методом источником и приемником ультразвуковых импульсов является один и тот же преобразователь. Для обеспечения стабильности акустического контакта, а также ввиду особенностей поверхности ОК предлагается использовать иммерсионный способ акустического контакта. Схема прозвучивания эхо-методом при иммерсионном вводе представлена на рисунке 1.3 (а,б). При иммерсионном вводе на А-развертке будут отображаться излученный (зондирующий) сигнал (з), сигнал, отраженный однократно (1) и двукратно (1') от передней грани изделия, сигнал от границы раздела «оболочка – наполнитель» (2), от ГАП (3). 12

При наличии дефекта в объекте контроля (рисунок 3б), между сигналами 2 и 3 на временной развертке будет появляться сигнал от дефекта (д). [8] а б Рисунок 1.3 – Схема распространения и отражения ультразвука при иммерсионном вводе: а) при отсутствии дефекта; б) при наличии дефекта Выводы по главе 1. Постановка задач исследования Проведен анализ объекта контроля, который показал, что ПБГА является сложным объектом, на каждом этапе которого возможно появление дефектов. Анализ научно-технической литературы показал, что только два метода позволяют обнаруживать внутренние дефекты: - радиационный метод; - эхо-метод ультразвукового контроля (УЗК). Выбор был сделан в пользу УЗК метода. 13

В дальнейшем планируется провести выбор дефектоскопического оборудования, разработать схемы сканирования и обосновать необходимость автоматизированного контроля ПБГА. 14

2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ 2.1 Выбор и обоснование дефектоскопического оборудования для ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн Для обеспечения выявляемости дефектов в ПБГА был выполнен анализ существующих преобразователей, а также разработка и изготовление новых специализированных преобразователей, подходящих для решения поставленной задачи, с их оптимальными характеристиками. Подбор ПЭП осуществлялся путем проведения опытной отработки. Согласно результатам предварительных исследований, удовлетворительные результаты получены при использовании сфокусированного преобразователя с частотой 2,5 МГц с усиленным демпфером. [9] Выбранный преобразователь изображен на рисунке 2.1. В таблице 2.1 представлены характеристики выбранного комплекта преобразователей. Контроль проводился дефектоскопом OLYMPUS Omniscan MX2, общий вид которого представлен на рисунке 2.2. Рисунок 2.1 – Общий вид преобразователя с частотой 2,5 МГц, сфокусированный, с улучшенным демпфером 15

Таблица 2.1 – Характеристики выбранного комплекта преобразователей Тип преобразователей Тип разъема преобразователей Фокусировка преобразователей Частота преобразователей, МГц Степень защиты преобразователей иммерсионные, прямые, совмещенные, фокусирующие продольных волн CP50 (BNC) точечная 2,5 IP68 Рисунок 2.2 – Общий вид дефектоскопа OLYMPUS Omniscan MX2 Для проверки возможности выявления внутренних дефектов в ПБГА и применимости выбранного датчика были проведены исследования на образце с дефектами, искусственно заложенными при помощи шприца с воздухом. При сканировании данного образца наблюдается сигнал от границы изделия и границы «оболочка-наполнитель», а в положении датчика над дефектами появлялись соответствующие сигналы. Прокол без введения воздуха неразличим. Дефект в точке 2 (2 мл воздуха) распределился в виде группы вытянутых пор и занимает больший объем при введении меньшего объема воздуха по сравнению с точкой 3 (5 мл воздуха). Дефект в точке 3 хорошо различим всеми датчиками и находится несколько правее точки прокола 16

(возможно, игла вошла под углом). Сканы результатов исследования приведены на рисунке 2.3. Исследования данного образца доказали возможность выявления пор данным методом. Рисунок 2.3 – Сканы результатов исследования на образце с дефектами Для того чтобы перейти от ручного контроля к автоматизированному, были проанализированы несколько дефектоскопов и выделен УМД-8, обладающий большими преимуществами: - относительно низкая стоимость; - внесен в реестр СИ РФ; - открытое программное обеспечение (ПО); - возможно включение в состав автоматизированных систем НК. Общий вид дефектоскопа УМД-8 представлен на рисунке 2.4. Рисунок 2.4 – Общий вид дефектоскопа УМД-8 17

Дефектоскопы ультразвуковые многоканальные встраиваемые УМД-8 предназначены для измерения координат залегания дефектов и оценки их параметров по амплитуде отраженных сигналов при контроле материалов, полуфабрикатов, готовых изделий, сварных соединений на наличие дефектов типа нарушения однородности, а также для измерения толщины материала. Для работы дефектоскопов необходимо наличие внешней управляющей ЭВМ, с установленным дефектоскопа (ПО программным обеспечением управления управления).Функциональные работой возможности ПО управления и дефектоскопа определяются условиями применения в конкретной системе контроля. Количество коммутируемых каналов может быть от 1 до 48 в зависимости от версии. Управление и передача данных в реальном времени происходит по высокоскоростной шине Ethernet. Основные характеристики дефектоскопа приведены в таблице 2.2. Таблица 2.2 – Основные характеристики дефектоскопа УМД-8 Количество каналов контроля от 1 до 48 Диапазон измерения временных от 1 до 200 мкс интервалов Диапазон установки усиления 0 - 80 дБ Пределы допускаемого отклонения ± 2 дБ установки усиления Пределы допускаемой абсолютной ± 0,05 мкс погрешности измерения временных интервалов Размах импульса возбуждения не менее 100 В На рисунке 2.5 представлено главное окно специального программного обеспечения ультразвукового дефектоскопа УМД-8 в процессе сканирования. 18

A-скан B-скан Схема секторов Рисунок 2.5 – Главное окно специального программного обеспечения ультразвукового дефектоскопа УМД-8 в процессе сканирования 2.2 Разработка схем сканирования и обоснование необходимости автоматизации процесса контроля приемных блоков гидроакустических антенн УЗК ПБГА осуществляется в 32 секторах (соответствует шагу сканирования 8 мм, обеспечивающему сплошной контроль) согласно схеме, представленной на рисунке 2.6. Признаком дефекта при контроле эхо-методом является появление в зоне контроля (заданном временном диапазоне, соответствующем времени прихода сигналов, отраженных из объема ПБГА между внутренней поверхностью оболочки и пьезоэлементами) эхо-сигнала с амплитудой выше заданного порога. 19

