Разработка измерительной системы ультразвукового контроля сварных швов

РЕФЕРАТ

     Пояснительная записка содержит   страниц,  рисунок,  таблиц, источника.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     УЛЬТРАЗВУК, ДЕФЕКТОСКОП, ГЕНЕРАТОР, ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, КОНТРОЛЬ, ИМПУЛЬС, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, СИСТЕМА СОПРЯЖЕНИЯ, МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка измерительной системы ультразвукового контроля сварных швов.
     Для достижения этой цели в работе представлен анализ процесса ультразвукового контроля. Проведен литературный обзор методов и средств измерения для ультразвукового контроля сварных швов. Разработана автоматизированная измерительная система ультразвукового контроля. Произведено метрологическое обеспечение измерительной системы, выполнено экономическое обоснование проекта. Разработана инструкция обеспечения охраны труда и техники безопасности при выполнении ультразвукового контроля сварных швов.  Также в записку вложены разделы стандартизации обеспечения качества продукции и экологии.


     СОДЕРЖАНИЕ
     Введение05
 Анализ предметной области07
 Описание процесса сварки деталей07
 Обоснование и выбор информативных параметров09
 Анализ и выбор методов контроля сварных соединений 010
   1.3.1 Разрушающие методы контроля………………………...……..10
   1.3.2 Неразрушающие методы контроля ……………………………11
 Анализ и выбор средств контроля сварных швов012
 Разработка системы контроля017
 Обоснование структурной схемы измерительной системы017
 Анализ, обоснование выбора элементов системы018
 Описание функциональных элементов системы и их компоновки ………………………………………………………22
 Методика выполнения процесса измерения …………………24
 Разработка и выбор элементов автоматизации измерительной системы 025
 Обоснование выбора измерительного преобразователя 025
 Разработка системы сопряжений027
 Метрологическое обеспечение процесса измерения037
 Поверка средств измерения037
 Стандартизация и обеспечение качества044
 Производственная деятельность предприятия044
 Политика предприятия в области качества045
 Основы построения системы менеджмента качества045
 Управление документацией047
 Руководство СМК на предприятии048
 Цели предприятия в области качества049
 Мониторинг и оценка процессов049
 Мониторинг и оценка качества продукции050
 Корректирующие и предупреждающие действия050
 Отдел метрологической службы051
 Экономическое обоснование проекта052
 Вопросы безопасности жизнедеятельности056
 Вопросы экологии064
Заключение067
     Список использованных источников069
     Приложение А …………………………………………………………….71
     Приложение Б ……………………………………………………………...





ВВЕДЕНИЕ

     Возрастание количества измерений, нарастание сложности аппаратуры, повышение требований к точности, расширение использования математических методов обработки результатов измерений и обнаружения ошибок приводит к значительному росту трудоемкости и стоимости измерений и требует создание специализированных автоматизированных средств измерений.
     Основные направления автоматизации измерений:
     1) разработка средств измерений, в которых все необходимые регулировки выполняются автоматически, либо вообще не требуются;
     2) замена косвенных измерений прямыми, и создание многофункциональных комбинированных приборов;
     3) разработка панорамных измерительных приборов;
     4) применение микропроцессоров (МП) и разработка на их основе приборов со встроенным интеллектом;
     5) разработка измерительно-вычислительных комплексов (ИВК), имеющих в своем составе процессоры с необходимым периферийным оборудованием и программным обеспечением;
     6) создание на базе ИВК как универсального ядра информационных измерительных систем (ИИС).
     Целью выпускной квалификационной работы является разработка измерительной системы ультразвукового контроля сварных швов. 
     Для реализации целей необходимо выполнить следующие задачи:
     - провести анализ предметной области – изучить процесс сварки деталей, обосновать и выбрать  информативные параметры, провести анализ и выбор методов контроля и средств измерения информативных параметров при ультразвуковом контроле, проработать выбранный метод и средства измерения;
     - разработать измерительную систему контроля выбранных параметров при ультразвуковом контроле сварных швов – обосновать структурную схему измерительной системы, провести анализ и обосновать выбор элементов системы, изучить функциональные элементы системы и их компоновку, изучить методику выполнения процесса измерения;
     - разработать и выбрать элементы автоматизации измерительной системы – обосновать выбор измерительного преобразователя, разработать систему сопряжений;
     - привести метрологическое обеспечение процесса измерения – поверка средств измерения, анализ погрешности метода и средств измерения;
     - выявить аспекты стандартизации и обеспечения качества в ПАО «Салют» - изучить производственную деятельность предприятия, провести анализ Политики в области качества предприятия, рассмотреть основы построения системы менеджмента качества, провести анализ процедуры «Управление документацией», рассмотреть цели в области качества предприятия, мониторинг и оценка процессов и качества продукции, изучить процедуру «Корректирующие и предупреждающие действия», рассмотреть основные задачи отдела метрологической служба на предприятии;
     - выполнить экономическое обоснование проекта;
     - рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности при ультразвуковом контроле;
     - рассмотреть вопросы экологии в рамках технологического процесса ультразвукового контроля.   
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     


