На правах рукописи УДК 620.179.16

Ткаченко Андрей Акимович

Развитие методов, разработка оборудования и технологии ультразвукового контроля

электросварных труб в процессе производства

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды,веществ, материалов и изделий

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук,

профессор Бобров В.Т.

Москва - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕСписок сокращений и основных обозначений............................................................. 5

Введение................................................................................................................................7Глава 1. Ультразвуковой контроль электросварных труб.Обзор состояния................................................................................................................ 14

1.1.Металлургические аспекты сварки труб ........................................................... 16

1.2.Технология производства электросварных труб большого диаметра ....... 181.3.Дефекты сварных швов труб, возникающие при сварке давлением 24

1.4.Дефекты сварных швов труб, возникающие при сварке плавлением 27

1.5.Методы и оборудование УЗ контроля сварных швов труб........................... 30

1.6.Факторы, влияющие на достоверность автоматизированногоУЗ контроля сварных швов труб .............................................................................. 33

1.6.1.Смещение сварного шва относительно акустического блока................ 34

1.6.2.Состояние акустического контакта.............................................................. 35

1.6.3.Индустриальные и акустические помехи....................................................37

1.6.4.Форма и пространственное положение дефектов.....................................38

1.7.Вывод ы ......................................................................................................................40

Глава 2 . Исследование акустического тракта при УЗ контролесварных швов труб........................................................................................................... 43

2.1.Анализ прохождения ограниченного пучка импульсасдвиговых волн в металл стенки трубы....................................................................43

2.2.Зависимость амплитуды эхосигнала от расстояния до точки ввода сдвиговых волн и влияние её характера на параметры контроля.......................47

2.3.Влияние температуры на угол ввода сдвиговых волн в металлстенки трубы ................................................................................................................. 50

2.4.Возможность использования зависимости амплитудыэхосигнала от расстояния до точки ввода сдвиговых волн................................ 53

2.5.Выбор зоны контроля в зависимости от расстояния до точки ввода сдвиговых волн...............................................................................................................55

2.6.Особенности прохождения импульса УЗ волн через контактныйслой жидкости................................................................................................................61

2.7.Снижение влияния акустического контакта применением автоматической регулировки усиления .................................................................. 64

2.8.Вывод ы ...................................................................................................................... 67

2

Глава 3 . Особенности автоматизированного контролясварных швов труб........................................................................................................... 69

3.1.Контроль сварного шва труб со снятым гратом заподлицо..........................69

3.1.1.Выявление участка периметра трубы, содержащего сварной ш ов 69

3.1.2.Выявление и слежение за сварным швом по шумовым сигналам 80

3.1.3.Выявление непроваров и продольных трещин в сварном шве трубы дельта-методом ......................................................................................................... 85

3.1.4.Выявление поперечных трещин сварного шва трубы............................. 86

3.2.Контроль сварного шва труб с гратом на внутренней поверхности 89

3.2.1.Регулировка канала дефектоскопии по эхосигналам от грата движущегося шва ...................................................................................................... 89

3.2.2.Использование эхосигналов от грата при автоматической регулировке усиления.............................................................................................. 96

3.3.Контроль сварного шва труб с нормированной формойваликов усиления.......................................................................................................... 98

3.3.1.Слежение зоны контроля по эхосигналам от дальней кромкивалика усиления ш ва.................................................................................................98

3.3.2.Исследование способов помехозащиты и регистрации эхосигналов от дефектов металла ш ва ................................................................109

3.3.3.Компенсация нестабильности акустического тракта автоматической регулировкой усиления...........................................................114

3.3.4.Схема прозвучивания шва и структурная схема дефектоскопа 115

3.3.5.Вероятностный и корреляционный способы повышения достоверности контроля сварного шва труб...................................................... 124

3.3.6.Возможность определения вида дефекта сварного ш ва........................ 138

3.3.7.Многоэлементный пьезопреобразователь для контролясварного шва труб большого диаметра...............................................................140

3.4.Особенности контроля сварного шва труб с ненормированнойформой валика усиления............................................................................................149

3.5.Выводы 153

Глава 4. Автоматизированный ультразвуковой контрольконцевых участков труб ................................................................................................155

4.1.Выявление расслоений в стальных трубах при щелевомспособе ввода ультразвука........................................................................................ 155

3

4.2.Использование щелевого акустического контакта при измерении толщины стенки труб.................................................................................................. 170

4.3.Вывод ы .................................................................................................................... 175

Глава 5. Создание установок ультразвукового контроляэлектросварных труб в потоке производства........................................................... 177

5.1.Принципы построения установок автоматизированногоУЗ контроля электросварных труб.......................................................................... 177

5.2.Структурные схемы установок для автоматизированногоУЗ контроля труб..........................................................................................................182

5.2.1.Установки автоматизированного УЗ контроля сварного ш ва 182

5.2.2.Установки автоматизированного УЗ контроля концевыхучастков труб............................................................................................................ 200