9 10 11 12 13 14 3 2 1 32 2 1 32 18 19 29 28 27 26 25 24 23 22 21 ... 31 30 15 16 17 ... ПЭП 8 6 7 ПЭП ПЭП 4 5 20 0 L,мм Рисунок 2.6 – Схема контроля ПБГА УЗК проводится сначала с одной стороны ПБГА (сектора 1 – 16), потом ПБГА переворачивается и проводят контроль с другой стороны (сектора 17 – 32). Для обеспечения стабильности акустического контакта, а также ввиду особенностей поверхности ПБГА, при контроле ПБГА используется иммерсионный способ акустического контакта, заключающейся в распространении ультразвуковых сигналов между ПБГА и ПЭП в иммерсионной среде (воде). Принцип контроля указанным методом проиллюстрирован на рисунке 2.7. Рисунок 2.7 – Схема реализации иммерсионного способа контакта 20

Стоит отметить, что успех применения акустических методов контроля зависит от точности позиционирования датчика относительно объекта контроля. В связи с этим, ручной контроль изделий сложной геометрической формы не обеспечивает его достоверность и оперативность, поэтому необходимо разработать комплексный подход для позиционирования ПЭП относительно ОК и автоматизации процесса контроля качества. С целью проведения автоматизированного НК была разработана схема контроля и определена траектория движения датчика с учетом геометрических особенностей формы ОК и специфики акустического метода контроля (рисунок 2.8). Рисунок 2.8 – Схема движения датчика При осуществлении контроля качества ПБГА ультразвуковым методом необходимо обеспечить ортогональность положения датчика относительно объекта контроля, обеспечить постоянство расстояния F от датчика до поверхности ОК (см. рисунок 2.8), определяемого наилучшими акустическими характеристиками принимаемого сигнала и фокусным расстоянием датчика. Также при разработке и проектировании конструкции важным фактором 21

является использование иммерсионного способа обеспечения акустического контакта, следовательно, автоматизированная установка должна иметь возможность проведения НК в иммерсионной среде (дистиллированная вода). [10] Учитывая вышесказанное, автоматизированного комплекса была разработана неразрушающего конструкция контроля качества гидроакустических антенн, позволяющая выполнять все необходимые требования. На рисунках 2.9-2.10 представлены виды 3D-модели конструкции стенда в двух исполнениях. Конструкция стенда в исполнении 1 (рисунок 2.9 б) состоит из: 1 – каркас с иммерсионной ванной; 2 – устройство фиксации объекта контроля; 3 – каретка горизонтального движения; 4 – криволинейная направляющая с каркасом; 5 – датчик с оправкой. а) б) Рисунок 2.9 – 3D-модель конструкции стенда, исполнение 1 (а – общий вид; б – вид спереди) 22

Конструкция в исполнении 2 (рисунок 12 б) состоит из: 1 – каркас с иммерсионной ванной; 2 – устройство фиксации объекта контроля; 3 – каретка горизонтального движения; 4 – датчик с оправкой. а) б) Рисунок 2.10 – 3D-модель конструкции стенда, исполнение 2: а) общий вид; б) вид спереди Принципиальным отличием представленных конструкций является способ задания движения датчика по заданной траектории. В конструкции стенда первого исполнения движение датчика по заданной траектории осуществляется с помощью направляющей криволинейного движения, форма которой повторяет форму объекта контроля, а их центр точно совпадает. В таком случае для движения датчика необходимо 2 шаговых двигателя, расположенных по осям OX и OY, комбинированное воздействие которых позволит обеспечить заданную точность позиционирования. Использование криволинейной направляющей позволяет выдерживать расстояние F между датчиком и объектом контроля и ортогональность положения датчика относительно поверхности объекта контроля. Отсутствие универсальности данной конструкции является ее существенным недостатком. В случае 23

изменения формы и размеров объектов контроля обеспечение условия ортогональности положения датчика не будет выполнено. В конструкции стенда второго исполнения движение датчика по заданной траектории осуществляется с помощью трех шаговых двигателей, два из которых обеспечивают позиционирование в плоскости XOY, а третий двигатель обеспечивает поворот датчика для обеспечения нормали относительно поверхности объекта контроля. Выбор был сделан в пользу второго варианта. Итоговое исполнение стенда представлено на рисунке 2.11. Рисунок 2.11 – Внешний вид специализированной трехкоординатной системы позиционирования При проведении УЗК возможны различные варианты отображения результатов контроля. При автоматизированном контроле предпочтительно использовать развертку типа А (А-скан) и В (В-скан). В-скан – изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, перпендикулярной поверхности ввода и параллельной плоскости падения волны. В настоящее производителей время позволяют большинство получать A-, дефектоскопов B- и С-сканы крупных в случае необходимости. Данный факт позволяет осуществлять автоматизированный контроль ПБГА с помощью штатного ПО дефектоскопа. Однако для 24

автоматического контроля необходима разработка ПО, способного провести оценку наличия или отсутствия дефектов и определить места их расположения. Коллегами было разработано данное ПО. [11] Для отработки и настройки автоматизированного перемещения и позиционирования необходимо разработать траекторию движения. Для этой цели необходимо использовать дистанционный пульт управления, что позволяет вращать ШД пошагово. Анализируя предложения от компаний «Purelogic» и «Электропривод», был выбран проводной пульт дистанционного управления PL-MPG01, представленный на рисунке 2.12. [12,13] Его характеристики представлены в таблице 2.3: Рисунок 2.12 – Общий вид пульта дистанционного управления Таблица 2.3 – Характеристики PL-MPG01 Переключатель режимов на 4 позиции Кнопки управления Ручной генератор импульсов Напряжение питания ручного генератора импульсов Сопротивление изоляции 2 6 есть 5В 500 МОм Для управления автоматизированным комплектом перемещением и позиционированием преобразователей используется блок управления. Блок управления автоматизированным комплектом позиционирования преобразователей осуществляет: 25 перемещения и

– питание двигателей, энкодеров и концевых выключателей; – преобразование управляющих сигналов, полученных от системы обработки результатов контроля на базе ПК, в управляющие сигналы на двигатели КПП; – передачу информационных сигналов от энкодеров двигателей КПП в систему обработки результатов контроля на базе ПК; – контроль крайних положений каретки КПП посредством концевых выключателей; – экстренное отключение питания двигателей КПП при нажатии на кнопку аварийной остановки. Основные технические характеристики блока управления представлены в таблице 2.4. Таблица 2.4 – Основные технические характеристики блока управления Количество подключаемых энкодеров не более 4 Количество подключаемых концевых выключателей не более 8 Количество подключаемых двигателей не более 4 Максимальный рабочий ток каждого двигателя, А 4 Величина полного шага двигателей, ° 1,8 Деление шага двигателей 1:2, 1:8, 1:16, 1:20, 1:32, 1:40, 1:64 Интерфейс подключения к ПК USB Напряжение сети питания, В 220±10 Частота напряжения сети питания, Гц 50±1,25 Энергопотребление, Вт не более 650 Уровень вибрации, g не более 0,5 Блок управления изображен на рисунке 2.13. 26

