Способ ультразвукового контроля изделий



Способ ультразвукового контроля изделий
Способ ультразвукового контроля изделий
Способ ультразвукового контроля изделий
Способ ультразвукового контроля изделий

Владельцы патента RU 2622459:

Марков Анатолий Аркадиевич (RU)

Использование: для дефектоскопии листов, плит и других изделий двухсторонним доступом в металлургической, машиностроительной областях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что излучают с одной стороны контролируемого изделия импульсы ультразвуковых колебаний, принимают с противоположной стороны изделия первый сквозной и двукратно отраженный сквозной импульсы, а также эхо-импульсы ультразвуковых колебаний, отраженных от дефекта, сканируют изделие по всей площади, обеспечивая соосность излучающего и приемного электроакустических преобразователей, анализируют огибающие амплитуд ультразвуковых колебаний первого прошедшего (сквозного) импульса и эхо-сигналы от дефекта во временном интервале между первым и вторым сквозными импульсами, дополнительно считывают координаты уменьшения прошедших через изделие сквозных импульсов, повышают чувствительность приема сигналов во временном интервале между первым и вторым сквозными импульсами, измеряют временной интервал между первым сквозным импульсом и первым эхо-сигналом от дефекта, по измеренным значениям определяют местоположение и глубину залегания дефекта. Технический результат: повышение достоверности ультразвукового контроля изделий. 5 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым (УЗ) методом и может быть использовано для дефектоскопии листов, плит и других изделий в металлургической, машиностроительной областях промышленности.

Способ позволяет обнаружить и оценить размеры, глубину расположения дефектов в изделиях, у которых имеется возможность установки излучающих и принимающих электроакустических преобразователей (ЭАП) с противоположных сторон изделия.

Из-за технологических особенностей производства листового проката и плит большая часть внутренних несплошностей имеет выраженную плоскую форму. В подавляющем большинстве случаев их плоскость параллельна плоскости проката. Поэтому дефекты при правильном подходе успешно выявляются с помощью упругих волн, возбуждаемых по нормали к поверхности листа [1-4].

Объектом поиска и последующего анализа при дефектоскопии являются, как правило, дефекты в виде плоскостных протяженных несплошностей, площадь которых составляет от нескольких единиц до нескольких десятков и даже сотен квадратных сантиметров. Плоская форма большей части протяженных несплошностей различного происхождения породила в практике их обобщенное условное название - «расслоения» («laminations» - в терминах международных стандартов и норм) [1, 4]. Коэффициент отражения упругих волн от «расслоений» на практике может принимать значения от 0,3 до 1,0.

Известен теневой способ УЗ обнаружения и определения размеров дефекта [5], заключающийся в том, что на противоположных поверхностях изделия устанавливают пару ЭАП с линиями зондирования, направленными друг на друга. Зондируют изделие, для чего излучают УЗ зондирующие сигналы одним и принимают другим ЭАП. Сканируют изделие, для чего совместно перемещают пару ЭАП, повторяя зондирования. Обнаруживают границы и размеры дефектов по моментам пропадания и (или) появления во втором ЭАП УЗ сигналов, излученных первым ЭАП, обусловленные неоднородностями (дефектами) в изделии.

Недостатком способа [5] являются низкая точность и ограниченные возможности, позволяющие обнаруживать и оценивать размер проекции дефекта только в плоскости перемещения ЭАП.

Известен способ ультразвуковой дефектоскопии [6] для дефектоскопии металлопроката на металлургических и машиностроительных предприятиях. О наличии дефекта в изделии в известном способе судят совместно по амплитуде эхо-импульса во временном промежутке между зондирующим и донным импульсами в контактном варианте или эхо-импульсами от передней грани и дна изделия - в иммерсионном варианте, по амплитуде первого эхо-импульса от дна изделия и по величине отношения амплитуды эхо-импульсов во временном промежутке между первым и вторым донными импульсами к амплитуде первого донного импульса. Недостатком эхо-сквозного способа является невозможность определения глубины залегания дефектов, что особенно важно при контроле толстостенных листов и плит и зависимость результатов контроля от амплитуд сигналов. Все это снижает достоверность контроля.

Известен способ обнаружения и оценки размеров дефекта [7], заключающийся в том, что в окрестности предполагаемого дефекта на противоположных поверхностях изделия устанавливают ЭАП, с линиями зондирования, направленными друг на друга и расположенными в одной плоскости зондирования, зондируют изделие, для чего излучают ультразвуковые сигналы с одной и принимают их с другой стороны изделия, совместно перемещают все ЭАП вдоль изделия, обнаруживают и определяют положение линии границы дефекта теневым методом, определяют размер дефекта в плоскости зондирования. Положение верхней и нижней линий границ дефекта позволяет оценить размер проекции дефекта. Излучающий ЭАП в этом случае имеет широкую диаграмму направленности, а разрешающую способность определяет количество приемных ЭАП.

Недостатком этого способа являются низкая точность, определяемая количеством приемных ЭАП.

Известен способ обнаружения и определения размеров дефекта [8], заключающийся в том, что пары ЭАП устанавливают на перпендикулярных поверхностях изделия и теневым методом определяют границы дефекта. Способ позволяет определить пространственные габариты дефекта.

Недостатками данного способа являются низкая точность и необходимость доступа к изделию с двух перпендикулярных направлений.

Известен [9] способ обнаружения и определения размеров дефекта, заключающийся в сканировании изделия одним ЭАП в двух взаимно перпендикулярных направлениях: возвратно-поступательно поперек листа и дискретно прямолинейно вдоль него. Данный способ предполагает использование зеркального метода УЗ контроля и позволяет благодаря сканированию определить проекцию дефекта на плоскость, перпендикулярную направлению зондирования.

Недостатками данного способа являются низкие точность и функциональные возможности, связанные с тем, что он не позволяет обнаруживать дефекты, коллинеарные линиям зондирования. Кроме того, зеркальный метод предполагает использование отраженных от плоскости дефекта УЗ сигналов, амплитуда которых мала.