 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
     
 Описание процесса сварки деталей
     
     Объектом контроля является сварка деталей. Сварка — метод соединения деталей из однородного материала: пластика с пластиком, металла с металлом. При сваривании контактирующие поверхности расплавляются или плотно сжимаются. В зоне контакта происходит сплавление двух материалов в один. В результате образуется прочное плотное соединение двух поверхностей.
     Сварка металлов расплавлением используется для качественного герметичного соединения ответственных деталей: элементы трубопровода, корпус автомобиля (автобуса, самолета), стенки металлического гаража и ворота, опоры спортивного турника, соединение арматуры внутри бетонной стены и многое другое.
     На рисунке 1 представлена схема классификации видов сварки металлов.
     
     

     
     Рисунок 1 – Схема классификации видов сварки металлов
     
     
     Классификация видов соединений контактных поверхностей:
- стыковое;
- внахлест;
- угловое;
- тавровое;
- торцевое.
     
 Обоснование и выбор информативных параметров
     
     Сварка – один из наиболее важных производственных процессов. С ее помощью выполняется соединение стальных деталей в самых разнообразных конструкциях. Как и в случае прочих производственных процессов, иногда встречается брак. Под ним подразумеваются дефекты сварного шва, которые могут резко снизить качество готового изделия, а то и вовсе сделать его эксплуатацию смертельно опасной.
     Все дефекты сварного шва делятся на три большие группы: 
     - Наружные. 
     - Внутренние. 
     - Сквозные. 
     Наружные дефекты сварного шва зачастую являются наиболее многочисленной категорией. В нее входят: излишне малые размеры, а также смещение линии шва, различные наплывы, «надрезы», раковины усадки и не заделанные в процессе сварки кратеры, пористость или трещины. Неравномерная ширина шва также относится к этой разновидности. Считается, что внешние дефекты сварных швов относятся к наименее опасной категории.
     Соответственно, к внутренним относятся: поры, многочисленные включения шлака, не полностью проваренные места, а также трещины в толще сваренного металла. Что касается сквозных дефектов, то это свищи, проходящие через всю толщину детали трещины, а также пережог.

 Анализ и выбор методов контроля сварных соединений
     
     Вполне очевидно, что качество сварных швов влияет на функциональность всей сваренной конструкции. Дефекты приводят к ослаблению прочности изделий и их разрушению в процессе эксплуатации. Из-за проницаемости швов нарушается герметичность сосудов и систем, работающих под давлением.
     После завершения сварочных работ, изделия должны подвергаться контролю сварных соединений с целью обнаружения и исправления дефектов. Невооруженным глазом можно рассмотреть лишь часть из них - крупные наружные трещины и поры, непровары, подрезы и т.п. Большая часть дефектов скрыта в глубине металла или имеет такие малые размеры, что обнаружить их можно только с использованием специальных приборов и материалов.
     Существует много способов контроля сварных швов, различающихся по принципу действия, способности к обнаружению тех или иных видов дефектов, техническому оснащению. Методы контроля сварных соединений подразделяются на разрушающие и неразрушающие. Последние, в силу понятных причин, являются наиболее широко используемыми.
     