Рисунок 2.13 – Внешний вид блока управления Основные технические характеристики автоматизированного комплекта перемещения и позиционирования преобразователей представлены в таблице 2.5. Таблица 2.5 – Основные технические характеристики КПП Диапазон перемещения ультразвукового преобразователя по оси Х, мм Диапазон перемещения ультразвукового преобразователя по оси Y, мм Диапазон перемещения ультразвукового преобразователя по оси Z, мм Точность позиционирования ультразвукового преобразователя при перемещении по осям X, Y, Z, мм Тип встроенных датчиков положения от 0 до 1570 от 0 до 110 50 не менее 1 магнитный – 7 шт. оптический – 1 шт. Расстояние от ультразвукового преобразователя до от 30 до 60 объекта контроля, мм Угол между поверхностью объекта контроля и акустической осью преобразователя при проведении 90 контроля, ° Точность задания угла между поверхностью объекта контроля и акустической осью преобразователя при 5 проведении контроля, ° Для обработки полученных результатов необходим ПК. СОРК выполняет интегральную функцию и обеспечивает: 27

– формирование управляющих сигналов для блока управления автоматизированным комплектом перемещения и позиционирования преобразователей; – прием, обработку и отображение сигналов с системы ультразвукового контроля; – автоматическое формирование протокола по результатам контроля. Технические параметры выбранного нами ПК приведены в таблице 2.6. Таблица –2.6 Основные технические параметры ПК Процессор Тактовая частота, Гц Тип архитектуры процессора Размер оперативной памяти, Гб Размер постоянной памяти, Гб Размер видеопамяти, Мб Количество разъемов типа USB Семейство операционной системы Версия операционной системы Программная платформа Версия программной платформы Средство просмотра файлов типа PDF Офисный пакет программ Версия офисного пакета программ Функция формирования и передачи управляющих команд в БУ Функция настройки и управления системой УК Функция регистрации, обработки и визуализации измерительной информации (А- и В-сканов) с системы УК Функция выделения дефектов на B-сканах Функция автоматического формирования протокола по результатам контроля Intel Core i5 3 x86-64 8 1000 1024 8 Microsoft Windows Microsoft Windows 10 Pro Microsoft .NET Framework 4.5 Adobe Acrobat Reader DC Microsoft Office Home and Business 2019 есть есть есть есть есть На рисунке 2.14 представлено изображение 3D-модели комплекта для проведения автоматизированного ультразвукового контроля ПБГА, состоящее из следующих позиций: 28

1 – автоматизированный комплект перемещения и позиционирования преобразователей; 2 – блок управления КПП; 3 – многоканальный ультразвуковой дефектоскоп УМД-8, входящий в состав системы ультразвукового контроля; 4 – рабочее место оператора; 5 – СОРК; 6 – комплект специальных ультразвуковых преобразователей. Рисунок 2.14 – Изображение 3D-модели комплекта оборудования для проведения контроля 2.3 Разработка методики ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн Методика устанавливает порядок проведения автоматизированного иммерсионного ультразвукового контроля ПБГА эхо-методом при использовании комплекта оборудования АНК ПБГА. Целью контроля является обнаружение в ОК следующих типов дефектов: воздушные 29

включения в наполнителе (поры); расслоения между оболочкой и наполнителем. Комплект оборудования АНК ПБГА позволяет определять поры с эквивалентной площадью 1,5 мм² и расслоения между оболочкой и наполнителем. Методика предусматривает проведение иммерсионного УЗК ПБГА эхо-методом в автоматизированном режиме, т.е. автоматического перемещения ПЭП, записи В-скана и выделения участков с отражателями, амплитуда сигнала от которых превышает заданный уровень. Блок-схема алгоритма подготовки к проведению контроля показана на рисунке 2.15. 30

Рисунок 2.15 – Блок-схема алгоритма подготовки к проведению контролю Ввести значения характеристик генератора и приемника, указанных в таблице 2.7. 31

Таблица 2.7 – Значения характеристик генератора и приемника Характеристика Частота ЗИ, МГц Периодов Ноль АЦП Фильтр, МГц Детектор Совмещенный режим R входа 50 Ом Демпфер 50 Ом Согласование Значение 2,5 0,5 0 1,5…3,0 полный включен выключен включен 3,3 мГн Ввести значения задержки 55 мкс, а развертки – 20 мкс. Вращая ручку регулировочного винта (поз 1. рисунок 2.16), настроить положение преобразователя таким образом, чтобы начало первого сигнала, отраженного от поверхности ОК, приходилось на 64 мкс по временной развертке, как показано на рисунке 2.17. Рисунок 2.16 – Общий вид держателя ПЭП: 1) ручка регулировки положения преобразователя 32

Рисунок 2.17 – Настройка положения преобразователя по времени прихода сигнала Ввести значения задержки 55 мкс для настройки каждого сектора при контроле двух типов дефектов (расслоение, поры). Ввести значения развертки, указанные в таблице 2.8. Таблица 2.8 – Значение развертки для каждого сектора Номер настройки* Значение развертки, мкс 1р-16р 25 1п-6п, 12п-16п 25 7п, 11п 35 8п, 10п 45 9п 65 *Настройки для контроля расслоений – 1р-16 р. Настройки для контроля пор – 1п-16 п. Ввести начальное значение усиления 60 дБ. Выставить строб контрольного уровня на минус 6 дБ в каждом секторе, а значения начала и ширина ввести равные значениям задержки и развертки соответственно. 33

Блок-схема алгоритма настройки усиления показана на рисунке 2.18. Начало Сканирование секторов НО согласно п. 3.2.2.1 РО Выделение областей дефектов на В-скане согласно п. 3.2.4 РО -1 дБ ΔА Повторное сканирование сектора согласно п. 3.2.2.4 РО нет +1 дБ Откорректировать усиление на ΔА да Завершение настройки усиления Рисунок 2.18 – Блок-схема алгоритма настройки усиления: ∆А – уровень сигнала относительно браковочного уровня (50 %) Настройка усиления проводится на каждом секторе НО с 1-ого по 16-ый на двух типах дефектов – расслоение и плоскодонный отражатель. За браковочный уровень чувствительности взят уровень сигнала 50 %. Усиление настраивается таким образом, чтобы максимальное значение сигнала от заложенного дефекта соответствовала браковочному уровню в пределах ± 1 дБ. После настройки усиления следует перейти к контролю ПБГА. Вывод по главе 2 1. Проведен анализ ультразвукового применимости для данного объекта контроля. 34 метода контроля и его

2. Осуществлен подбор специализированных преобразователей. 3. Разработаны основные конструктивные решения, позволяющие осуществлять перемещение преобразователей по заданной траектории, на заданном расстоянии от объекта контроля и с требуемой точностью. 35

