RU2045059C1

RU2045059C1 - Method of ultrasonic quality controlling of mounting of tension connections

Info

Publication number: RU2045059C1
Application number: RU93039571A
Authority: RU
Inventors: Т.Б. Рыжова; К.С. Щербань
Original assignee: Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: non-destructive quality control. SUBSTANCE: ultrasonic vibrations are excited in female part by means of registered converter, which has acoustic axis to be directed at the direction of crossing with axis of the hole for fitting. Signals are registered after being reflected from the first contact boundary and then from the second one, after wave entered the fitting element, and amplitude difference of the signals is measured. EFFECT: improved accuracy of checking of bolted and riveted joints. 3 dwg

Description

Изобретение относится к ультразвуковым (УЗ) неразрушающим методам контроля качества материалов и изделий и может быть использовано для контроля качества сборки болтовых и заклепочных соединений с натягом. The invention relates to ultrasonic (US) non-destructive methods for controlling the quality of materials and products and can be used to control the quality of the assembly of bolted and rivet joints with interference.

Известен способ УЗ контроля качества сборки соединений с натягом, заключающийся в том, что в охватывающей детали возбуждают поперечные волны, распространяющиеся по касательной к цилиндрической поверхности сопряжения деталей, принимают боковые поперечные волны, соответствующие наиболее полному обеганию контролируемого отверстия неоднородной поверхностной волной и по амплитуде принятого сигнала судят о качестве соединения [1]
Однако в этом способе на точность измерения информационного параметра оказывает влияние качество акустического контакта между УЗ преобразователями (излучателем, приемников) и контролируемым изделием.There is a method of ultrasonic inspection of the quality of assembly of joints with an interference fit, namely, that transverse waves are excited in a female part, propagating tangentially to the cylindrical mating surface of the parts, they receive lateral transverse waves corresponding to the fullest encirclement of the controlled hole with an inhomogeneous surface wave and the amplitude of the received signal judge the quality of the compound [1]
However, in this method, the accuracy of the measurement of the information parameter is affected by the quality of the acoustic contact between the ultrasound transducers (emitter, receivers) and the controlled product.

Известен также способ ультразвукового контроля качества сборки соединений с натягом, заключающийся в том, что в охватывающую деталь излучают ультразвуковые волны под углом к поверхности сопряжения деталей, принимают отражение от него волны и по амплитуде принятого сигнала судят о качестве соединения [2]
Однако при использовании указанного способа оценка качества соединения осуществляется в пределах одной ограниченной зоны поверхности сопряжения деталей. Кроме того, на точность измерения информационного параметра амплитуды эхо-сигнала оказывает влияние качество акустического контакта между УЗ преобразователями и контролируемым изделием.There is also a method of ultrasonic quality control of the assembly of compounds with interference, which consists in the fact that ultrasonic waves are emitted into the covering part at an angle to the mating surface of the parts, waves are reflected from it, and the quality of the connection is judged by the amplitude of the received signal [2]
However, when using this method, the assessment of the quality of the connection is carried out within one limited area of the surface of the mating parts. In addition, the accuracy of the measurement of the information parameter of the echo amplitude is influenced by the quality of the acoustic contact between the ultrasound transducers and the controlled product.

Задачей изобретения является повышение точности контроля путем одновременного охвата УЗ пучком двух диаметрально противоположных зон поверхности деталей, увеличения динамического диапазона информационного параметра и исключения влияния качества акустического контакта на результаты измерений. The objective of the invention is to increase the accuracy of control by simultaneously covering the ultrasound beam with two diametrically opposite zones of the surface of the parts, increasing the dynamic range of the information parameter and eliminating the influence of the quality of the acoustic contact on the measurement results.

Для этого в способе контроля, основанном на измерении амплитуды сигнал УЗ волны, отраженной от поверхности сопряжения деталей, УЗ преобразователь устанавливают таким образом, чтобы его акустическая ось проходила через ось контролируемого отверстия, в охватывающей детали возбуждают поперечные или продольные волны и о качестве соединения судят по разнице амплитуд сигналов, соответствующих отражениям УЗ волны от первой по ходу луча контактной границы и второй, после прохождения волны в крепежный элемент. To do this, in the control method based on measuring the amplitude, the ultrasonic wave signal reflected from the interface of the parts, the ultrasonic transducer is installed so that its acoustic axis passes through the axis of the hole being monitored, transverse or longitudinal waves are excited in the surrounding parts, and the quality of the connection is judged by the difference in the amplitudes of the signals corresponding to the reflections of the ultrasonic wave from the first along the beam of the contact boundary and the second, after the wave passes into the fastener.

На фиг. 1 представлена схема УЗ контроля соединений с натягом; на фиг.2 осциллограмма, наблюдаемая на экране дефектоскопа; на фиг.3 зависимости амплитуд и разности амплитуд эхо-сигналов от величины относительного натяга для контактной пары Ал-Ст. In FIG. 1 shows a diagram of ultrasonic inspection of tightened joints; in Fig.2 the waveform observed on the screen of the flaw detector; figure 3 dependences of the amplitudes and the difference in the amplitudes of the echo signals from the relative interference for the contact pair Al-St.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. The essence of the proposed method is as follows.

