БИНАРНЫЕ СИСТЕМЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Осипов Владимир Александрович

канд. техн. наук, генеральный директор, ООО «Бин-НИТ»,

РФ, г. Владимир

Данилов Дмитрий Владимирович

инженер-эксперт, ООО «ДиЭксПром»,

РФ, г. Владимир

Шаталов Николай Ильич

инженер-эксперт, ООО «ДиЭксПром»,

РФ, г. Владимир

Шаталов Илья Николаевич

инженер-эксперт, ООО «ДиЭксПром»,

РФ, г. Владимир

Морозов Анатолий Николаевич

инженер-эксперт, ООО «Рассвет»,

РФ, г. Владимир

E-mail: bin-n

BINARY SYSTEM OF ULTRASONIC TESTING OF WELDED JOINTS

Vladimir Osipov

candidate of Science, general director, Ltd. Bin-NIT,

Russia, Vladimir

Dmitry Danilov

engineer-expert, Ltd. DiEksProm,

Russia, Vladimir

Nikolai Shatalov

engineer-expert, Ltd. DiEksProm,

Russia, Vladimir

Ilya Shatalov

engineer-expert, Ltd. DiEksProm,

Russia, Vladimir

Anatoly Morozov

engineer-expert, Ltd. Rasvet,

Russia, Vladimir

АННОТАЦИЯ

В статье дается оценка бинарных систем ультразвукового контроля. Выявляются пути широкого применения процессорных дефектоскопов, бинарных акустических трактов и численных методов при ультразвуковом контроле.

ABSTRACT

The article provides an assessment of binary systems of ultrasonic testing. Identify ways of wide application processor flaw, binary acoustic paths and numerical methods for ultrasonic testing.

Ключевые слова: техническое диагностирование; бинарные сиситемы ультразвукового контроля.

Keywords: technical diagnosis; binary system of ultrasonic testing.

Диверсификация экономики стран не возможна без развития строительной индустрии. Неразрушающий контроль в развитых странах в настоящее время занимает от 5–10 % стоимости строительных работ. При проведении технического диагностирования опасных производственных объектов в рамках работ по экспертизе промышленной безопасности и технического освидетельствования одним из эффективных методов неразрушающего контроля является ультразвуковой контроль (УК) [1]. Наш опыт применения ультразвуковой дефектоскопии на различных опасных производственных объектах, показывает, что УК может использоваться для контроля практически всех типов сварных соединений, имеющих толщину основного материала более 5 мм. Проблемами неразрушающего контроля занимаются головные научно-исследовательские институты, такие как МГТУ им. Н.Э. Баумана, ЦНИИТмаш, НИИ-мостов, НИИХИМмаш. В промышленности используются различные дефектоскопы как отечественного производства УД2-12, УДЦ-201П, «Скаруч» – «АЛТЕС-ЛТД», «Пеленг-415» – НПК «ЛУЧ», «Пеленг», так и зарубежных фирм «Крауткремер», «Сонатест», «Панаметрик», «Намикон». Развитие автоматизации методов УК идет по пути многофункциональности и роботизации технологий. В наших исследованиях мы используем сканер типа «Скаруч» фирмы «Алтес», г. Москва. Основное его назначение контроль сварных соединений сосудов и трубопроводов с толщиной стенки 4...40 мм. Сканер обеспечивает идентификацию типа дефекта, измерение их условных размеров и архивирование результатов контроля. В сканере имеются системы автоматического слежения за акустическим контактом и чувствительного аппарата, а также самоконтроля работоспособности электроники и акустики.

Появление в промышленности более сложных технических конструкций предъявляет к экспертным организациям необходимость использования перспективных подходов к выбору методик УК. В нашем понимании на смену ручного контроля, который все еще преобладает при техническом диагностировании, должны прийти бинарные системы. Бинарные системы подразумевают использование двух компонентов с целью получения новой более эффективной технологии. Для метода УК бинарные системы можно разделить на три группы: оператор – процессорный дефектоскоп; бинарные акустические системы (БС); электронные базы знаний с использованием облачных ЭВМ (центры коллективного пользования на базе ведущих НИИ) – системы автоматизированного проектирования методов (САПР) и средств ультразвукового контроля для операторов.