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРИЕМНЫХ БЛОКОВ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН 3.1 Проведение ультразвукового контроля приемного блока гидроакустических антенн Для проведения автоматизированного ультразвукового контроля ПБГА был разработан и изготовлен стенд, фотография которого представлена на рисунке 3.1. Рисунок 3.1 – Общий вид стенда для проведения контроля Были проведены экспериментальные исследования, целью являетсяотработка и тестирование автоматизированной установки в «ручном» режиме с образом приемного блока гидроакустической антенны, в том числе: – отработка траектории движения датчика; – отработка перемещений кареток по осям; 36

– отработка подачи команд из ПО на блок управления и подтверждение их выполнения; – отработка взаимодействия между блоком управления и дефектоскопом при сканировании ОК с помощью ПО; – отработка визуализации (отображения), сохранения и загрузки В-сканов; – отработка формирования протокола Тестирование автоматизированной установки НК проводилось с помощью сканирования ПБГА, которое проводилось с лицевой стороны согласно схеме контроля, представленной на рисунке 3.2. Рисунок 3.2 – Схема контроля На рисунках 3.3-3.15 приведены В-сканы приемного блока гидроакустической антенны с лицевой стороны и положения сканирования. Рисунок 3.3 – В-скан ПБГА в положении 1. 37

Рисунок 3.4 – В-скан ПБГА в положении 2. Рисунок 3.5 – В-скан ПБГА в положении 3. Рисунок 3.6 – В-скан ПБГА в положении 4. 38

Рисунок 3.7 – В-скан ПБГА в положении 5. Рисунок 3.8 – В-скан ПБГА в положении 6 . Рисунок 3.9 – В-скан ПБГА в положении 7 39

Рисунок 3.10 – В-скан ПБГА в положении 8 . Рисунок 3.11 – В-скан ПБГА в положении 9 Рисунок 3.12 – В-скан ПБГА в положении 10 40

Рисунок 3.13 – В-скан ПБГА в положении 11 Рисунок 3.14 – В-скан ПБГА в положении 12 Рисунок 3.15 – В-скан ПБГА в положении 13 41

Во всех положениях хорошо различимы сигналы от поверхности объекта контроля и от границы раздела оболочка-наполнитель. В боковых положениях различимы пьезо-кольца; в положениях 4 и 11 (рисунки 3.6 и 3.13) пьезо-кольца особенно хорошо различимы. Но без настроечного образца и методики настройки невозможно однозначно заключить, являются ли данные отражатели дефектами. В ходе описанных экспериментальных исследований были запущены работы по отработке и тестированию автоматизированной установки в «ручном» режиме с образцом приемного блока гидроакустической антенны. Можно считать успешно проведенными: – отработку траектории движения датчика и перемещений кареток по осям в «ручном режиме» - при управлении с помощью пульта; – отработку подачи команд из ПО на блок управления и подтверждение их выполнения; – отработку взаимодействия между блоком управления и дефектоскопом при сканировании ОК с помощью ПО; – отработка визуализации, сохранения и загрузки В-сканов. Для отработки предложенной технологии контроля и настройки оборудования был изготовлен НО, образец предназначен для подтверждения функциональных и качественных характеристик оборудования для испытаний полиуретановых композиций при проведении испытаний, а также для настройки оборудования для испытаний полиуретановых композиций в процессе контроля качества ПБГА. Эскиз НО представлен на рисунке 3.16. Позициями обозначены заложенные имитаторы дефектов. Характеристики заложенных дефектов в Образце представлены в таблице 3.1. 42

а) б) в) г) Рисунок 3.16 – Эскиз Образца: а) поперечное сечение; б) продольное сечение; в) разрез А-А; г) трехмерный вид образца 43

Таблица 3.1 – Характеристики заложенных дефектов в образце Позиция 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Начало Размеры дефекта дефекта, (расстояние от мм поверхности Б), мм Ø2 40 Ø2 58 Ø2 76 5х5 67 5х52 25 5х5 67 5х40 25 Ø2 76 Ø2 58 Ø2 40 Глубина залегания Протяженность дефекта (расстояние дефекта вдоль от поверхности В), сектора, мм мм 2 2 2 5 5 5 40 2 2 2 2 13 22 0 0 0 0 0,5 1 1,5 На рисунке 3.17 представлен внешний вид образца. а) б) Рисунок 3.17 – Внешний вид образца: а) вид сверху; б) вид спереди Образец представляет собой полиуретановую композицию с имитаторами дефектов типа поры и расслоения. Имитация расслоений в образце выполнена путем создания между внутренней поверхностью 44

оболочки и полиуретановой композицией замкнутой полости, наполненной воздухом (Рисунок 3.18). 1,2 – расслоения размером 5х5мм; 3 – расслоение размером 5х53мм; 4 - расслоение размером 5х40мм Рисунок 3.18 – Вид образца с имитацией расслоений до заполнения наполнителем Сигналы, отраженные от плоскодонных отражателей (стальных стержней), соответствуют сигналам, отраженным от пор, эквивалентная площадь и глубина залегания которых представлены в таблице 3.2. Таблица 3.2 – Соответствие параметров дефектов Эквивалентная площадь Глубина залегания плоскодонного плоскодонного отражателя, мм2 отражателя, мм Эквивалентная площадь поры, мм2 2,0 3,1 Глубина залегания поры, мм 1,1 13,0 1,0 22,0 7,3 12,4 На рисунках 3.19 – 3.34 приведены В-сканы 16 секторов образца с заложенными дефектами. На рисунках выделены обнаруженные дефекты и пронумерованы в соответствии с таблицей 3.2. 45

5 4 Рисунок 3.19 – В-скан сектора 1 НО 5 4 Рисунок 3.20 – В-скан сектора 2 НО 5 Рисунок 3.21 – В-скан сектора 3 НО 46

5 Рисунок 3.22 – В-скан сектора 4 НО 5 Рисунок 3.23 – В-скан сектора 5 НО 5 6 Рисунок 3.24 – В-скан сектора 6 НО 47

5 Рисунок 3.25 – В-скан сектора 7 НО 5 Рисунок 3.26 – В-скан сектора 8 НО 3 2 1 Рисунок 3.27 – В-скан сектора 9 НО 48

Рисунок 3.28 – В-скан сектора 10 НО Рисунок 3.29 – В-скан сектора 11 НО 7 7 Рисунок 3.30 – В-скан сектора 12 НО 49

Рисунок 3.31 – В-скан сектора 13 НО Рисунок 3.32 – В-скан сектора 14 НО Рисунок 3.33 – В-скан сектора 15 НО 50