Теневой способ УЗ дефектоскопии [5] предполагает использование ЭАП, направленных друг на друга, и позволяет излучающим ЭАП оперировать с большими амплитудами зондирующих сигналов и соответственно иметь достаточно большой уровень сквозных сигналов на приемных ЭАП. При этом традиционная проблема УЗ дефектоскопии - обеспечение акустического контакта с изделием становится менее актуальной. При теневом методе УЗ сканирования лини границ дефекта обнаруживают по моментам пропадания (и появления) принятых УЗ зондирующих сигналов.

В отличие от известных способов, применяемых эхо-метод контроля, теневой способ имеет следующие преимущества:

- практическое отсутствие мертвой зоны;

- минимальная зависимость от нестабильных отражающих свойств дефекта;

- за счет предельно достижимой короткой траектории луча минимальное затухание и рассеяние УЗ колебаний;

- низкий уровень реверберационных помех.

Известен способ [10] УЗ контроля изделий с двухсторонним доступом, заключающийся в том, что излучают с одной стороны контролируемого изделия импульсы ультразвуковых колебаний, принимают с противоположной стороны изделия первый сквозной (прошедший) и двукратно отраженный сквозной импульсы, а также эхо-импульсы УЗ колебаний, отраженных от дефекта, измеряют и находят отношения амплитуд первого и второго сквозных импульсов и отношения амплитуд эхо-сигналов от дефекта к амплитуде первого сквозного (прошедшего) сигнала и по их величинам определяют дефектность изделия. Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая достоверность контроля, связанная с ограниченной возможностью локализации дефекта в плане и невозможностью определения глубины залегания дефекта.

Целью изобретения является повышение достоверности выявления дефектов.

Для достижения поставленной цели в способе ультразвукового контроля изделий, заключающемся в том, что излучают с одной стороны контролируемого изделия импульсы ультразвуковых колебаний, принимают с противоположной стороны изделия первый сквозной и двукратно отраженный сквозной импульсы, а также эхо-импульсы ультразвуковых колебаний, отраженных от дефекта, сканируют изделие по всей площади, обеспечивая соосность излучающего и приемного электроакустических преобразователей, анализируют огибающие амплитуд ультразвуковых колебаний первого прошедшего (сквозного) импульса и эхо-сигналы от дефекта во временном интервале между первым и вторым прошедшими (сквозными) импульсами, дополнительно считывают координаты уменьшения прошедших через изделие сквозных импульсов, повышают чувствительность приема сигналов во временном интервале между первым и вторым прошедшими импульсами, измеряют временной интервал между первым прошедшим импульсом и первым эхо-сигналом от дефекта, по измеренным значениям определяют местоположение и глубину залегания дефекта.

Существенные отличия заявляемого способа

В заявляемом способе сканирование контролируемого изделия осуществляют по всей площади поверхности, на которой расположен излучающий ЭАП, и обеспечивают синхронное и соосное перемещение излучающего и приемного ЭАП относительно изделия. При этом неважно, движется система ЭАП или контролируемое изделие. В прототипе подразумевается перемещение контролируемого изделия (листового проката) относительно неподвижных излучающего и приемного ЭАП.

В предлагаемом способе анализируют огибающие амплитуд УЗ колебаний первых прошедших через изделие (сквозных) импульсов с учетом координат уменьшения прошедших через изделие сквозных импульсов. В прототипе о координатах пропадания прошедших импульсов на листе не заявлено.

Ключевым моментом заявляемого способа является измерение временного интервала между первым сквозным сигналом и эхо-сигналом от края дефекта в процессе наезда УЗ пучком на дефект. По измеренному значению определяют координату залегания края дефекта.

Теневой метод, как отмечено выше, имеет ряд преимуществ перед эхо-методом. Однако основным недостатком теневого метода, как считалось до настоящего времени, является невозможность определения глубины залегания дефекта [5]. Благодаря компьютерному моделированию и экспериментальным исследованиям удалось заметить специфическую особенность формирования сигналов на краях дефектов. В момент вхождения/выхода УЗ пучка и начала/окончания формирования акустической тени над дефектом часть падающего на поверхность дефекта УЗ колебания успевает отразиться от плоскости дефекта, достигнуть поверхности изделия (поверхности сканирования излучающим ЭАП), переотразиться от верхней плоскости изделия и через всю толщу изделия достигнуть приемного ЭАП.

Естественно, время пробега УЗ лучей по описанной траектории отличается от времени пробега сквозного импульса, формирующего первый сквозной импульс и тем больше, тем глубже залегает край искомого дефекта. Измеряя время задержки этих сигналов относительно временного положения первого сквозного сигнала, можно определить координаты краев, а значит и примерную ориентацию обнаруженного дефекта. Причем, если дефект залегает вблизи верхней плоскости изделия (поверхности сканирования излучающим ЭАП), то сигнал от края дефекта на приемном ЭАП находится ближе к первому сквозному сигналу. Если дефект залегает вблизи донной поверхности контролируемого изделия - переотраженный сигнал от дефекта находится вблизи второго сквозного сигнала. В любом случае переотраженные (от плоскости дефекта и верхней плоскости изделия) сигналы от потенциальных дефектов находятся в пределах временного интервала между первым и вторым сквозными сигналами.

Вследствие того, что путь распространения сигнала от дефекта больше, чем первого сквозного сигнала (максимально до 3-х раз при расположении дефекта у придонной поверхности) и на этом пути УЗ колебания претерпевают двукратное отражение (от крайней части плоскости дефекта и от внутренней поверхности верхней плоскости изделия), амплитуда сигнала от дефекта меньше, чем амплитуда первого сквозного сигнала на бездефектном участке изделия. На практике, в зависимости от толщины Н изделия, глубины залегания и отражающих способностей дефекта эта разница может достигать до 30 дБ. Поэтому при практической реализации в ожидаемой временной зоне (между первым и вторым сквозными импульсами) прием сигналов предлагается производить на более высокой чувствительности, чем прием сквозных сигналов.