В охватывающей детали 1 возбуждают ультразвуковые волны (продольные или поперечные). Совмещенный УЗ преобразователь 2 устанавливают таким образом, чтобы его акустическая ось проходила через ось контролируемого отверстия. Часть УЗ волны, падающей на отверстие, отражается от границы отверстие-крепежный элемент, часть проходит в крепежный элемент 3. Большая криволинейность выпуклой поверхности (первой по ходу луча контактной границы) приводит к сильному расхождению УЗ лучей, поэтому на несовмещенный пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) поступают отраженные лучи с ограниченного участка контролируемой поверхности. In the female part 1, ultrasonic waves (longitudinal or transverse) are excited. The combined ultrasonic transducer 2 is set so that its acoustic axis passes through the axis of the controlled hole. Part of the ultrasonic wave incident on the hole is reflected from the hole-fastener interface, part passes to the fastener 3. The large curvilinearity of the convex surface (the first along the beam of the contact boundary) leads to a strong divergence of the ultrasound rays, therefore, to an incompatible piezoelectric transducer (PEP) Reflected rays come from a limited area of the controlled surface.

По мере роста деформаций (натяга) контактная граница отверстие крепежный элемент становится более прозрачной для УЗ волны. Это приводит к тому, что амплитуда сигнала отраженной волны уменьшается. Соответственно увеличивается энергия УЗ волны, прошедшей в крепежный элемент, которая, достигнув второй (вогнутой) контактной границы отверстие-крепежный элемент, испытывает ее фокусирующее воздействие при отражении. Дополнительная концентрация энергии УЗ волны, прошедшей в крепежный элемент, за счет фокусировки при отражении позволяет получать сигналы, достаточные для регистрации, начиная практически со свободной установки крепежного элемента в отверстие. As deformations (interference) increase, the contact boundary of the hole, the fastener becomes more transparent to the ultrasonic wave. This leads to the fact that the amplitude of the signal of the reflected wave decreases. Accordingly, the energy of the ultrasonic wave transmitted to the fastener increases, which, having reached the second (concave) contact boundary of the hole-fastener, experiences its focusing effect upon reflection. An additional concentration of energy of the ultrasonic wave transmitted to the fastener, due to focusing during reflection, allows receiving signals sufficient for registration, starting with almost free installation of the fastener in the hole.

Оценку величины натяга в соединении производят по разнице амплитуд сигналов, соответствующих отражениям от первой и второй по ходу луча контактной границы. Для этого используют предварительно снятые тарировочные графики. The magnitude of the interference fit in the joint is produced by the difference in the amplitudes of the signals corresponding to the reflections from the first and second along the beam of the contact boundary. For this, previously taken calibration schedules are used.

Излучение и прием ультразвуковых волн, а также измерение амплитуд принятых сигналов производят с помощью серийно выпускаемой аппаратуры типа:
отечественных УЗ дефектоскопов ДУК-66П, УД2-12, импортных USK-7, USM-2 (фирма Крауткремер, ФРГ) и совмещенных ПЭП с частотой УЗ колебаний 2,5-5,0 МГц.The radiation and reception of ultrasonic waves, as well as the measurement of the amplitudes of the received signals are produced using commercially available equipment such as:
domestic ultrasonic flaw detectors DUK-66P, UD2-12, imported USK-7, USM-2 (Krautkremer, Germany) and combined probes with ultrasonic vibrations of 2.5-5.0 MHz.

Проведена апробация предлагаемого способа, результаты которой представлены на фиг. 3, при контроле основных типов болтовых и болтозаклепочных соединений авиаконструкций по прототипу диапазон изменения информационного параметра (амплитуда эхо-сигнала) для поперечной волны составил 10-14 дБ, по предлагаемому способу 22-30 дБ, т. е. точность контроля у предлагаемого способа значительно выше за счет фактического суммирования динамических диапазонов амплитуд первого и второго сигналов. Способ позволяет повысить точность контроля также за счет исключения влияния акустического контакта при наиболее распространенном на практике контактном способе контроля. Кроме того, разность амплитуд сигналов дает усредненную оценку качества соединения по двум диаметрально противоположным зонам отверстия, что также повышает точность контроля. The testing of the proposed method, the results of which are presented in FIG. 3, when controlling the main types of bolt and bolt-and-rivet joints of aircraft structures according to the prototype, the range of information parameter variation (echo amplitude) for a shear wave was 10-14 dB, according to the proposed method, 22-30 dB, i.e., the accuracy of the control of the proposed method is significantly higher due to the actual summation of the dynamic ranges of amplitudes of the first and second signals. The method allows to increase the accuracy of control also by eliminating the influence of acoustic contact with the most common contact control method in practice. In addition, the difference in the amplitudes of the signals gives an average estimate of the quality of the connection over two diametrically opposite zones of the hole, which also increases the accuracy of the control.

Claims

METHOD OF ULTRASONIC QUALITY CONTROL OF ASSEMBLY OF CONNECTIONS WITH TENSION, consisting in the fact that the cylindrical interface of the parts is heard with an ultrasonic transducer, acoustic signals are received and their amplitude is measured, according to which the quality of the assembly is judged, characterized in that the sounding is carried out at the perpendicular axis of the ultrasonic transducer intersecting the acoustic transducer with the longitudinal axis of the cylindrical surface of the interface, receive signals reflected from the boundaries of the interface, and register their amplitude, by the difference of which they judge the quality of the assembly.