Рисунок 3.34 – В-скан сектора 16 НО УЗК проводилось на образцах ПБГА , пример одного из образцов представлен на рисунке 3.35. Рисунок 3.35 – Образец ПБГА Сканирование образца осуществлялось изображенной на рисунке 3.36. 51 согласно блок-схеме,

Рисунок 3.36 – Блок-схема проведения автоматизированного контроля ПБГА На рисунке 3.37 представлены характерные области при расшифровке Вскана. Рисунок 3.37 – Характерные области при расшифровке В-скана 52

На рисунке выделены следующие области: 1 – сигнал от поверхности оболочки; 2 – сигнал от армирующей сетки в оболочке; 3 – сигнал от границы оболочка-наполнитель; 4 – сигнал от пьезоколец; 5 – область контроля наполнителя Нас интересует область под номером 5, так как именно в наполнителе чаще всего возникают дефекты при производстве ПБГА и ее эксплуатации. Характерные признаки расслоения (рисунок 3.38): – область превышения контрольного уровня чувствительности сигнала от границы оболочка-наполнитель; – в секторе видно уменьшение сигнала от пьезоколец. 1 – расслоение; 2 – область уменьшения сигнала от пьезоколец Рисунок 3.38 – Характерные области расслоения при расшифровке В-скана Признаки поры (рисунки 3.39-3.40): – превышения контрольного уровня чувствительности сигнала в области контроля наполнителя; – уменьшение сигнала от пьезоколец. 53

1 – пора; 2 – область уменьшения сигнала от пьезоколец Рисунок 3.39 – Характерные области поры при расшифровке Вскана 1 – пора. Рисунок 3.40 – Характерные области поры при расшифровке Вскана Признаки некоторых конструктивных элементов ПБГА указаны на рисунках 3.41-3.42. 54

1 – соединительный фланец. Рисунок 3.41 – Характерные области соприкосновения промежуточного кольца с внутренней поверхностью оболочки при расшифровке В-скана 1 – винт. Рисунок 3.42 – Характерные области крепежного винта при расшифровке В-скана 9-го сектора По результатам ультразвукового контроля были обнаружены две дефектные зоны. Наличие в данных зонах дефектов также было подтверждено результатами контроля на функционирование. В ходе отработки образец ПБГА был разрезан и вскрыт по контуру дефектных участков. На данных участках было обнаружено отсутствие адгезии между внешней оболочкой и наполнителем, что предположительно является основной причиной снижения чувствительности соответствующих модулей. Стоит отметить, что результаты предварительных испытаний 55

привели к обнаружению того типа дефекта (отсутствие адгезии), наличие и обнаружение которого не обсуждалось при постановке задачи. Экспериментальная отработка показала работоспособность ультразвукового метода неразрушающего контроля и чувствительность к внутренним дефектам сплошности приемных блоков гидроакустических антенн. Отмечено, что размеры выявленных расслоений имеют значительную площадь (единицы квадратных сантиметров), сложную форму и границу, что определяет необходимость их точного оконтуривания и проведения сканирования по предложенной схеме (рисунок 3.43) с заданным шагом поворота ПЭП относительно объекта. Рисунок 3.43 – Схема сканирования ГА: 1…n – номер сектора; I – датчик; II – объект контроля (антенна) Таким образом, результаты экспериментальной отработки ультразвуковых методов неразрушающего контроля качества применительно к приемным блокам гидроакустических антенн признаны положительными. Ультразвуковые методы неразрушающего контроля пригодны для контроля 56

блоков гидроакустических антенн, заполненных наполнителем, и определения места расположения внутренних дефектов с заданной чувствительностью. 3.2 Сравнение результатов ультразвукового контроля приемных блоков гидроакустических антенн с результатами их акустических испытаний Был проведен полный контроль изделия ПБГА, результаты контроля по секторам представлены в таблице 3.3. Таблица 3.3 – Результаты контроля по секторам № сектора 1 Одиночные дефекты в наполнителе (при наличии): ΔA – уровень сигнала относительно браковочного; к – координата ΔA: +6 дБ, к: 1450,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 1544,5 мм; ΔA: -1 дБ, к: 1443,3 мм; ΔA: -1 дБ, к: 1444,0 мм; ΔA: +0 дБ, к: 125,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 143,3 мм; ΔA: 0 дБ, к: 1409,8 мм; ΔA: +6 дБ, к: 40,0 мм; ΔA: +2 дБ, к: 1322,8 мм; ΔA: +5 дБ, к: 1331,3 мм; ΔA: +2 дБ, к: 1244,5 мм; ΔA: +1 дБ, к: 1387,5 мм; ΔA: +3 дБ, к: 1256,8 мм; ΔA: +6 дБ, к: 1354,5 мм Расслоения между оболочкой и наполнителем (при наличии): ΔA – уровень сигнала относительно браковочного; н – координата начала; п – протяжённость дефекта ΔA: +6 дБ, н: 1495,0 мм, п: 6,5 мм; ΔA: +3 дБ, н: 1539,5 мм, п: 3,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 1457,5 мм, п: 6,0 мм; ΔA: +1 дБ, н: 1471,0 мм, п: 2,5 мм; ΔA: +6 дБ, н: 1445,5 мм, п: 9,5 мм; ΔA: +6 дБ, н: 1438,0 мм, п: 7,5 мм; ΔA: +6 дБ, н: 1406,0 мм, п: 7,5 мм; ΔA: +2 дБ, н: 66,5 мм, п: 3,5 мм; ΔA: +1 дБ, н: 20,5 мм, п: 1,5 мм; ΔA: +6 дБ, н: 0,0 мм, п: 9,5 мм; ΔA: +6 дБ, н: 282,0 мм, п: 15,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 25,0 мм, п: 21,0 мм; ΔA: +1 дБ, н: 299,5 мм, п: 1,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 535,0 мм, п: 15,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 1374,0 мм, п: 12,5 мм; ΔA: +6 дБ, н: 414,0 мм, п: 65,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 94,5 мм, п: 72,5 мм; ΔA: +6 дБ, н: 567,0 мм, п: 40,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 719,0 мм, п: 63,0 мм; ΔA: +5 дБ, н: 553,5 мм, п: 10,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 483,5 мм, п: 44,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 358,0 мм, п: 50,5 мм; ΔA: +6 дБ, н: 620,5 мм, п: 64,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 687,0 мм, п: 29,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 303,5 мм, п: 44,0 мм; ΔA: +6 дБ, н: 784,5 мм, п: 36,5 мм; 57 Примечание рисунок 63, рисунок 64