В прототипе анализ сигналов между первым и вторым сквозными импульсами производят на обычной чувствительности. В результате из-за малости амплитуд сигналов, отраженных от краев дефекта в момент наезда УЗ пучком на плоскость, дефект может быть и не заметен. И таким образом определение глубины залегания дефектов известным способом становится невозможным.

В заявляемом способе в процессе относительного перемещения (сканирования) системы ЭАП и контролируемого изделия путем определения положения и глубины залегания краев определяются местоположение и глубина залегания дефекта (оконтуривается дефект) в изделии.

В прототипе лишь определяется местоположение дефекта в плане контролируемого листового изделия и глубина залегания дефекта не определяется.

Заявляемый способ иллюстрируют следующие графические материалы.

Фиг. 1 - схемы зондирования и сканирования контролируемого изделия и формирование огибающей сквозных сигналов над дефектом: Фиг. 1а - схема сканирования; Фиг. 1б - формирование огибающей сквозных сигналов,

где 1 - контролируемое изделие;

2 - плоскость сканирования излучаемого ЭАП;

3 - плоскость сканирования приемного ЭАП;

4 - траектория сканирования ЭАП;

5 - возможный локальный дефект (расслоение) в изделии;

6 - излучающий ЭАП;

7 - датчик перемещения ЭАП (энкодер);

8 - приемный ЭАП;

9 - траектория распространения УЗ луча;

10 - амплитудные огибающие сквозных импульсов;

11 - зона уменьшения уровня амплитуд сквозных импульсов;

12 - поровый уровень фиксации уменьшения амплитуд сквозных сигналов над дефектом.

Фиг. 2 - отображение сигналов контроля на развертке типа А на бездефектном участке контролируемого изделия 1: Фиг. 2а - отображение излучаемого (зондирующего) сигнала; Фиг. 2б - отображение сквозных сигналов,

где 13 - зондирующий (излучаемый) импульс на ЭАП 6;

14 и 15 - первый и второй сквозные сигналы соответственно на ЭАП 8;

16 - зона стробирования 1-го сквозного сигнала.

Фиг. 3а и Фиг. 3б - формирование сигналов, отраженного от расслоения, расположенного в верхней части изделия, и отображение сигналов на развертке типа А соответственно,

где 17 - сигналы на ЭАП 8, отраженные от края плоскости расслоения 5, расположенного в верхней части изделия на глубине h1, и переотраженные от верхней плоскости 2 изделия 1;

17а и 17б - двух и трехкратно переотраженные сигналы от края расслоения 5.

Фиг. 4а и Фиг. 4б - формирование сигнала, отраженного от расслоения, расположенного в нижней части изделия, и отображение сигналов на развертке типа А соответственно,

где 17 - сигнал от расслоения 5 на Фиг. 4а, расположенного на глубине h2 от поверхности 2 изделия 1.

Фиг. 5а и Фиг. 5б - результаты моделирования прохождения УЗ волн через изделие с помощью специальной программы математического моделирования распространения акустических волн ф. PZFlex.

Рассмотрим возможность реализации заявляемого способа.

В качестве объекта измерений будем рассматривать металлическое изделие 1 (Фиг. 1) с хорошей УЗ проницаемостью, имеющее двухсторонний доступ для установки ЭАП, например стальной лист, трубы большого диаметра, а также изделия более сложной формы.

На поверхность 2 изделия 1 толщиной Н с потенциальным дефектом 5 на глубине h устанавливают излучающий ЭАП 6 (Фиг. 1а). На противоположную поверхность 3 изделия 1 соосно с ЭАП 6 устанавливают приемный ЭАП 8. Осуществляют сканирование контролируемого изделия 1 по траектории 4, обеспечивая синхронное и соосное перемещение ЭАП 6 и 8 (Фиг. 1а).

УЗ зондирования проводят периодически с выбранной частотой посылок (на практике 1000-2000 Гц) и шагом сканирования, которые определяют минимально обнаруживаемый размер дефекта 5 (Фиг. 1а). Координаты перемещения ЭАП по изделию 1 определяют с помощью датчика перемещения 7.

Излученные ЭАП 6 УЗ колебания, распространяясь по траектории 9 сквозь толщу изделия 1, достигают приемный ЭАП 8 (Фиг. 1а). На бездефектном участке изделия 1 амплитуды сквозных импульсов практически постоянны. Формируется практически горизонтальная линия огибающих сквозных сигналов 10 (Фиг. 1б). При наезде траектории УЗ пучка 9 на дефект 5 (Фиг. 1а) происходит ослабление амплитуд сквозных импульсов вплоть до полного их пропадания за счет затенения плоскостью дефекта 5 траектории УЗ колебаний - участок 11 на дефектограмме (Фиг. 1б). В результате на дефектограмме (развертка типа С) с учетом данных датчика пути 7 наблюдается уменьшение огибающих амплитуд сквозных импульсов, позволяющих однозначно определить участки с проекцией дефекта 5 в изделии 1 на поверхности сканирования (Фиг. 1). Для однозначной фиксации момента уменьшения сквозного сигнала на дефектограмме задается пороговый уровень 12 (Фиг. 1б), позволяющий автоматизировать процесс обнаружения дефекта в контролируемом изделии.

При наблюдении сигналов контроля на развертке типа А на излучающем ЭАП 6 можно наблюдать зондирующий импульс 13, а на приемном ЭАП 8 сквозной (прошедший) импульс 14 (Фиг. 2). Время пробега УЗ колебаний при этом составляет

где Н - толщина контролируемого изделия;

с1 - скорость распространения продольных волн в изделии (для стальных изделий составляет 5900 м/с).

