Акустические методы
УДК 620.179.16
МОБИЛЬНАЯ МНОГОКАНАЛЬНАЯ УСТАНОВКА "ЛИСТ-4" ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ЛИСТА
В.Г. Щербинский, С.А. Артемьев, Н.М. Антонова, К.В. Панферов, А.Ю. Грачёв, А.П. Копылов, А. Ф. Захаров, С.А. Мирошин
Создано новое поколение установок ультразвукового контроля листового проката для металлургических комбинатов. Новая мобильная установка ЦНИИТМАШ "ЛИСТ-4" выявляет несплошности по ГОСТ 22727—88; ГОСТ 28831—90 и зарубежным стандартам.
Ключевые слова: листовой прокат, акустический контроль, сканер, акустический контакт.
Несмотря на интенсивные процессы автоматизации в прокатном производстве, значительные объемы контроля проката осуществляются крайне непроизводительным и недостаточно достоверным методом — вручную. К сожалению, ручной контроль с ползанием оператора на коленках по листу имеет место на судостроительных верфях, нефтехимических предприятиях, машиностроительных заводах при входном контроле; в металлургическом производстве при повторном (экспертном) контроле отбракованного на автоматических линиях листа, а также листа с нестандартными размерными параметрами или дефектами формы и т. д. Имеющаяся ниша может быть заполнена мобильными установками, перемещаемыми вручную, но оснащенными многоканальными электронно-акустическими блоками, обеспечивающими прозву-чивание в 100 % объеме или по дискретной сетке с определенным шагом.
Ранее разработанные в НПО ЦНИИТМАШустановкитипа ' 'ЛИСТ-2" и "ЛИСТ-3" хорошо зарекомендовали себя, обеспечивая у.з. контроль листового проката на многих металлургических комбинатах. В последнее время в НПО ЦНИИТМАШ создано новое поколение установок у.з. контроля.
Мобильная установка "ЛИСТ-4" (ЦНИИТМАШ) обеспечивает полистный высокопроизводительный механизированный у. з. контроль моно- и биметаллического листового проката, включая кромки, эхоимпульсным методом продольными волнами с автоматической сигнализацией наличия дефектов в процессе контроля и маркировкой дефектных зон (рис. 1).
Установку можно использовать для штатного выходного контроля на металлургических заводах и приемочно-
Виктор Григорьевич Щербинский, доктор техн. наук, профессор, заведующий лабораторией ИНМИМ, НПО "ЦНИИТМАШ". Тел. (495) 677-10-14, (495) 675-85-14. E-mail: zavltnk@mail.ru; ltnk@yandex.ru
С.А. Артемьев, ведущий научный сотрудник ИНМИМ, НПО "ЦНИИТМАШ".
Н.М. Антонова, конструктор ИНМИМ, НПО "ЦНИИТМАШ".
К.В. Панферов, старший научный сотрудник ИНМИМ, НПО "ЦНИИТМАШ".
А.Ю. Грачёв, ведущий инженер по системам узк, "ММК", r. Магнитогорск.
А.П. Копылов, главный специалист по дефектоскопии, начальник лаборатории, 3 уровень, ОАО "ВМЗ", г. Выкса.
А.Ф. Захаров, специалист 3 уровня, ОАО "ВМЗ", г. Выкса.
С. А. Мирошин, специалист 3 уровня, ОАО "Сталь", г. Выкса.
Рис. 1.
го (входного) контроля на машиностроительных заводах, в частности, при изготовлении заготовок резервуаров нефтехранилищ и других емкостей. Установка выявляет несплошности типа расслоений, скоплений неметаллических включений и других дефектов по всем классам сплошности по ГОСТ 22727—88, ГОСТ 28831—90 и зарубежным стандартам. Установка " ЛИСТ-4" является автономным прибором с питанием от аккумуляторов и базируется на четырехколесном шасси (тележке), на котором установлены ультразвуковой дефектоскоп, электронный блок управления (мультиплексор), акустический блок и вспомогательные механизмы.
Количество преобразователей в акустическом блоке — 8 или 16.
Гарантированная чувствительность (при работе с восемью ПЭП) по ГОСТ 22727—88 (по стали) Д5Э — до глубины 150 мм; Д3Э — до глубины 50 мм; при работе с шестнадцатью ПЭП Д3Э — до глубины 25 мм.
Установку "ЛИСТ-4" проектировали, в первую очередь, для высокопроизводительного контроля штрипса толщиной 6—22 мм по международным стандартам качества. В соответствии с этим главной задачей при проектировании установки было создание компактного акустического блока, обеспечивающего достаточно большую ширину захвата (полосу сканирования), 100 % плотность прозвучивания при скорости сканирования до 0,3 м/с и возможность контроля кромок. Особое внимание было обращено на конструкцию акустического блока (АБ).
В каретке акустического блока (сканере) установлены 8 (16) РС-преобразователей (ПЭП). Каретка выполнена в виде плиты из твердого дю-ралюмина с шестнадцатью окнами. В окна в шахматном порядке с шагом 40 мм размещены направляющие втулки. В каждую из них вставлена обойма (держатель) ПЭП в виде ступенчатого цилиндра, на верхнем торце которого выполнен цанговый зажим, а на нижнем торце укреплена имеющая четыре опорные площадки лыжа, изготовленная из закаленной стали с твердостью HRC 55—58. В цилиндрической части большого диаметра обоймы выполнена кольцевая проточка, в которую входит направляющая втулка. В нижней части направляющей втулки с внутренней стороны имеется кольцевой валик. Зазор между обоймой, в которой установлен ПЭП, и валиком составляет 0,3 мм.