Продолжение таблицы 3.3 2 – – – 3 – – – 4 – – – 5 – – – 6 – – – 7 – – – 8 – – – – рисунок 65 9 ΔA: -13 дБ, к: 1414,3 мм; ΔA: -5 дБ, к: 1414,8 мм; ΔA: -8 дБ, к: 1414,8 мм; ΔA: -10 дБ, к: 1463,3 мм; ΔA: -13 дБ, к: 1472,8 мм; ΔA: -4 дБ, к: 1414,5 мм; ΔA: -10 дБ, к: 1231,5 мм; ΔA: -10 дБ, к: 1494,8 мм; ΔA: -12 дБ, к: 1160,3 мм; ΔA: -8 дБ, к: 1151,3 мм; ΔA: -3 дБ, к: 1186,8 мм; ΔA: -8 дБ, к: 1219,0 мм; ΔA: -11 дБ, к: 83,8 мм; ΔA: -7 дБ, к: 1241,5 мм; ΔA: -12 дБ, к: 89,8 мм; ΔA: -10 дБ, к: 174,5 мм; ΔA: -13 дБ, к: 50,3 мм; ΔA: -12 дБ, к: 103,0 мм; ΔA: -11 дБ, к: 122,5 мм; ΔA: -12 дБ, к: 165,3 мм; ΔA: -10 дБ, к: 157,8 мм; ΔA: -12 дБ, к: 382,0 мм; ΔA: -5 дБ, к: 519,8 мм; ΔA: -4 дБ, к: 1284,8 мм; ΔA: -10 дБ, к: 955,0 мм; ΔA: -3 дБ, к: 1353,0 мм; ΔA: -13 дБ, к: 387,8 мм; ΔA: -14 дБ, к: 648,8 мм; ΔA: -13 дБ, к: 619,8 мм; ΔA: -9 дБ, к: 837,3 мм; ΔA: -2 дБ, к: 567,8 мм; ΔA: -13 дБ, к: 676,5 мм; ΔA: -11 дБ, к: 905,0 мм; ΔA: -10 дБ, к: 596,8 мм; ΔA: -10 дБ, к: 800,5 мм; ΔA: -13 дБ, к: 663,0 мм; ΔA: -13 дБ, к: 685,0 мм; ΔA: -9 дБ, к: 867,5 мм; 58

Продолжение таблицы 3.3 10 – – – 11 – – – 12 – – – 13 – – – 14 – – – 15 – – – 16 – – – 17 ΔA: +6 дБ, к: 1451,0 мм; ΔA: -2 дБ, к: 1544,5 мм; ΔA: -2 дБ, к: 1473,0 мм; ΔA: -1 дБ, к: 1443,3 мм; ΔA: +3 дБ, к: 24,5 мм; ΔA: +2 дБ, к: 120,5 мм; ΔA: -2 дБ, к: 190,3 мм; ΔA: -1 дБ, к: 129,5 мм; ΔA: 0 дБ, к: 1444,0 мм; ΔA: +2 дБ, к: 163,5 мм; ΔA: 0 дБ, к: 1409,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 305,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 249,3 мм; ΔA: -2 дБ, к: 271,8 мм; ΔA: +1 дБ, к: 286,0 мм – рисунок 66 18 ΔA: +6 дБ, к: 1450,0 мм; ΔA: +4 дБ, к: 21,5 мм; ΔA: -2 дБ, к: 37,5 мм; ΔA: 0 дБ, к: 123,5 мм; ΔA: -2 дБ, к: 1441,3 мм; ΔA: -3 дБ, к: 186,8 мм; ΔA: +1 дБ, к: 1408,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 614,3 мм – рисунок 67 19 ΔA: +2 дБ, к: 122,0 мм; ΔA: +6 дБ, к: 29,3 мм; ΔA: +1 дБ, к: 287,5 мм; ΔA: +3 дБ, к: 272,5 мм; ΔA: +3 дБ, к: 1413,3 мм; ΔA: 0 дБ, к: 1228,5 мм; ΔA: -1 дБ, к: 1448,5 мм; ΔA: +3 дБ, к: 896,0 мм; ΔA: -1 дБ, к: 1443,8 мм; ΔA: -1 дБ, к: 1439,5 мм – рисунок 68 59

Продолжение таблицы 3.3 20 ΔA: -3 дБ, к: 42,8 мм; ΔA: -1 дБ, к: 141,8 мм; ΔA: +2 дБ, к: 1455,3 мм; ΔA: -2 дБ, к: 195,0 мм; ΔA: +6 дБ, к: 19,8 мм; ΔA: -1 дБ, к: 313,3 мм; ΔA: -3 дБ, к: 373,3 мм; ΔA: +1 дБ, к: 516,5 мм; ΔA: -2 дБ, к: 419,5 мм; – рисунок 69 21 ΔA: 0 дБ, к: 0,8 мм; ΔA: +6 дБ, к: 27,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 1274,0 мм; ΔA: 0 дБ, к: 673,0 мм; ΔA: -3 дБ, к: 1354,3 мм; ΔA: +0 дБ, к: 639,8 мм; ΔA: 0 дБ, к: 739,5 мм; ΔA: +2 дБ, к: 878,3 мм; ΔA: -1 дБ, к: 895,3 мм; ΔA: +0 дБ, к: 1316,5 мм – рисунок 70 22 ΔA: +3 дБ, к: 1549,3 мм; ΔA: -4 дБ, к: 1547,5 мм; ΔA: -4 дБ, к: 1547,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 223,5 мм; ΔA: -6 дБ, к: 169,8 мм; ΔA: -5 дБ, к: 217,3 мм; ΔA: -4 дБ, к: 142,0 мм; ΔA: -5 дБ, к: 302,5 мм; ΔA: -3 дБ, к: 314,3 мм; – рисунок 71 23 ΔA: +6 дБ, к: 1549,3 мм; ΔA: -6 дБ, к: 1419,8 мм; ΔA: +3 дБ, к: 1545,0 мм; ΔA: -5 дБ, к: 1549,3 мм; ΔA: -3 дБ, к: 222,3 мм; ΔA: -6 дБ, к: 156,8 мм; ΔA: -8 дБ, к: 149,0 мм; ΔA: -7 дБ, к: 172,8 мм; ΔA: -7 дБ, к: 180,5 мм; ΔA: -4 дБ, к: 190,5 мм; ΔA: 0 дБ, к: 271,5 мм; ΔA: -7 дБ, к: 420,0 мм; ΔA: -9 дБ, к: 538,3 мм; ΔA: -7 дБ, к: 1145,0 мм; ΔA: -6 дБ, к: 104,8 мм; ΔA: -6 дБ, к: 1179,3 мм; ΔA: -8 дБ, к: 1351,3 мм; – рисунок 72 60