На бездефектном участке изделия 1, на А развертке, как правило, можно наблюдать и второй сквозной импульс 15, амплитуда которого существенно меньше за счет двукратного переотражения УЗ колебаний от дна изделия (внутренняя поверхность плоскости 3 изделия) и от верхней поверхности (внутренняя поверхность плоскости 2). Очевидно, что временной интервал между первым и вторым сквозными импульсами (импульсами 14 и 15 на Фиг. 2б) в два раза больше, чем интервал tск между зондирующим и первым сквозным импульсом, и составляет 2tск.

Для выделения первого сквозного импульса 14 и формирования по мере сканирования амплитудной огибающей 10 этих импульсов можно использовать стробирующий импульс (импульс временной селекции) 16 (Фиг. 2б). В общем случае применение последнего при реализации способа не является обязательным, так как в цифровых дефектоскопах можно в алгоритме обработки задать выделение первого импульса с максимальной амплитудой для формирования амплитудной огибающей.

Выполнение описанных процедур способа позволяет локализовать дефект 5 в изделии 1 на плоскости сканирования, но не позволяет определять глубину залегания дефекта. Последнее может быть важным, особенно при контроле толстолистовых конструкций как при их производстве, так и при их эксплуатации. В частности, для оценки степени опасности выявленного дефекта и принятия обоснованных решений по ремонту изделия.

Для решения этой проблемы в заявляемом способе предлагается выполнить анализ сигналов от потенциальных дефектов во временном интервале между первым 14 и вторым 15 сквозными импульсами (Фиг. 2, 3 и 4) в моменты входа/выхода УЗ пучка с проекции дефекта. Причем, в отличие от прототипа, где оцениваются отношения амплитуд сквозных (прошедших) импульсов и сигналов от дефекта, в заявляемом способе выполняется анализ.

Известно, что временные параметры сигналов по сравнению с амплитудными параметрами являются более стабильными и не зависят от отражающих свойств дефекта.

Формирование сигналов, отраженных от расслоения 5, расположенного в верхней части изделия 1, происходит следующим образом.

В момент вхождения/выхода УЗ пучка 9 и начала/окончания формирования акустической тени над дефектом часть падающего на поверхность дефекта УЗ колебаний успевает отразиться от плоскости дефекта 5, достигнуть поверхности изделия 2 (поверхности сканирования излучающим ЭАП 6), переотразиться от верхней плоскости 2 изделия 1 и через всю толщу изделия достигнуть приемного ЭАП 8. Причем формирование переотраженного эхо-сигнала 17 от плоскости дефекта 5 и прием этого сигнала ЭАП 8 происходит за весьма ограниченное время - только в процессе наезда/съезда УЗ пучка на край дефекта.

Например, при ручном контроле со скоростью сканирования 100 мм/с и при идентичных диаметрах излучающего и приемного ЭАП, равных 12 мм, время с момента начала уменьшения первого сквозного сигнала 14 от максимального значения до полного пропадания (длительности фронтов уменьшения/возрастания огибающей сквозного сигнала на Фиг. 1б - края зоны 11) составляет всего лишь 0,12 с. При автоматизированном контроле со скоростью 1 м/с это время еще меньше и при прочих равных условиях составляет всего лишь 12 мс. Но даже за столь короткое время, при частоте посылок зондирующих импульсов 2 кГц, на приемный ЭАП 8 успевают поступить более 20 импульсов 17, что вполне достаточно для автоматизированного выполнения измерения временного интервала tД между первым сквозным сигналом 14 и эхо-сигналом 17 (Фиг. 3 и 4). В дальнейшем УЗ пучок 9 полностью экранируется плоскостью дефекта 5 и переотраженные эхо-сигналы 17 уже от другого края дефекта 5 появляются только через определенное время в моменты завершения сканирования системой ЭАП 6 и 8 всей проекции дефекта 5.

Формирование переотраженного эхо-сигнала на краю дефекта 5 хорошо демонстрируется программой моделирования (Фиг. 5). В начальный момент времени часть УЗ пучка 9, возбуждаемого ЭАП 6, проходит мимо края дефекта 5 в направлении к ЭАП 8, а часть отражается от дефекта в направлении к излучаемой поверхности 2 (Фиг. 1а) изделия 1 (см. Фиг. 5а) - происходит своеобразное расщепление УЗ излучаемой волны на краю дефекта. Через время, равное tск=H/c1, УЗ колебания сквозь толщу изделия 1 доходят до ЭАП 8 и формируется импульс 14 (Фиг. 2, 3 и 4). Вдогонку импульсу 14, как видно из Фиг. 5б, на приемный ЭАП 8 поступает переотраженный от поверхности 2 эхо-сигнал 17 от дефекта 5. Временная задержка tД этого импульса относительно первого сквозного сигнала 14 зависит от глубины h залегания дефекта 5 в изделии 1:

Таким образом, измерив временной интервал tД между первым сквозным сигналом 14 и первым переотраженным эхо-импульсом 17 (Фиг. 3 и 4), можно определить глубину залегания дефекта 5:

Из выражения, полученного из (1) и (2), видно, что при известном размере Н контролируемого изделия 1 даже не требуется знание скорости c1 распространения УЗ колебаний в материале изделия. Ограничиваясь измерением временных интервалов tск и tД, с достаточной для практики точностью можно по выражению (3) определить глубину залегания дефекта 5 (Фиг. 1а).

На Фиг. 5б видно, и на Фиг. 3б показано, что кроме первого переотраженного сигнала 17, при расположении дефекта ближе к излучаемой поверхности наблюдается еще несколько переотраженных эхо-сигналов 17а, 17б от дефекта (на Фиг. 3б). Естественно их амплитуда еще меньше, чем амплитуда первого эхо-сигнала 17 и в данном способе предлагается их не рассматривать как информационные сигналы. Для определения координаты h края дефекта 5 достаточно измерить временной интервал tД между первым сквозным 14 и первым 17 эхо-сигналами. По существу, это сводится к измерению временного интервала между импульсом 14 и первым сигналом с максимальной амплитудой 17 во временном промежутке 2tск (см. Фиг. 3б и 4б).