     1.3.1 Разрушающие методы контроля 
     
     К разрушающим методам контроля относятся способы испытания контрольных образцов с целью получения необходимых характеристик сварного соединения. Эти методы могут применяться как на контрольных образцах, так и на отрезках, вырезанных из самого соединения. В результате разрушающих методов контроля проверяют правильность подобранных материалов, выбранных режимов и технологий, осуществляют оценку квалификации сварщика.
     Механические испытания являются одним из основных методов разрушающего контроля. По их данным можно судить о соответствии основного материала и сварного соединения техническим условиям и другим нормативам, предусмотренным в данной отрасли.
     К механическим испытаниям относят:
     а) испытание сварного соединения в целом на различных его участках (наплавленного металла, основного металла, зоны термического влияния) на статическое (кратковременное) растяжение; 
     б) статический изгиб; 
     в) ударный изгиб (на надрезанных образцах); 
     г) на стойкость против механического старения; 
     д) измерение твердости металла на различных участках сварного соединения.
     Контрольные образцы для механических испытаний варят из того же металла, тем же методом и тем же сварщиком, что и основное изделие. В исключительных случаях контрольные образцы вырезают непосредственно из контролируемого изделия. Варианты образцов для определения механических свойств сварного соединения.
     Статическим растяжением испытывают прочность сварных соединений, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Статический изгиб проводят для определения пластичности соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. 
     Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом.
     Ударный изгиб - испытание, определяющее ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости можно судить о прочностных характеристиках, структурных изменениях металла и об устойчивости сварных швов против хрупкого разрушения. В зависимости от технических условий изделие может подвергаться ударному разрыву. Для труб малого диаметра с продольными и поперечными швами проводят испытания на сплющивание. Мерой пластичности служит величина просвета между поджимаемыми поверхностями при появлении первой трещины.
     Металлографические исследования сварных соединений проводят для установления структуры металла, качества сварного соединения, выявляют наличие и характер дефектов. По виду излома устанавливают характер разрушения образцов, изучают макро- и микроструктуру сварного шва и зоны термического влияния, судят о строении металла и его пластичности.
     Макроструктурный анализ определяет расположение видимых дефектов и их характер, а также макрошлифы и изломы металла. Его проводят невооруженным глазом или под лупой с 20-ти кратным увеличением.
     Микроструктурный анализ проводится с увеличением в 50-2000 раз с помощью специальных микроскопов. При этом методе можно обнаружить окислы на границах зерен, пережог металла, частицы неметаллических включений, величину зерен металла и другие изменения в его структуре, вызванные термической обработкой. При необходимости делают химический и спектральный анализ сварных соединений.
     
     1.3.2 Неразрушающие методы контроля 
     
     Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам - сквозным порам и трещинам. Схема метода контроля сварных швов керосином представлена на рисунке 2.
     
     Рисунок 2 – Схема метода контроля сварных швов керосином
      1 – испытуемое соединение, 2 – емкость с керосином
     
     Благодаря высокой проникающей способности керосина обнаруживаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее.
     Контроль аммиаком основан на изменении окраски некоторых индикаторов (раствор фенолфталеина, азотнокислой ртути) под воздействием щелочей. В качестве контролирующего реагента применяется газ аммиак. При испытании на одну сторону шва укладывают бумажную ленту, смоченную 5%-ным раствором индикатора, а с другой стороны шов обрабатывают смесью аммиака с воздухом. Аммиак, проникая через неплотности сварного шва, окрашивает индикатор в местах залегания дефектов. Схема этого метода представлена на рисунке 3.
     