Продолжение таблицы 3.3 24 ΔA: -9 дБ, к: 1419,0 мм; ΔA: -8 дБ, к: 1418,8 мм; ΔA: -7 дБ, к: 154,5 мм; ΔA: -4 дБ, к: 202,8 мм; ΔA: -4 дБ, к: 212,3 мм; ΔA: -7 дБ, к: 148,3 мм; ΔA: -10 дБ, к: 135,0 мм; ΔA: -11 дБ, к: 127,8 мм; ΔA: -7 дБ, к: 1324,3 мм; ΔA: -7 дБ, к: 142,0 мм; ΔA: -3 дБ, к: 574,3 мм; ΔA: -11 дБ, к: 44,3 мм; ΔA: -12 дБ, к: 1144,0 мм; – рисунок 73 25 ΔA: -3 дБ, к: 1419,3 мм; ΔA: -10 дБ, к: 1463,3 мм; ΔA: -13 дБ, к: 1472,8 мм; ΔA: -11 дБ, к: 58,0 мм; ΔA: -8 дБ, к: 50,3 мм; ΔA: -7 дБ, к: 1369,3 мм; ΔA: -9 дБ, к: 1494,8 мм; ΔA: -3 дБ, к: 915,5 мм; ΔA: -3 дБ, к: 1233,8 мм; ΔA: -8 дБ, к: 70,8 мм; ΔA: -12 дБ, к: 1286,3 мм; ΔA: -13 дБ, к: 5,0 мм; ΔA: -13 дБ, к: 1277,5 мм; ΔA: -14 дБ, к: 1274,0 мм; ΔA: -14 дБ, к: 1252,3 мм; ΔA: -13 дБ, к: 1257,8 мм; ΔA: -13 дБ, к: 1297,3 мм; ΔA: -8 дБ, к: 1326,0 мм; – рисунок 74 26 ΔA: +1 дБ, к: 1419,0 мм; ΔA: -11 дБ, к: 1417,8 мм; ΔA: -12 дБ, к: 1473,3 мм; ΔA: -7 дБ, к: 214,8 мм; ΔA: -11 дБ, к: 1324,8 мм; ΔA: -10 дБ, к: 1121,8 мм; ΔA: -11 дБ, к: 166,0 мм; ΔA: -9 дБ, к: 1318,0 мм; ΔA: -8 дБ, к: 614,8 мм; ΔA: -10 дБ, к: 50,3 мм; ΔA: -10 дБ, к: 156,0 мм; ΔA: -10 дБ, к: 350,3 мм; ΔA: -10 дБ, к: 538,3 мм; ΔA: -10 дБ, к: 72,5 мм; ΔA: -11 дБ, к: 999,3 мм; ΔA: -3 дБ, к: 203,5 мм; ΔA: -7 дБ, к: 241,5 мм; ΔA: -8 дБ, к: 267,3 мм; – рисунок 75 61

Продолжение таблицы 3.3 27 ΔA: -2 дБ, к: 1420,0 мм; ΔA: -7 дБ, к: 1396,3 мм; ΔA: -8 дБ, к: 323,5 мм; ΔA: -9 дБ, к: 401,8 мм; ΔA: -3 дБ, к: 178,8 мм; ΔA: -3 дБ, к: 287,0 мм; ΔA: -9 дБ, к: 298,5 мм; ΔA: -8 дБ, к: 200,8 мм; ΔA: -9 дБ, к: 311,0 мм; ΔA: -8 дБ, к: 581,3 мм; ΔA: -9 дБ, к: 602,5 мм; – рисунок 76 28 ΔA: -6 дБ, к: 1397,8 мм; ΔA: -6 дБ, к: 269,0 мм; ΔA: -4 дБ, к: 217,3 мм; ΔA: -4 дБ, к: 130,3 мм; ΔA: -6 дБ, к: 195,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 262,5 мм; ΔA: -4 дБ, к: 422,5 мм; ΔA: -5 дБ, к: 617,8 мм; ΔA: -5 дБ, к: 309,0 мм; ΔA: -3 дБ, к: 285,3 мм; ΔA: -5 дБ, к: 456,0 мм; ΔA: -3 дБ, к: 182,0 мм; ΔA: -5 дБ, к: 464,5 мм; – рисунок 77 29 ΔA: -5 дБ, к: 383,8 мм; ΔA: -6 дБ, к: 328,8 мм; ΔA: -5 дБ, к: 413,8 мм; ΔA: -4 дБ, к: 1088,8 мм; ΔA: -5 дБ, к: 1392,3 мм; ΔA: -6 дБ, к: 365,5 мм; ΔA: -4 дБ, к: 348,0 мм; ΔA: -5 дБ, к: 318,3 мм; ΔA: -5 дБ, к: 463,0 мм; ΔA: -6 дБ, к: 312,8 мм; ΔA: -5 дБ, к: 1149,5 мм; ΔA: -4 дБ, к: 360,0 мм; ΔA: -5 дБ, к: 305,5 мм; ΔA: -3 дБ, к: 692,8 мм; ΔA: -6 дБ, к: 625,3 мм; ΔA: -4 дБ, к: 633,8 мм; ΔA: -3 дБ, к: 421,3 мм; ΔA: -5 дБ, к: 726,5 мм; ΔA: -3 дБ, к: 126,5 мм; ΔA: -5 дБ, к: 43,0 мм; ΔA: +6 дБ, к: 1414,0 мм – рисунок 78 62

Окончание таблицы 3.3 30 ΔA: -4 дБ, к: 496,0 мм; ΔA: -5 дБ, к: 237,0 мм; ΔA: -3 дБ, к: 223,8 мм; ΔA: -6 дБ, к: 418,3 мм; ΔA: -4 дБ, к: 122,5 мм; ΔA: -6 дБ, к: 1541,8 мм; ΔA: -2 дБ, к: 249,8 мм; ΔA: -4 дБ, к: 838,8 мм; – рисунок 79 31 ΔA: -2 дБ, к: 241,0 мм; ΔA: -2 дБ, к: 142,5 мм; ΔA: -1 дБ, к: 1453,3 мм; ΔA: -2 дБ, к: 152,0 мм; ΔA: +1 дБ, к: 160,0 мм; ΔA: +1 дБ, к: 135,3 мм; ΔA: +5 дБ, к: 1407,5 мм; ΔA: -1 дБ, к: 1498,0 мм; – рисунок 80 32 ΔA: +4 дБ, к: 1407,0 мм; ΔA: +3 дБ, к: 1440,3 мм; ΔA: +5 дБ, к: 1452,8 мм; ΔA: +3 дБ, к: 59,8 мм; ΔA: +5 дБ, к: 28,8 мм; ΔA: +0 дБ, к: 1486,3 мм; ΔA: 0 дБ, к: 1499,0 мм; ΔA: +1 дБ, к: 1505,3 мм; – рисунок 81 В ходе сканирования был выявлен 251 одиночный дефект и 26 дефектов типа-расслоение. В-сканы дефектных секторов представлены на рисунках 3.43-3.59. Рисунок 3.43– Сектор № 1. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе 63