На Фиг. 3 и 4 приведены временные положения сигналов от дефекта для двух случаев: Фиг. 3 - для дефекта, расположенного в верхней части изделия; Фиг. 4 - расположенного в нижней части изделия. В качестве примера рассмотрим плоскопараллельное изделие 1 толщиной Н=80 мм, в котором залегают расслоения на глубине h1=20 мм (Фиг. 3) и h2=60 мм (Фиг. 4). По выражению (2) можно вычислить значения времени задержки для обоих случаев: tД1=6,78 мкс; tД2=20,34 мкс, что подтверждается полученными экспериментальными исследованиями на плите толщиной 80 мм из стали Ст20 и моделями расслоений (пропилы) на глубинах 20 и 40 мм (tск=13,6 мкс; tД1=6,8 мкс; tД2=20,3 мкс). В экспериментальных исследованиях использовались УЗ преобразователи (ЭАП 6 и 8 на Фиг. 1,3-5) диаметром пьезопластин 12 мм на частоту 5,0 МГц.

В свою очередь, постановка экспериментальных данных в выражение (3) дает адекватные значения глубин залегания дефектов: h1=tД1 Н/2 tск=6,8*80/2*13, 6=20,0 мм; h2=59,7 мм.

Очевидно, что измеряя по мере сканирования значения tД по краям дефекта по разности глубин краев в плане, можно определить не только глубину, но и ориентацию дефекта внутри изделия.

Реализация заявляемого способа может быть осуществлена современным цифровым ультразвуковым дефектоскопом, имеющим дополнительный вход для датчика пути 7 и встроенный вычислитель, реализующий по заданному алгоритму основные процедуры способа:

- выделение первого сквозного импульса;

- формирование и отслеживание огибающей сквозных импульсов;

- определение координат уменьшения (на дефекте) и возвращения в исходное состояние (на бездефектном участке) огибающей сквозных сигналов;

- измерение времени пробега сквозного импульса через изделие;

- повышение чувствительности приема на заданную величину во временном интервале между первым и вторым сквозными импульсами;

- измерение времени между первым сквозным и первым эхо-сигналом от дефекта;

- вычисление координат дефекта: глубину залегания (по выражению (3)) и расположение дефекта в плане (по данным датчика пути 7).

Общий принцип достижения высокой точности УЗ дефектоскопии состоит в том, что, чем больше линий сканирований используется для зондирования, тем точнее решение задачи обнаружения и оценки размеров дефектов. Поэтому величину шагов в траектории 4 (Фиг. 1) относительного перемещения изделия 1 и системы ЭАП 6 и 8 следует выбирать оптимальным исходя из необходимости обнаружения дефектов минимально допустимого размера. Размер блоков ЭАП 6 и 8, как правило, невелик, так что сканирование можно осуществлять за счет их перемещения относительно изделия 1. Такие перемещения могут выполняться манипуляторами, сканерами и т.п. устройствами, расположенными на противоположных поверхностях изделия 1, и обеспечивающими не только согласованное перемещение блоков ЭАП, но и точное определение текущих координат ЭАП 6 и 8. Однако в некоторых применениях, в том числе и в заявляемом способе, может использоваться перемещение изделия 1 относительно ЭАП или совместное перемещение как ЭАП, так и изделия. Рассмотрение способов относительного перемещения ЭАП и изделия выходит за рамки заявляемого способа.

В качестве ЭАП в зависимости от состояния сканируемых поверхностей могут быть использованы контактные пьезоэлектрические преобразователи [5], бесконтактные электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП) [11] и колесные ультразвуковые преобразователи [12]. В последнем случае, за счет более стабильного акустического контакта, формируются наиболее четкие и повторяемые дефектограммы. Прокатка «ультразвукового колеса» по траектории сканирования занимает минимальное время. Например, при протяженности траектории сканирования около 10 м, потребуется менее двух мин времени для получения дефектограммы в виде развертки типа С (см. Фиг. 2б) при скорости сканирования, не превышающей 150 мм/с. Для дальнейшего повышения производительности контроля можно использовать матрицу из нескольких ЭАП, охватывающих формируемыми лучами всю зону контроля.

Таким образом, заявляемый способ реализуем, позволяет обнаружить дефекты, измерить их размеры, определить глубины залегания и, наконец, их ориентации в изделии с двусторонним доступом. Указанные задачи решаются с использованием минимального числа ЭАП с простым математическим обеспечением и повышают достоверность контроля изделий.

Источники информации

1. Неразрушающие методы контроля / Спецификация различий в национальных стандартах разных стран. Т. 2. - М.: Центр «Наука и техника», 1994. - 160 с.

2. ГОСТ 22727-88 (77). Прокат листовой. Методы ультразвукового контроля.

3. РД5.9332-80. Контроль неразрушающий. Прокат листовой. Ультразвуковые методы контроля сплошности.

4. Стандартная спецификация на ультразвуковой контроль стального листа прямым преобразователем / Стандарт США SA-435/SA-435M.

5. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т./Под общей ред. В.В. Клюева. Т. 3. И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. Ультразвуковой контроль. - 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2008. - 864 с.

6. Патент SU 1355925.

7. Патент JP 2000009698.

8. Патент RU 648904.

9. Патент RU 2376596

10. Патент SU 1167493.

11. Патент RU 2123401.

12. Патент RU 148954.