     
     Рисунок 3 – Схема метода контроля сварных швов аммиаком
     
     Контроль воздушным давлением (сжатым воздухом или другими газами) подвергают сосуды и трубопроводы, работающие под давлением, а также резервуары, цистерны и т.п. 
     Контроль гидравлическим давлением применяют при проверке прочности и плотности различных сосудов, котлов, паро-, водо- и газопроводов и других сварных конструкций, работающих под избыточным давлением. 
     Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны. 
     Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резервуаров, газгольдеров и других листовых конструкций. Сущность метода заключается в создании вакуума на одной стороне контролируемого участка сварного шва и регистрации на этой же стороне шва проникновения воздуха через имеющиеся неплотности. Контроль ведется с помощью переносной вакуум-камеры, которую устанавливают на наиболее доступную сторону сварного соединения, предварительно смоченную мыльным раствором. Схема контроля представлена на рисунке 4. 
     
     
                                                     Атмосферное давление
     
     Рисунок  4  - Схема вакуумного контроля шва:
      1- вакуумметр, 2 - резиновое уплотнение, 3 - мыльный раствор, 4 - камера
     
     Люминесцентный контроль и контроль методом красок, называемый также капиллярной дефектоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия.
     Контроль методом красок заключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачивающая жидкость, которая под действием капиллярных сил проникает в полость дефектов. 
     Контроль газоэлектрическими течеискателям  применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие течеискатели достаточно сложны и дорогостоящи. В качестве газа-индикатора в них используется гелий. 
     Для обнаружения скрытых внутренних дефектов применяют следующие методы контроля.
     Магнитные методы контроля основаны на обнаружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая им сердечник электромагнита или помещая внутрь соленоида. 
     Требуемый магнитный поток можно создать и пропусканием тока по виткам (3 - 6 витков) сварочного провода, наматываемого на контролируемую деталь. В зависимости от способа обнаружения потоков рассеяния различают следующие методы магнитного контроля: метод магнитного порошка, индукционный и магнитографический. Дефекты обнаруживают с помощью искателя, в катушке которого под воздействием поля рассеяния индуцируется ЭДС, вызывающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом методе, схема которого представлена на рисунке 5,   поле рассеяния фиксируется на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверхности соединения. Запись воспроизводится на магнитографическом дефектоскопе. В результате сравнения контролируемого соединения с эталоном делается вывод о качестве соединения.
     
     Рисунок 5 – Схема магнитографического метода контроля сварных швов
      1 - подвижный электромагнит, 2 - дефект шва, 3 - магнитная лента
     
     Радиационные методы контроля являются надежным и широко распространенными методами контроля, основанными на способности рентгеновского и гамма-излучения проникать через металл. Схема этого метода представлена на рисунке 6.
     
     Рисунок 6 - Схема радиационного просвечивания швов:
     а - рентгеновское, б - гамма-излучением:
      1 - источник излучения, 2 - изделие, 3 - чувствительная пленка
     
     Выявление дефектов при радиационных методах основано на разном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают специальными аппаратами. С одной стороны шва на некотором расстоянии от него помещают источник излучения, с противоположной стороны плотно прижимают кассету с чувствительной фотопленкой.
     Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в деталях толщиной до 60 мм. Наряду с рентгено - графированием (экспозицией на пленку) применяют и рентгеноскопию, т.е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экран с флуоресцирующим покрытием. 
     Имеющиеся дефекты в этом случае рассматривают на экране. Такой способ можно сочетать с телевизионными устройствами и контроль вести на расстоянии.
     Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. Схема представлена на рисунке 7.
     