Рисунок 3.42 – Сектор № 1. В-скан при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем Рисунок 3.43 – Сектор № 9. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.44 – Сектор № 17. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе 64

Рисунок 3.45 – Сектор № 18. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.46 – Сектор № 19. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.47 – Сектор № 20. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе 65

Рисунок 3.48 – Сектор № 21. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.49 – Сектор № 22. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.50 – Сектор № 23. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе 66

Рисунок 3.51 – Сектор № 24. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.52 – Сектор № 25. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.53 – Сектор № 26. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе 67

Рисунок 3.54 – Сектор № 27. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.55 – Сектор № 28. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.56 – Сектор № 29. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе 68

Рисунок 3.57 – Сектор № 30. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.58 – Сектор № 31. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе Рисунок 3.59 – Сектор № 32. В-скан при контроле одиночных дефектов в наполнителе 69

Найденные дефекты были подтверждены акустическими испытаниями. Результаты акустических испытаний показаны на рисунках 3.60-3.71. а) б) Рисунок 3.60 – Приемный канал № 1. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем а) б) Рисунок 3.61 – Приемный канал № 2. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем а) б) Рисунок 3.62 – Приемный канал № 3. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем 70

а) б) Рисунок 3.63 – Приемный канал № 4. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем а) б) Рисунок 3.64 – Приемный канал № 5. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем а) б) Рисунок 3.65 – Приемный канал № 6. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем 71

а) б) Рисунок 3.66 – Приемный канал № 7. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем а) б) Рисунок 3.67– Приемный канал № 8. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем а) б) Рисунок 3.68 – Приемный канал № 9. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем 72

а) б) Рисунок 3.69 – Приемный канал № 10. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем а) б) Рисунок 3.70 – Приемный канал № 11. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем а) б) Рисунок 3.71 – Приемный канал № 12. Срез (сечение) ПБГА а) при контроле одиночных дефектов в наполнителе; б) при контроле расслоений между оболочкой и наполнителем 73

Выводы по главе 3 Была проведена отработка и тестирование автоматизированной установки, показавшее ее работоспособность. Изготовлен настроечный образец. Проведен контроль ПБГА с подтверждением всех полученных результатов. 74

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе выполнения выпускной квалификационной работы для достижения поставленной цели были выполнены логически взаимосвязанные задачи и были получены следующие результаты: 1. Обоснован Проведен анализ методов и средств неразрушающего контроля. выбор ультразвукового контроля ПБГА эхо-методом с использованием иммерсионного способа. 2. Обоснован выбор дефектоскопического оборудования, а именно ультразвукового дефектоскопа УМД-8, позволяющего осуществлять неразрушающий контроль в автоматизированном режиме, а также схемы сканирования ПБГА. 3. Разработана методика автоматизированного ультразвукового контроля ПБГА позволяющая с заданной достоверностью определять дефекты типа расслоение и пора. 4. Работоспособность технологии контроля подтверждена результатами экспериментальной отработки. Таким образом, цель выпускной квалификационной работы достигнута. 75

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Карташев Е.Н., Куц Д.А. Определение параметров гидроакустических пьезокерамических преобразователей путем численного моделирования // Материалы ХV конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». Санкт-Петербург: "Концерн "Центральный научноисследовательский институт "Электроприбор", 2013. С. 160—165 2. Федоров А.В. Ультразвуковой контроль качества гидроакустических антенн / А.В. Федоров, В.А. Быченок, М.Ф. Кормильцева, Д.С. Сергеев, Н.В. Ткачева, К.А. Батанов, Гаринков А.В. // Дефектоскопия. – 2019. – №2. – С. 36-42. 3. ГОСТ Р ИСО 5577-2009. Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь. 4. ГОСТ Р 56542-2015. Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов. 5. ООО «ГЕО-НДТ» [Электронный ресурс]: Режим доступа: URL: https://www.geo-ndt.ru/ , свободный (дата обращения 11.03.2020). 6. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 3: Ультразвуковой контроль / И. Н. Ермолов, Ю. В. Ланге. – М.: Машиностроение, 2004. – 864 с.: ил. 7. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В.; Под общ. ред. В.В. Клюева В.В. Неразрушающий контроль. Т.3. Ультразвуковой контроль. Москва: Изд-во Машиностроение, 2008. 864с. 8. Научно-технический центр «Эксперт» [Электронный ресурс]: Режим доступа: URL: http://www.ntcexpert.ru, свободный (Дата обращения 10.05.2020) 9. Коновалов С.И. Особенности импульсных режимов работы электроакустических пьезоэлектрических преобразователей / С.И. Коновалов, А.Г. Кузьменко. - СПб: Политехника, 2014. – 292 с. 76

10. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении. – М: СВЕН, 2014. – 312 с. 11. Зацепин, А.Ф. Методы и средства измерений и контроля: дефектоскопы : учебное пособие для вузов / А.Ф. Зацепин, Д.Ю. Бирюков ; под научной редакцией В. Н. Костина. - М: Издательство Юрайт, 2020. - 120 с. 12. Интернет-магазин «PureLogic» [Электронный ресурс] : Режим доступа: URL: https://purelogic.ru/, свободный (дата обращения: 10.05.2020). 13. Интернет-магазин «Электропривод» [Электронный ресурс] : Режим доступа: URL: https://electroprivod.ru/, свободный (дата обращения 10.05.2020). 14. Микропроцессоры и цифровые системы в неразрушающем контроле: учебное пособие / Ю.В. Алхимов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 245 с. 15. Колмогоров B.C., Авраменко Ю.Г. О навигационной безопасности плавания судов от столкновения с приповерхностными подводными объектами // Материалы 2-й Международной НТК, «Проблемы транспорта Дальнего востока». - Владивосток: ДВМГА, 1997. - С. 76-77 16. АО «Концерн «Океанприбор» [Электронный ресурс]: Режим доступа: URL: http://oceanpribor.ru/, свободный (дата обращения 15.01.2020). 17. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб.: Наука, 2004.190 с 18. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука, 2004. 410 с 19. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л.: Судостроение, 1984. 20. Глазанов, В.Е. Экранирование гидроакустических преобразователей // В.Е.Глазанов, А.В.Михайлов. - СПб.: Элмор, 2004. – 256 с. 77

21. Свердлин, Г.М. Прикладная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1990. - 320 с. 22. Свердлин, Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1980. - 232 с. 78

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

Рецензия от Евгений Павлухин

Отзыв рецензента.

больше 3 лет назад

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв