Способ ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для обнаружения дефектов труб, сортового проката. Повышение качества продукции за счет расширения возможностей контроля, повышения его чувствительности, надежности и достоверности достигается за счет того, что способ дефектоскопии включает возбуждение в изделии импульса ультразвуковой волны, осуществление многократного прохождения этого импульса по периметру сечения, измерение энергии сигналов, принимаемых на заданном временном интервале, оценку состояния акустического контакта по результатам зтих измерений. Кроме того, дополнительно осуществляют подавление импульсов, прошедших изделие по периметру, прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации, измерение знергии этих сигналов, по величине которой судят о наличии и размерах дефектов. Устройство для ультразвуковой дефектоскопии содержит совмещенный двунаправленный преобразователь и соединенные с ним последовательно ультразвуковой дефектоскоп и схему обработки. Содержит соединенные последовательно приемный двунаправленный преобразователь, усилитель, блок измерения информативных параметров, соединенный с дефектоскопом, и блок принятия решения, соединенный также со схемой обработки. Подавление излученных в противоположных направлениях двунаправленным преобразователем и прошедших по периметру изделия импульсов и прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации, осуществляют путем размещения приемного двунаправленного преобразователя в зоне взаимной компенсации этих импульсов. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения дефектов труб, сортового проката.

Известен способ ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий, заключающийся в следующем. В изделии возбуждают ультразвуковой импульс, осуществляют его многократное прохождение по периметру, осуществляют прием ультразвуковых сигналов в заданном временном интервале, выделяют и измеряют энергию прошедших (не отраженных и не трансформированных дефектом) импульсов и сравнивают полученное значение со всей энергией, принятой на указанном интервале. По величине этого отношения судят о наличии и величине дефекта (патент РФ N 2029300, 1995 г.).

Способ реализуют с помощью устройства, содержащего совмещенный преобразователь и соединенные с ним ультразвуковой дефектоскоп и схему обработки. В качестве преобразователя может быть использован электромагнитно-акустический преобразователь, включающий в себя спиральную периодическую электрическую катушку (Приборы для неразрушающего контроля /Под ред. В.В.Клюева. М. : Машиностроение, 1986. Т. 2. 349 с.), сформированную, например, на защитной подложке. Такой преобразователь может работать в режиме излучения, в режиме приема и в совмещенном режиме.

Недостатком способа и реализующего его устройства является их низкая чувствительность. Это обусловлено необходимостью процедуры выделения и измерения энергии импульсов, прошедших по периметру изделия. Доля этой энергии в общем энергетическом балансе весьма значительна. Особенно в случае мелких дефектов. Поэтому любая погрешность в измерении этих параметров, которая носит в общем случайный характер, может привести к ошибочной оценке состояния объекта контроля.

Для выделения энергии прошедших импульсов способ предполагает осуществление их временного стробирования внутри интервала измерения. Это приводит к осуществлению своеобразных "мертвых" зон. Дефект, даже значительный, не может быть зарегистрирован, если отраженный от него сигнал попадает в зоны (стробы), где производятся измерения прошедшей энергии. Это в значительной степени снижает надежность и достоверность контроля.

К недостаткам способа и устройства относится также необходимость осуществления корректировки значений анализируемых временных интервалов (параметров стробирования) при измерениях диаметра контролируемого изделия, поскольку период следования прошедших импульсов связан с ним линейной зависимостью. Это накладывает ограничение на стабильность геометрических характеристик объекта контроля.

Целью изобретения является повышение качества продукции за счет расширения возможностей контроля, повышения его чувствительности, надежности и достоверности.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий, включающем возбуждение в изделии импульса ультразвуковой волны, осуществление многократного прохождения этого импульса по периметру сечения, измерение энергии сигналов, применяемых на заданном временном интервале, оценку состояния акустического контакта по результатам этих измерений.

Дополнительно осуществляют подавление импульсов, прошедших изделие по периметру, прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации, измерение энергии этих сигналов, по величине которой судят о наличии и размерах дефектов.

Подавление излученных в противоположных направлениях двунаправленным преобразователем и прошедших по периметру изделия импульсов и прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации осуществляют путем размещения приемного двунаправленного преобразователя в зоне взаимной компенсации этих импульсов.

Такое размещение обеспечивают тем, что приведенные центры приемного и совмещенного преобразователей сдвигают друг относительно друга в направлении распространения ультразвука на фиксированное расстояние, приблизительное значение которого определяют по формуле: L = λ/4+Nλ, где λ - проекция длины ультразвуковой волны на поверхность объекта контроля, N - (0, 1, 2, ...).

Достижению указанной цели способствует также то, что известное устройство, содержащее совмещенный двунаправленный преобразователь, усилитель, блок измерения информативных параметров, соединенный с дефектоскопом, и блок принятия решения, соединенный также со схемой обработки.

Цель достигается также тем, что совмещенный и приемный электромагнитоакустические преобразователи с периодической структурой сформированы на одной подложке путем наложения катушек с взаимным сдвигом в четверть периода намотки.

На фиг. 1 изображена схема, поясняющая принцип пространственного подавления сигналов поверхностной волны, прошедших изделие по периметру.

Схема включает контролируемое изделие 1, совмещенный преобразователь 2, с приведенным центром A на поверхности изделия, приемный преобразователь 3 с приведенным центром В. Витки 4 обоих преобразователей имеют периодически (с периодом Н) меняющееся направление намотки и сдвинуты друг относительно друга на четверть этого периода. Поэтому и точки A и B отстоят друг относительно друга на такое же расстояние (влиянием кривизны пренебрегаем). Пусть в момент времени ТО совмещенный преобразователь 2 возбудил в виртуальной точке A поверхности изделия 1 две волны S1 и S2, с одинаковыми амплитудами, начальными фазами и характеристиками направленности. И пусть длина этих волн удовлетворяет условию максимальной эффективности возбуждения и приема, то есть λ = H. В этом случае, как видно на фиг., путь волны S1 в точку B по периметру изделия на величину удвоенного расстояния между точками A и B короче аналогичного пути для волны S2. То есть, с учетом сказанного выше, циркулирующие в противоположных направлениях волны S1 и S2 будут всегда иметь в точке В противоположную фазу (стало быть, взаимоуничтожаться) и не могут быть зарегистрированы приемником 3. Наоборот, условия приема прошедших по периметру волн оптимальны для совмещенного преобразователя 2. Принимаемый им сигнал целесообразно использовать для оценки состояния акустического контакта и в качестве опорного при формировании критериев контроля.

Предположим теперь, что в зоне действия преобразователей появился дефект. Для отраженных и трансформированных дефектом волн, за редчайшими, лишь теоретически возможными исключениями, условия взаимного подавления отсутствуют.

Прием волн, обусловленных дефектом, будет осуществляться приемником 3 с максимальной эффективностью, вне зависимости от диаметра изделия и расположения дефекта.

Устройство для контроля труб с помощью SH - поляризованных ультразвуковых волн изображено на фиг. 2. Элементы имеют следующие обозначения: 1 - контролируемая труба, 2 - рольганг, 3 - устройство намагничивания, 4 - блок электромагнитно-акустических преобразователей, 5 - совмещенный преобразователь, 6 - приемный преобразователь, 7 - ультразвуковой дефектоскоп, 8 - схема обработки, 9 - усилитель, 10 - блок измерения информативных параметров. Устройство работает следующим образом. Контролируемая труба 1 движется по рольгангу 2, намагничиваясь в намагничивающем устройстве 3. Генератор дефектоскопа 7 вырабатывает зондирующий электрический импульс. Совмещенный преобразователь 5 блока 4 электромагнитно-акустических преобразователей возбуждает в трубе два упругих импульса, движущихся в противоположных направлениях. Этот же преобразователь осуществляет прием сигналов, которые затем усиливаются усилителем дефектоскопа 7, детектируются и поступают на вход схемы обработки 8. В этом блоке происходит вычисление энергии (или среднего значения амплитуды) сигнала, принятого совмещенным преобразователем 5 в заданном временном интервале.

В отсутствие дефекта сигнал, принимаемый преобразователем 4 близок к нулю. Наличие дефекта сопровождается приемом отраженных (трансформированных) им сигналов. Блок 10 измерения информированных параметров, синхронизируемый дефектоскопом 7, вычисляет, например, среднее значение амплитуды на интервале измерения, которое поступает на вход блока 11 принятия решения. В этом блоке, на основе данных, поступающих от обоих каналов, производится оценка дефектности изделия и состояния акустического контакта. Размер дефекта оценивают по величине отношения средних значений амплитуд на интервале измерения, зарегистрированных в каналах.

Использование данного способа и устройства позволило организовать эффективный электромагнитно-акустический контроль газоводопроводных труб на всех станах цеха гнутых профилей ОАО "СЕВЕРСТАЛЬ".

Формула изобретения

1. Способ ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий, включающий возбуждение в изделии импульса ультразвуковой волны, осуществление многократного прохождения этого импульса по периметру сечения, измерение энергии сигналов, принимаемых на заданном временном интервале, оценку состояния акустического контакта по результатам этих измерений, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют подавление импульсов, прошедших изделие по периметру, прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации, измерение энергии этих сигналов, по величине которой судят о наличии и размерах дефектов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подавление излученных в противоположных направлениях двунаправленным преобразователем и прошедших по периметру изделия импульсов и прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации, осуществляют путем размещения приемного двунаправленного преобразователя в зоне взаимной компенсации этих импульсов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что приведенные центры приемного и совмещенного преобразователей сдвигают друг относительно друга в направлении распространения ультразвука на фиксированное расстояние L, значение которого определяют по формуле L = λ/4+N·λ, где λ - проекция длины ультразвуковой волны на поверхность объекта контроля; N - (0, 1, 2 ... ).

4. Устройство для ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий, содержащее совмещенный двунаправленный преобразователь и соединение с ним последовательно ультразвуковой дефектоскоп и схему обработки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит соединенные последовательно приемный двунаправленный преобразователь, усилитель, блок измерения информативных параметров, соединенный с дефектоскопом, блок принятия решения, соединенный также со схемой обработки.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что совмещенный и приемный электромагнитно-акустические преобразователи с периодической структурой сформированы на одной подложке путем наложения катушек с взаимным сдвигом в четверть периода намотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2