     
     Рисунок 7 - Ультразвуковой контроль швов:
      1 - генератор УЗК, 2 - щуп, 3 - усилитель, 4 – экран
     
     В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пластинки-щупа (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов. 
     При встрече с дефектным участком ультразвуковая волна отражается от него и улавливается другой пластинкой-щупом, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал.
     В таблице 1 перечислены достоинства и недостатки неразрушающих методов контроля сварных соединений
     
     Таблица 1 – Достоинства и недостатки методов неразрушающего контроля сварных соединений
     
Методы контроля
Достоинства
Недостатки
Капиллярный
- точность и определенность мелких повреждений на обследуемом объекте;
- значительный рост спектрального обзора всех дефектов на поверхности объектов;
- небольшая стоимость метода.
- отсутствие точности диагностирования при холодных температурных режимах;
- относительно долгий процесс диагностики; сложность проведения процедуры;
- высокая зависимость результатов от человеческого фактора и субъективного подхода оператора;
- отсутствие в методе механизированных, а также автоматизированных процессов;
- сложность при хранении индикаторных жидкостей и низкий срок их эксплуатации.
Магнитный
- высокая разрешающая способность (возможность выявления мелких дефектов), позволяющая регистрировать неоднородные магнитные поля, соизмеримые с размером частиц магнитного слоя ленты (порядка 1 мкм); - возможность регистрации дефектов на сложных поверхностях и в узких зазорах.
- необходимость вторичного преобразования информации;
- регистрируются только составляющие магнитных полей вдоль поверхности лент;
- сложность размагничивания и хранения ленты - необходимо предотвращать воздействие внешних магнитных полей.
Радиационный
Позволяет выявлять:
- дефекты в виде пор;
- шлаковые включения и включения вольфрама;
- продольные и поперечные трещины;
- подрезы, прожоги;
- сплошной или прерывистый непровар,
- другие дефекты.
- ненадежное выявление микротрещин.
Ультразвуковой
- высокая точность и скорость исследования, а также его низкая стоимость;
- безопасность для человека;
- возможность проведения выездной диагностики;
- во время проведения УЗК не требуется выведения контролируемой детали или всего объекта из эксплуатации;
- при проведении УЗК проверяемый объект не повреждается.
- ограниченность полученной информации о дефекте;
- некоторые трудности при работе с металлами с крупнозернистой структурой, которые возникают из-за сильного рассеяния и затухания волн;
- необходимость проведения предварительной подготовки поверхности шва.

Внешний осмотр
- простой и доступный метод;
- при сборе информации о качестве конструкции позволяет получить до 50% от всего объема;
- не трудозатратный и не требует дорогостоящего оборудования;
- легко подвергается проверки и повторному проведению.
- человеческий фактор, который влияет на 100% результатов;
- низкая достоверность полученных результатов, субъективность;
- используется только для поиска крупных дефектов (не менее 0,1 – 0,2 мм) и подозрений на возможные;
- ограниченность исследования только видимой частью конструкции;
- важна техническая грамотность сотрудников, которые должны правильно подобрать методику измерения, сравнительный шаблон или нормативы и дать точную оценку результатам измерения.
     Для стопроцентного контроля сварных соединений подходят только неразрушающие методы. 
     Проанализировав достоинства и недостатки методов неразрушающего контроля, остановим свой выбор на ультразвуковом методе, так как он обеспечивает:
     - высокую точность и скорость исследования;
     - низкую стоимость;
     - безопасность для человека;
     - возможность проведения выездной диагностики;
     - во время проведения УЗК не выведение контролируемой детали или всего объекта из эксплуатации;
     - неповрежденность проверяемого объекта при проведении УЗК.
     Также преимуществом ультразвуковой дефектоскопии является возможность контроля при односторонне доступе к изделию, простота и высокая производительность метода, большая проникающая способность, позволяющая обнаружить внутренние дефекты в крупногабаритных изделиях, возможность автоматизировать процесс контроля, полная безопасность для оператора и окружающих рабочих, высокая чувствительность, обеспечивающая выявление мелких дефектов.
     Ультразвуковой метод контроля осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 14782-76, ГОСТ 20415-2 и с учетом действующих отраслевых стандартов на ультразвуковой контроль.
     Эффективность ультразвукового контроля зависит от целого ряда факторов.
     Большое значение при этом имеет частота ультразвуковых волн. С увеличением частоты уменьшается их длина, а следовательно, повышается чувствительность метода, т.е. расширяется диапазон выявления более мелких дефектов. Однако с увеличением частоты на распространении ультразвуковых колебаний в большей степени начинает отражаться влияние структуры контролируемого металла.
     Существуют в основном два метода ультразвуковой контроля: теневой (рис. 12(а)) и эхо-импульсный (метод отраженных колебаний) (рисунок 12(б)). .
     