Дефектоскопы со встроенным процессором и заданным программным обеспечением [2]. Применение процессорных дефектоскопов существенно облегчает труд и снижает психофизическую нагрузку на оператора, повышается производительность контроля за счет сокращения времени на настроечные операции при переходе с одного объекта на другой и повышает достоверность контроля. Последнее обеспечивается, возможностью накопления результатов измерений, измерением максимальных параметров сигнала при повторном сканировании, проведением настройки дефектоскопа в лабораторных условиях, что снижает уровень ошибок. Задание времени прохождения УЗК в призме, что повышает точность измерения координат; одновременное измерение двух координат дефекта, что необходимо при контроле сложных по геометрии объектов; запоминание осциллограммы дефектного участка и его анализ в лабораторных условиях с использованием САПР; архивирование результатов контроля на ПЭВМ для мониторинга за развитием дефектов обнаруженных в конструкции; отображение участков с нарушением акустического контакта, что позволяет повторно их сканировать. Современные уровень УК должен обеспечивать возможность реконструировать трех мерное изображение дефекта. Реконструированное изображение должно быть документироваться и анализироваться с использованием программного обеспечения. Перспективным методом УК сварных соединений большой толщины является вычислительная томография. В основе ее лежит принцип прозвучивания сфокусированным ультразвуковым лучом исследуемого слоя под различными ракурсами в сотнях направлениях, измерений амплитуд отраженных и прошедших сигналов и реконструкция изображения по массиву измеренных данных.

Бинарная акустическая система состоит из двух наклонных пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), установленных с одной стороны сварного соединения, у которой фокус, т. е. точка пересечения прямого и зеркально-отраженного от донной поверхности лучей, осуществляет сканирование заданного поперечного сечения соединения по траектории сканирования, а время прохождения сигнала в акустическом тракте на пути излучатель-отражатель-приемник постоянно [2]. Параметры БС (расположение ПЭП относительно друг друга и оси шва, и углы ввода) определяются конструкцией соединения, статистикой дефектности и задачами контроля. Классификация бинарных акустических систем представлена в издании [8]. Бинарные методы позволяют получать и измерять следующие характеристики дефектов:

a)  амплитуду сигнала, излученного одним, дважды зеркально отраженным от дефекта и донной поверхности, и принятого другим ПЭП (А₃);

b)  амплитуду эхо-сигнала, излученного и принятого ближним к дефекту ПЭП (А_обр);

c)   амплитуду эхо-сигнала, излученного и принятого дальним ПЭП(А'_обр);

d)  условные высоту ΔH₃ и ширину ΔX₃, измеренные по динамике изменения сигнала А₃ при взаимном симметричном перемещении;

e)   условные высоту ΔH_обр и ширину ΔX_обр, измеренные по динамике изменения сигнала А_обр;

f)    условные высоту ΔH'_обр и ширину ΔX'_обр , измеренные по динамике изменения сигнала А'_обр

g)  условную протяженность дефекта вдоль шва ΔL;

h)  угол наклона φ плоскостного дефекта.

Первичные информативные признаки b, c, e, f, g измеряются при обычном прозвучивании одним ПЭП, признаки а, d, h ­ при прозвучивании только БС. БС позволяют расширить представление об отражательных характеристиках дефекта и сделать правильную оценку о его величине и типе. На наш взгляд частично бинарные системы реализуются в акустическом тракте автоматизированного дефектоскопа типа «Скаруч» фирмы «Алтес» см. рис. 1.

Рисунок 1. Схема контроля дефектоскопа «Скаруч»

Применение суперкомпьютеров в акустике, в которых реализуются методы вычисления нестационарных волновых полей сложных тел с учетом изменения по пространственным координатам физических свойств исследуемого материала, играет первостепенную роль. Высокая стоимость натурных экспериментов и невозможность найти аналитическое решение задачи распространение УЗ-импульса, необходимость более полного статического анализа приводят к использованию численных методов в УЗ-дефектоскопии. Бинарная технология использования численных методов состоит из следующих этапов. Сначала определяются требования к качеству и надежности рассматриваемого объекта контроля, оцениваются типы наиболее опасных и часто встречающихся дефектов. Затем строится акустическая модель. Далее выбирается численный метод, доступный для реализации с учетом возможности ПЭВМ. Для реализации численного метода составляется программа или приобретается готовая. После отладки программы проводятся вычисления и анализ результатов. Полученные результаты изучаются с точки зрения их соответствия исследуемого волнового явления и при необходимости уточняется акустическая модель. В случае адекватности полученных результатов, на их основе разрабатывают методику УЗ-контроля и проводят ее натурную проверку. Существует множество универсальных численных методов для решения нестационарного волнового уравнения для сложной неоднородной среды. Большую популярность в механике сплошных сред завоевал метод конечных элементов (МКЭ) [2]. Главное достоинство МКЭ заключается в том, что он обладает гибкостью и пригодностью для описания объектов контроля со сложной геометрией. В связи с большим разбросом физико-акустических параметров материала (аустенитные сварные швы, композиты, полимерные материалы, границы раздела сред) для решения задач используются схемы интегрирования с малым шагом дискретизации во времени, что приводит к значительным затратам процессорного времени и увеличивает риск ошибки решения. При необходимости решения задач УК с помощью численных методов эффективнее воспользоваться облачными вычислениями центров коллективного пользования ведущих НИИ.

Исходя из выше сказанного, мы считаем, что будущее в УК за широким внедрением многофункциональных – бинарных систем.

Список литературы:

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности». Утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) от 14.11.2013 г. № 538.

2. Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 496 с.: ил.