Такая конструкция позволяет максимально понизить центр тяжести и центр приложения тангенциальных сил к обойме, возникающих при сканировании, и уменьшить ее опрокидывающий момент. При этом обойма имеет все нужные степени свободы; может наклоняться на любой угол относительно нормали к листу (вплоть до 8о) и смещаться вверх-вниз, отслеживая форму поверхности листа, плотно прижимаясь к нему, что обеспечивает стабильный акустический контакт. Обойма является универсальной и позволяет устанавливать в ней широкозахватные ПЭП с диаметром до 30 мм. При необходимости установки ПЭП меньшего диаметра в зазор между ПЭП и стенкой обоймы вставляется центрирующая втулка.
Акустический блок консольно опирается на два эксцентрично посаженных ролика 0 54—56 мм шириной 30 мм, расположенных за пределами зоны сканирования на предельно малом расстоянии от нее. Это позволяет сканировать торцевые и боковые кромки листа и в то же время обеспечивать практически постоянную высоту размещения плиты над поверхностью листа даже при его коробоватости или волнистости. Высота размещения может регулироваться.
В установке "ЛИСТ-4" применяют специализированные ПЭП, работающие в щелевом (контактно-иммерсионном) варианте. Для малых толщин (до 40— 50 мм) используют РС ПЭП типа П 112 (товарное обозначение ПРСЦ-1). Преобразователи имеют цилиндрическую форму 0 30 мм в основной части и 0 24 мм в хвостовой, из которой выводится кабель.
№
Количество ПЭП
Размер, 0 мм ПЭП
Наибольший шаг сканирования А, мм
Ширина захвата Ь, мм
Плотность сканирования, %
Плотность сканирования кромки 40 мм, %
Схема сканирования
12
40
292
32
30
ФСФФФОФФ-
24
40
304
64
60
12
24
20
20
152
64
60
164
100
100
12
24
80
80
272
36
60
284
100
16
16
12
24
12
24
40
40
20
20
252
38
60
264
332
344
75
58
100
100
60
100
НННН
Рис. 2
Обычно контроль листа толщиной до 50 мм проводят на частоте 5,0 МГц, а на больших толщинах — на частоте 2,5 и 1,8 МГц. Дефектоскоп допускает (без каких-либо переделок) расширение диапазона от 1,25 до 10,0 МГц.
В зависимости от размера пьезопластин и размещения ПЭП в АБ возможны различные варианты ширины захвата и плотности прозвучивания. как показано на рис. 2.
На рис. 3 приведена фотография АБ со стороны рабочей поверхности при размере пьезоэлементов 24*6 мм. Как видно, имеется 10 % перекрытие соседних апертур, что гарантирует 100 % плотность прозвучивания и соответствует самым высоким требованиям всех международных стандартов.
Подключение ПЭП к блоку управления проводят с помощью соединителя, оснащенного разъемами БКС. Разъемы объединены попарно, что обеспечивает возможность подключения одиночных ПЭП или двух ПЭП параллельно. При схеме контроля 8+8 попарное подключение ПЭП к дефектоскопу несколько снижает чувствительность (на 8—12 дБ), однако это не существенно при контроле листа толщиной до 50 мм.
Установка также позволяет вести одновременно или последовательно без перестройки контроль на двух выбранных частотах по схеме 8+8. Например, на частоте 1,8 МГц контролировать толстостенный лист, а на частоте 5,0 МГц — его подповерхнустную зону.
В установке "ЛИСТ-4" использован сертифицированный в Госстандарте у.з. процессорный дефектоскоп типа УДЦ-201П конструкции ЦНИИТМАШ и мультиплексор (коммутатор) на 8 каналов. Дефектоскоп позволяет проводить и запоминать параметры контроля (настройку скорости развертки и чувствительности дефектоскопа) на любые необходимые классы сплошности и толщины контролируемых листов. Все настройки (до 128) хранятся в памяти дефектоскопа и могут быть вызваны оператором путем набора необходимого номера программы, соответствующей параметрам контролируемого изделия (толщине листа) и заданному классу сплошности. Автоматическое выравнивание чувствительности в процессе контроля (в автоматическом режиме) помогает осуществлять контроль с высокой достоверностью. Предусмотрено архивирование на внешней ЭВМ кадров развертки "А" с комментариями (64 кадров), проводимое ручным вводом информации.
Установка снабжена функцией контроля за качеством акустического контакта. При пропадании донного сигнала хотя бы в одном из каналов (в автоматическом режиме сканирования) на задаваемое наперед (регулируемое) время от 1 до 30 с все сигналы на экране пропадают и появляются вертикальные полосы.
Рис. 3
Мобильная многоканальная установка "ЛИСТ-4".
7
Программная поддержка дефектоскопа УДЦ-201П позволяет использовать его и как прибор общего назначения. В частности, в "меню" заложены уровни сплошности по ГОСТ 22278—80; возможность настройки чувствительности по донному сигналу и сигналу от эталонного отражателя в образце; два независимых канала АСД (строб-импульсы); измерение амплитуды сигнала, выходящего за экран без использования регуляторов и др.
На шасси имеется пара транспортных колес такого же диаметра, что и у задних колес (0 125 мм). В транспортном положении они опущены, в рабочем положении они подняты и не мешают процессу сканирования. Фиксация положения транспортных колес осуществляется рычажным механизмом с подпружиненной ручкой.
Конструкция акустического блока позволяет с небольшими переделками проводить контроль
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.