     
     Рисунок 12 - Схемы проведения ультразвукового контроля а - теневым; б - эхо импульсным методом;
      1 - щуп-излучатель; 2 - исследуемая деталь; 3 - щуп приемник; 4 - дефект
      
     При теневом методе ультразвуковые волны, идущие через сварной шов от источника ультразвуковых колебаний (щупа-излучателя), при встрече с дефектом не проникают через него, так как граница дефекта является границей двух разнородных сред (металл - шлак или металл - газ). За дефектом образуется область так называемой "звуковой тени". Интенсивность ультразвуковых колебаний, принятых щупом-приемником, резко падает, а изменение величины импульсов на экране электронно-лучевой трубки дефектоскопа указывает на наличие дефектов. Этот метод имеет ограниченное применение, так как необходим двусторонний доступ к шву, а в ряде случаев требуется снимать усиление шва.
     При эхо-импульсном методе щуп-излучатель посылает через сварной шов импульсы ультразвуковых волн, которые при встрече с дефектом отражаются от него и улавливаются щупом-приемником. Эти импульсы фиксируются на экране электроннолучевой трубки дефектоскопа в виде пиков, свидетельствующих о наличии дефекта. Измеряя время от момента посылки импульса до приема обратного сигнала, можно определить и глубину залегания дефектов. Основное достоинство этого метода состоит в том, что контроль можно проводить при одностороннем доступе к сварному шву без снятия усиления или предварительной обработки шва. Этот метод получил наибольшее применение при ультразвуковой дефектоскопии сварных швов.
     Для эхо-импульсного метода применяют ультразвуковые дефектоскопы.
     С помощью пъезоэлектрического преобразователя (ПЭП) передается короткий ультразвуковой сигнал в контролируемый объект, получив на приемник отраженный сигнал, измеряется время прохождения звукового сигнала от ПЭП до отражающей поверхности и назад.
     Это возможно только тогда, когда имеется четко определенное стартовое время и конечное время. Если скорость звука в объекте контроля известна, тогда, используя простые вычисления, можно определить расстояние до отражающей поверхности и таким образом точное положение несплошности в объекте контроля, рис. 13.
     
     
     Рисунок 13 - Принцип измерения времени и пути импульса
     
     Измерение времени начинается с подачей электрического импульса передачи - импульса возбуждения. Это очень короткий электрический разряд, вызывающий звуковой импульс в пьезоэлементе преобразователя. Звуковой импульс проходит через материал и при отражении от несплошности или противоположной поверхности материала возвращается назад к преобразователю. Полученные колебания преобразуются в электрический импульс, останавливающий измерение времени. Расстояние до отражающей поверхности можно тогда рассчитать по следующей формуле:
     
     , где s - путь, звукового импульса [мм]; 
             с - скорость звука в материале [км/с]; 
             t - время прохождения импульса [c]. 
     Если теперь время прохождения и амплитуду импульса отобразить в графическом виде, получится упрощенная модель универсального ультразвукового дефектоскопа (Рис. 14).
     