Способ ультразвукового контроля изделий, заключающийся в том, что излучают с одной стороны контролируемого изделия импульсы ультразвуковых колебаний, принимают с противоположной стороны изделия первый сквозной и двукратно отраженный сквозной импульсы, а также эхо-импульсы ультразвуковых колебаний, отраженных от дефекта, сканируют изделие по всей площади, обеспечивая соосность излучающего и приемного электроакустических преобразователей, анализируют огибающие амплитуд ультразвуковых колебаний первых прошедших (сквозных) импульсов и эхо-сигналы от дефекта во временном интервале между первыми и вторыми сквозными импульсами, отличающийся тем, что по мере сканирования изделия считывают координаты уменьшения прошедших через изделие сквозных импульсов, повышают чувствительность приема сигналов во временном интервале между первым и вторым сквозными импульсами, измеряют время задержки между первым сквозным импульсом и первым эхо-сигналом от дефекта, по измеренным значениям определяют местоположение и глубину залегания дефекта.



 

Похожие патенты:

Использование: для контроля технического состояния магистральных нефтепроводов в процессе их эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что для стопроцентного контроля всего сечения трубы на дефектоскопе устанавливают большое количество ультразвуковых преобразователей.

Изобретение относится к области испытания конструкции на воздействие подводной ударной волны и может быть использовано для регистрации сотрясений на элементах подводного аппарата при воздействии подводной ударной волны.

Использование: для неразрушающего ультразвукового контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют ввод излучающим преобразователем ультразвуковых колебаний в изделие, прозвучивание свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде канала изделия устройством с приемным преобразователем, при этом проводят предварительный ультразвуковой контроль изделия известным способом для определения участков, на которых фиксируется прохождение ультразвуковых колебаний через свод изделия, после чего на один из таких участков устанавливают неподвижно излучающий ультразвуковой преобразователь, выбирают акустически непрозрачный участок изделия для определения на нем сплошности скрепления полимерного материала с прилегающей к нему поверхностью корпуса, а также участок изделия, симметричный ему относительно излучающего преобразователя и образующей поверхности изделия, проходящей через место контакта излучающего преобразователя с поверхностью изделия, ориентируют устройство с приемным преобразователем путем поворота и продольного перемещения относительно оси изделия на участок поверхности канала, радиально противоположный выбранному акустически непрозрачному участку, устанавливают уровень сигнала в пределах экрана без ограничения сверху, и при неподвижно установленном излучающем преобразователе сканируют ультразвуковым приемным преобразователем участки поверхности канала изделия, радиально-противоположные выбранному акустически непрозрачному участку и симметричному ему участку, и последовательно сравнивают сигналы на данных участках, выявляя участки, на которых имеет место относительное уменьшение уровня сигнала, после чего аналогичным образом проверяют другие акустически непрозрачные участки.

Изобретение относится к неразрушающим методам и средствам дефектоскопии технически сложных элементов конструкции. Сущность: элемент конструкции, к которому есть доступ, нагружают переменной механической нагрузкой и вызывают его перемещения.

Изобретение относится к области исследования механических свойств проводящих и диэлектрических материалов при их обработке и может быть использовано при получении информации в процессе различных работ, связанных с токарной обработкой, сверлением, фрезерованием, шлифованием, прокаткой и другими технологическими операциями.

Использование: для неразрушающего контроля эхо-импульсным методом магистрального трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что контроль роста усталостной трещины производят путем одновременной передачи не менее двух сигналов в виде импульсных ультразвуковых колебаний от источников, размещенных в одной плоскости на одной общей платформе, причем сигналы формируют разной частоты и они направлены под разными углами к исследуемому объекту, а прием сигналов производят посредствам устройств, смонтированных на второй платформе в той же плоскости, что и источники импульсных ультразвуковых колебаний, при этом платформы располагают в одной плоскости на внешней стороне магистрального трубопровода, измеряют время распространения ультразвуковых колебаний в исследуемом образце и рассчитывают геометрические характеристики усталостных трещин магистральных трубопроводов.

Использование: для оценки величин дефектов в тестируемом объекте при ультразвуковом тестировании. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют оценку величин дефектов в тестируемом объекте, реализуя следующие этапы: определение (S1) набора данных измерений тестируемого объекта; выполнение (S2) обработки способом фокусировки синтезированной апертуры (SAFT-обработки) определенного набора данных измерений; вычисление (S3) ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте посредством моделирования эхо-сигналов для сценария тестирования; выполнение (S4) SAFT-обработки для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов каждой из множества величин дефектов; оценка (S5) величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений посредством сопоставления SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов.

Использование: для неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров с отработавшим ядерным топливом. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность контейнера устанавливают ультразвуковые излучатели и приемники сигналов в равном количестве, которые формируют прямоугольные импульсы с соответствующей шириной, длительностью частотой.

Использование: для обнаружения дефектов ультразвуковыми методами. Сущность изобретения заключается в том, что предварительно в процессе калибровки ультразвукового дефектоскопа на эталонном образце - металлической пластине, имеющей одинаковую с водоводом толщину, геометрию и химический состав и акустически нагруженную на воду, пьезопреобразователем излучают в эталонный образец зондирующий УЗ (ультразвуковой) импульс, пьезопреобразователем принимают отраженный опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее пьезопреобразователь устанавливают в точку контроля на поверхности металлического водовода, в контролируемый водовод пьезопреобразователем излучают зондирующий УЗ импульс, пьезопреобразователем принимают рабочий УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее из зарегистрированного рабочего эхо-сигнала вычитают зарегистрированный ранее опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, полученный в результате вычитания разностный измерительный эхо-сигнал запоминают, а о глубине водяного кармана судят по измеренному времени запаздывания первого импульса разностного измерительного эхо-сигнала относительно зондирующего УЗ импульса.

Использование: для ультразвукового обнаружения микротрещин на рабочей выкружке головки рельса. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности катания рельса устанавливают два электроакустических преобразователя, направленных зеркально относительно плоскости поперечного сечения так, чтобы ультразвуковой зондирующий сигнал каждого из них после отражения от нижней выкружки попадал на верхнюю выкружку головки рельса, зондируют головку рельса, для чего, перемещая электроакустические преобразователи вдоль рельса, излучают каждым из них зондирующие и принимают отраженные от верхней выкружки головки рельса ультразвуковые сигналы в соответствующем временном окне, дополнительно принимают ультразвуковые сигналы, отраженные от нижних выкружек головки рельса в соответствующих временных окнах приема, чувствительность приема каждого электроакустического преобразователя во всех временных окнах приема постоянно выбирают так, чтобы получать сигналы от металлургических неровностей на нижней выкружке головки рельса, заключение о наличии и ориентации микротрещин на верхней выкружке головки рельса производят на основе совместного анализа сигналов, полученных электроакустическими преобразователями.

Использование: для автоматизированного неразрушающего контроля резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Сущность изобретения заключается в том, что предложено устройство для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции, содержащее ультразвуковой блок неразрушающего контроля, блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля, вихретоковый блок неразрушающего контроля, управляющий блок, соединенный с указанными ультразвуковым блоком неразрушающего контроля, блоком неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и вихретоковым блоком неразрушающего контроля для отправки управляющих сигналов для осуществления контроля металлической конструкции, и блок навигации, соединенный с управляющим блоком управления и выполненный с возможностью определения положения указанного устройства для автоматизированного неразрушающего контроля относительно металлической конструкции и состояния поверхности контролируемой металлической конструкции и направления сигналов с информацией о положении указанного устройства для автоматизированного неразрушающего контроля и состоянии поверхности контролируемой металлической конструкции в управляющий блок, причем все указанные блоки установлены во взрывозащищенном корпусе, имеющем средства перемещения по поверхности контролируемой металлической конструкции, управляющий блок выполнен с возможностью направления управляющих сигналов одновременно на по меньшей мере один блок из числа указанных ультразвукового блока неразрушающего контроля, блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и вихретокового блока неразрушающего контроля на основе сигналов, полученных от блока навигации, а блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля выполнен с возможностью изменения индукции магнитного поля, создаваемого этим блоком, от минимального значения, близкого к нулю, до заданного максимального значения. Технический результат: обеспечение возможности создания устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлических конструкций, которое может осуществлять точный контроль различных видов металлических конструкций, включая металлические конструкции, имеющие препятствия на своей поверхности, например, в виде стыков составляющих их пластин, а также которое может работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для локального ультразвукового неразрушающего контроля качества труб. Сущность изобретения заключается в том, что акустический блок содержит сканирующий узел с основанием с опорными роликами, которое связано штоками с корпусом, в котором размещены демпфер, ультразвуковой эхо-пьезопреобразователь, локальная ванна для иммерсионной жидкости (воды). На внешней нижней поверхности корпуса выполнена локальная ванна. Сверху каждого выступа выполнены глухие отверстия, сопряженные с шаровыми опорами штоков, связанных с основанием. Ультразвуковой эхо-пьзопреобразователь подключен к ультразвуковому дефектоскопу, включающему в себя генератор импульсов возбуждения, синхронизатор, генератор развертки, электроннолучевую трубку, усилитель, автоматический сигнализатор дефектов. Пьезоэлемент эхо-преобразователя соединен с электронно-лучевой трубкой посредством: первой электроцепи через генератор импульсов возбуждения - синхронизатор - генератор развертки и второй электроцепи через усилитель - автоматический сигнализатор дефектов. Указанное основание выполнено в виде листового упругого элемента, установленного передним концом на ось переднего ролика, а задним концом на ось двух разнесенных задних роликов меньшего диаметра, чем передний ролик. Передний шток выполнен в виде маятникового рычага, верхняя его шаровая опора присоединена к кронштейну на основании, а нижняя - размещена в переднем выступе на корпусе. Задний шток является телескопической пружинной стойкой, верхний конец которой соединен поперечной осью с упругим элементом, а нижний конец - с выступом на корпусе. Ось пружинной стойки перпендикулярна оси листового упругого элемента в исходном положении акустического блока. Передний шток снабжен выступом с возможностью упора в листовой упругий элемент, а на основании установлена накладка для провода к пьезоэлементу и патрубка питания эхо-преобразователя иммерсионной жидкостью. Задний конец листового упругого элемента (основания) выступает консольно за пределы оси задних роликов и жестко соединен с одним концом рукоятки. Технический результат: повышение точности исследований труб разного диаметра. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для определения характеристик небольших объектов, имеющих поверхность, которая искривлена в плоскости сечения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют по меньшей мере одно наблюдение ультразвука, проходящего через объект, причем каждое наблюдение выполняют на оси, перпендикулярной плоскости симметрии, причем каждое наблюдение получают в результате излучения ультразвука, формируемого вдоль соответствующей одной из упомянутых осей и падающего на объект вдоль упомянутой оси под углом падения, отличным от нормального, причем ультразвук падает на объект таким образом, чтобы следовать по пути, который является симметричным относительно плоскости симметрии, причем время пролета ультразвуковой волны и/или положение оси, на которой выполняются излучение и наблюдение, анализируют для описания характеристик объекта. Технический результат: обеспечение возможности определять характеристики маленького объекта. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Использование: для ультразвукового контроля профиля внутренней поверхности изделия в зоне сварного соединения. Сущность изобретения заключается в том, что две антенные решетки размещают на поверхности контролируемого изделия на оптимальном расстоянии между собой с двух сторон от сварного соединения, регистрируют отраженные от донной поверхности ультразвуковые эхо-импульсы, восстанавливают множество парциальных изображений, получают изображение профиля донной поверхности, по которому находят таблицу значений толщины контролируемого изделия в каждой точке области восстановления. Технический результат: повышение точности определения профиля внутренней поверхности изделия. 3 ил.

Способ может быть использован в машиностроении, гидроэнергетике и других отраслях промышленности, требующих применения в производстве ультразвукового контроля. Для определения температурного коэффициента скорости ультразвука используются данные об изменении акустических характеристик материала. Сущность способа заключается в том, что в недеформированном и деформированном материале при разных температурах возбуждают упругие волны, определяют скорость их распространения и по результатам измерений рассчитывают температурный коэффициент скорости ультразвука. Используя полученную аналитическую зависимость, можно определять температурный коэффициент для промежуточных значений температуры и величины пластической деформации, причем деформацию можно определять акустическим способом, измеряя параметр акустической анизотропии, не зависящий от температуры. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для обнаружения изменений параметров заглубленного трубопровода и окружающей его среды. Сущность изобретения заключается в том, что в оболочке трубы возбуждают последовательность виброакустических импульсов через интервалы, превышающие интервал корреляции существующих в ней шумов, последовательность отсчетов регистрируемых реакций на каждое воздействие на другом конце контролируемого участка трубопровода суммируют с ранее полученными аналогичными отсчетами, модуль результирующего сигнала нормируют и принимают за плотность распределения временных интервалов отсчетов от начала до конца сформированного в сумматоре сигнала, по этому распределению вычисляют его оценки математического ожидания, среднеквадратичного отклонения, асимметрии и эксцесса, по совокупности каждого из этих моментов определяют линии регрессии их средних и отклонений от них, сравнивают эти линии с вычисленными на предыдущем шаге и при достижении результатами сравнения установленных значений прогнозируют их поведение с ростом количества суммирования для обеспечения допустимых доверительных границ вычисляемых моментов, по достижению которых судят как о наличии, так и виде изменений в трубопроводной системе в текущий момент времени. Технический результат: повышение надежности обнаружения изменений параметров в трубопроводной системе и распознавание их вида. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Использование: для внутритрубного обследования трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп оснащен устройством измерения скорости звука в перекачиваемой жидкости V и блоком автоматической регулировки длительности временного окна ΔT во время контроля по формуле: ΔT=ΔT°V°/V, где ΔТ° - длительность окна при контроле в жидкости с минимальной скоростью звука V°. Конструкция носителя п ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей обеспечивает длину пути ультразвукового импульса, от точки отражения от внутренней поверхности трубы до ближайшего элемента носителя, не менее ΔT°V°/2+ΔНп, где ΔНп - максимально допустимый износ полоза носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Технический результат: расширение диапазона контролируемых толщин стенки трубы в сторону увеличения при перекачивании разнородных жидкостей и упрощение требований к конструкции носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для ультразвукового (УЗ) неразрушающего контроля протяженных металлических изделий. Сущность изобретения заключается в том, что при перемещении вдоль трубопровода периодически возбуждают УЗ колебания в заданной области внешней или внутренней его поверхности, связанной с диагностическим устройством, принимают из этой же области реализации УЗ колебаний от акустических нормальных волн, отраженных от различных нарушений сплошности материала стенок, и в результате обработки принятых реализаций определяют распределение дефектов в стенках трубопровода, при этом возбуждают УЗ колебания касательными к поверхности трубопровода колебательными силами акустических контактов приемно-излучающих элементов диагностического устройства поочередно в каждой точке, а прием колебаний осуществляют одновременно во всех точках в пределах указанной области в выбранном интервале времени, и из реализаций УЗ колебаний, принятых во всех точках поверхности трубопровода при перемещении вдоль него, по предварительно рассчитанным временам задержки для всех типов акустических нормальных волн выбирают эхосигналы от каждой точки поверхности стенок, когерентно суммируют их для каждой точки поверхности отдельно для каждого типа волн, вычисляют амплитуды суммарных сигналов и строят нормированные распределения этих амплитуд в соответствии с координатами точек поверхности стенок трубопровода отдельно для каждого типа акустических волн, после чего составляют одно распределение величины, значения которой равны максимальным значениям амплитуд суммарных сигналов от разных типов акустических волн для совпадающих по координатам точек поверхности стенок трубопровода, и по этому распределению судят о наличии и величине дефектов в стенках трубопровода. Технический результат: обеспечение возможности обнаружения малоразмерных и слабо отражающих дефектов в стенках трубопровода. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для оценки ресурса трубы из полиэтилена. Сущность изобретения заключается в том, что пьезоэлектрический преобразователь устанавливают последовательно, равномерно по периметру внешней поверхности полиэтиленовой трубы, и осуществляют последовательно ввод импульсов ультразвуковых колебаний в материал трубы через ее внешнюю поверхность по нормали к внешней ее поверхности продольных колебаний и последовательно прием отраженных ультразвуковых колебаний от внутренней поверхности стенки трубы и последовательно при этом измеряют время прохождения ультразвуковых колебаний в каждой установленной точке пьезоэлектрического преобразователя и запоминают измеренные значения, затем определяют стандартное отклонение измеренных значений, и по величине стандартного отклонения, которое сравнивают со стандартным отклонением трубы из полиэтилена с предельным состоянием материала, полученное аналогично описанному выше при определении стандартного отклонения контролируемой трубы из полиэтилена, определяют возможность дальнейшей эксплуатации трубы из полиэтилена. Технический результат: обеспечение возможности определения дальнейшей эксплуатации трубы из полиэтилена. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для неразрушающего дистанционного контроля различных силовых конструкций и ответственных деталей. Сущность изобретения заключается в том, что неконтактное возбуждение ультразвуковой волны в объекте осуществляется мощным наносекундным объемным электрическим разрядом с заданным фронтом и длительностью и синхронно производится ее регистрация до и после прохождения объекта оптическим устройством, сигнал с которого передается на фотоприемник, подключенный к цифровому осциллографу. При этом эффективное неконтактное возбуждение ультразвуковой волны в объекте достигается мощным наносекундным объемным электрическим разрядом в газовом потоке водорода или гелия, который также заполняет газовый промежуток между генератором объемного электрического разряда и объектом. Технический результат: обеспечение возможности создания неконтактного способа ультразвуковой диагностики, увеличивающего глубину контроля. 1 табл., 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-09-05 2017-06-23T07:34:34
Наверх