     
     
     Рисунок 14 - Графическое отображение полученных ультразвуковых сигналов в модульном виде
     
     
 Анализ и выбор средств контроля сварных швов 

     Для металлографического метода контроля сварных швов применяют микроскопы.
     Микроскоп (греч. ?????? — маленький и ?????? — смотрю) — прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений, а также измерения объектов или деталей структуры, невидимых или плохо видимых невооружённым глазом. 
     Общий вид микроскопа показан на рисунке 8. 
     
     
     Рисунок 8 – Общий вид микроскопа
     
     На основании установлен осветитель 15 и корпус 2, на котором смонтированы все узлы микроскопа.
     Осветитель имеет фонарь 14, состоящий из лампы накаливания, закрытой кожухом. При настройке освещения винтами 27 осветитель можно перемещать в горизонтальном направлении фиксируя его положение зажимным винтом 16. Лампа включается в сеть переменного тока через трансформатор с переключателем для регулировки накала лампы.
     К нижней части корпуса перед осветителем прикреплен диск 13 с набором светофильтров. С противоположной стороны корпуса находится устройство для фотографирования объекта с рамкой 3. В рамке закрепляется матовое стекло для наводки на резкость или кассета с пластинкой 9х12 см. Длительность выдержки обеспечивает фотозатвор 18. Слева от наблюдателя в нижней части корпуса имеется рукоятка 25 переключения фотоокуляров. На горизонтальной плоскости нижней части корпуса укреплен узел апертурной диафрагмы 17, в отверстие которой устанавливается кольцо с накаткой, винт 28 для фиксирования положения апертурной диафрагмы при ее повороте и винт 26 для смещения диафрагмы при установке косого освещения.
     К передней верхней части корпусы прикреплен раздвижной тубус 5, для визуального изучения объекта; в отверстие тубуса вставляется окуляр 6. При визуальном наблюдении объекта тубус должен быть выдвинут до упора, а при фотографировании вдвинут до предела. На горизонтальной плоскости верхней части корпуса имеется вертикальный иллюминатор 7, на верхнее отверстие которого устанавливается объектив 22. На патрубке иллюминатора установлена рамка с линзами 23 для создания светлого и темного полей и рукоятка 10 для включения диафрагмы при работе в темпом поле. В нижней части кожуха 21 имеются центровочные винты 20 полевой диафрагмы. Отверстие диафрагмы устанавливают поводком 19.
     К верхней части корпуса прикреплен подвижный кронштейн 11 с предметным столиком 9, в отверстие которого вставляются сменные подкладки для изучения объектов различной величины. В предметный столик ввинчиваются держатели 8 шлифа. Для вертикального перемещения предметного столика (при смене объектива и для грубой наводки на резкость) служит макрометрический винт 12. Положение столика в вертикальной плоскости фиксируется зажимным винтом 24. Для тонкой наводки на резкость служит микрометрический винт 4, при вращении которого объектив перемещается в вертикальном направлении.
     Для магнитопорошкового контроля применяют магнитопорошковые дефектоскопы.
     Магнитопорошковые дефектоскопы подразделяются на стационарные и переносные. Стационарные дефектоскопы нашли широкое применение применение на заводах и других предприятиях с крупносерийным выпуском различной продукции. Среди них такие модели, как УМДЭ-2500, ХМД-10П, МД-5.Такое оборудование позволяет контролировать качество сварных соединений различной формы. Они способны обеспечить высокую производительность контроля – от нескольких десятков, до нескольких сотен изделий в час.
     Для ультразвукового контроля сварных соединений применяют ультразвуковые дефектоскопы.
     Промышленный ультразвуковой дефектоскоп, применяемый для определения сплошности и качества сварных швов, оценивает интенсивность эхо-сигнала, которая пропорциональна амплитуде звукового давления.
     Есть множество моделей ультразвуковых дефектоскопов: УД2-70, А1212, Пеленг-415, УСД-60 и др..
     На рисунке 9 представлен ультразвуковой дефектоскоп УД2-70.
     
     
     
     
     Рисунок 9 – Ультразвуковой дефектоскоп УД2-70
     
     Дефектоскоп УД2-70 реализует эхо-импульсный, теневой и зеркально-теневой методы неразрушающего контроля с ультразвуковыми (УЗ) пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП) на номинальные частоты 0,4; 1,25; 1,8; 2,5; 5,0 и 10,0 МГц.
     Дефектоскоп может применяться для контроля качества продукции при ее изготовлении и эксплуатации в различных отраслях промышленности.
     Дефектоскоп сохраняет работоспособность при контроле материалов и изделий со скоростями распространения УЗ колебаний (УЗК) в диапазоне от 100 до 15000 м/с. Шероховатость поверхности контролируемого изделия в зоне акустического контакта с преобразователем Rz не более 250 мкм.
     По функциональному назначению дефектоскоп относится ко второй группе ультразвуковых дефектоскопов общего назначения по ГОСТ 23049-84, по конструктивному исполнению - к переносным, по степени участия оператора в процессе контроля - к ручным.
     На рисунке 10 представлен ультразвуковой дефектоскоп А1212.
     
     
     Рисунок 10 – Ультразвуковой дефектоскоп А1212
     
     Дефектоскоп А1212 МАСТЕР относится к ультразвуковым (УЗ) дефектоскопам общего назначения для ручного контроля.
     Дефектоскоп предназначен для поиска, определения координат и оценки размеров различных нарушений сплошности и однородности материала в изделиях из металлов и пластмасс.
     Дефектоскоп позволяет формировать, регистрировать и сохранять в энергонезависимой памяти временные реализации импульсных УЗ сигналов. Встроенный жидкокристаллический (ЖК) дисплей обеспечивает отображение УЗ сигналов в форме А-скана, а так же образов сечений объектов контроля (ОК) в форме В-сканов. Предусмотрено ручное и автоматическое измерение временных интервалов, амплитуд сигналов и автоматический расчет координат дефектов.
     Программное обеспечение (ПО) Advanced Data Manager (ADM), входящее в комплект поставки прибора, позволяет передавать данные из памяти прибора на внешний персональный компьютер (ПК), для их последующего анализа и документирования. Также существует возможность проводить через компьютер настройку прибора, наблюдать на экране компьютера эхо-сигналы в реальном масштабе времени и обрабатывать их (режим компьютерного дефектоскопа).
     Связь с компьютером осуществляется через USB порт.
     На рисунке 11 представлен ультразвуковой дефектоскоп УСД-60.
     
     
     Рисунок 11 – Ультразвуковой дефектоскоп УСД-60
     
     Современный промышленный ультразвуковой дефектоскоп УСД-60 имеет широкий набор функций включающий в себя: автоматическую калибровку преобразователя, функции ВРЧ, АРК, АРД с привязкой по чувствительности, датчик пути для построения координатной развертки (в специальных версиях), режим огибающей, память результатов, высокоскоростной интерфейс с ПК.
     Также позволяет проводить высокоточную дефектоскопию и толщинометрию изделий, выводя сигнал в виде А, В и C-скана (опционально), а так же обладает набором функций по документированию результатов контроля. Универсальная архитектура прибора позволяет производить на его базе механизированные и роботизированные комплексы контроля (до 32-х каналов), проводить ручной, автоматизированный контактный и иммерсионный УЗК.
     Дефектоскоп УСД-60 сертифицирован в Ростехрегулировании РФ (Свидетельство об утверждении типа средства измерения RU.C.27.003.A № 39599), зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 34808-10 и допущен к применению в Российской Федерации.
     Анализ показал, что для ультразвукового контроля сварных соединений больше подходит дефектоскоп УСД-60.

     
     2 Разработка системы контроля
     
     2.1 Обоснование структурной схемы измерительной системы
     
     Структурная схема системы измерения ультразвукового контроля сварных соединений показана на рисунке 15.


     
     Рисунок 15 – Структурная схема системы измерения ультразв.......................