5.2.3.Структура программного обеспечения установокУЗ контроля сварного шва и концов труб.......................................................... 205

5.3.Метрологические аспекты автоматизированногоУЗ контроля электросварных труб......................................................................... 210

5.4.Некоторые результаты испытаний установок................................................ 214

5.5.Вывод ы ....................................................................................................................216

Основные выводы и результаты работы....................................................................219

Список литературы........................................................................................................224

Приложения.....................................................................................................................242

4

СПИСОК СОКРАЩЕНИИ И ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИАРУ - Автоматическая регулировка усиления

ВРЧ - Временная регулировка чувствительности

ДП - Приёмник УЗ сигналов при контроле шва дельта-методом

ИИ - Измерительный интервал

КСЖ - Контактный слой жидкости

ПЭП - Пьезоэлектрический преобразователь

ПК - Промышленный компьютер

ПО - Программное обеспечение

СИ - Синхроимпульс

СТИ - Строб-импульс

ТЭСА - Трубоэлектросварочный агрегат

УЗ - Ультразвук, ультразвуковой

ЭЛТ - Электронно-лучевая трубка

а ш - Угол ввода пучка сдвиговых волн в металл стенки трубы

Агр - Эхосигнал от грата шва

А д - Эхосигнал от дефекта шва

Ак - Эхосигнал от дальней кромки валика усиления

Аш - Шумовой сигнал ультразвука

Р - Угол падения волн на поверхность изделия из призмы ПЭП

Сж - Скорость ультразвука в жидкости

С1 - Скорость продольных волн в призме ПЭП

С - Скорость сдвиговых волн в стали

А - Толщина стенки трубы

Аж - Толщина контактного слоя жидкости

Бц - Коэффициент прозрачности при прохождении через границу сред

продольных волн и их трансформации в сдвиговые волны

{Д} - Серия донных эхосигналов

/ ж - Частота УЗК

5

Кж - Волновое число УЗК

Ь0 - Текущее расстояние по периметру трубы от точки ввода сдвиговых

волн до отражателя, расположенного в центре шва

Хж - Длина волны УЗК в жидкости

Хс - Длина сдвиговой волны в стали

Ь0 - Оптимальное расстояние по периметру трубы от точки ввода

сдвиговых волн до отражателя, расположенного в центре шва

Р - Давление в ультразвуковой волне

{ - Текущее время

1п т - Дискретное текущее время

хнт. - Постоянная времени

Тз.с. - Период повторения зондирующих сигналов

Тинт. - Период интегрирования

хп. - Дискретная постоянная времени

6

ВВЕДЕНИЕ

Приоритетными направлениями развития отечественной науки, техники и

технологий является энергоэффективность, энергосбережение и рациональное

природопользование, в связи, с чем обеспечение эффективности, надежности и

безопасности объектов добычи, транспортировки и потребления нефти, газа и

продуктов их переработки, развитие энергетики, химической промышленности

и других отраслей требует постоянного наращивания объемов производства ка­

чественных электросварных труб, являющихся основным звеном в структуре

стоящихся магистральных и локальных продуктопроводов. Это, в свою оче­

редь, стимулировало активизацию проектирования и строительства высокопро­

изводительных трубоэлектросварочных агрегатов (ТЭСА), представляющих

собой автоматизированные станы с непрерывным циклом производства элек-

тросварных труб. Высокая эффективность производства электросварных труб,

введение в эксплуатацию ТЭСА индукционной и радиочастотной сварки, по­

зволивших повысить скорость сварки до 1...2-х м/сек и существенно улучшить

качество сварных швов, обеспечили расширение областей применения электро­

сварных труб. Накоплен значительный опыт использования таких труб взамен

более дорогих бесшовных труб без потери надежности в таких ответственных

системах как гидравлические напорные линии. Широко используются электро-

сварные трубы в качестве обсадных при обустройстве нефтяных и газовых

скважин. Трубы большого диаметра - прямошовные и спиральношовные, кото­

рые используются при строительстве магистральных газонефтепроводов, про­

изводятся сваркой плавлением.

Анализ схемы технологического потока ТЭСА показывает, что в процессе

изготовления труба проходит несколько десятков технологических операций, в

той или иной мере влияющих на качество сварного шва. Любые отклонения па­

раметров техпроцесса сварки, а также исходного металла (ленты, штрипса, лис­

та) влияют на возникновение дефектов сварного шва и на прочностные пара­

метры сварной трубы в целом. В связи с этим важную роль в обеспечении оп­

тимальных режимов сварки и качества сварного шва играют являющиеся не­7

отъемлемой частью технологии и технологического оборудования неразру­

шающие методы и средства контроля качества сварных труб. Из мировой прак­

тики известно, что стоимость операций неразрушающего контроля (НК) дости­

гает 20-25% от общей стоимости сварных конструкций, а трудоёмкость контро­

ля сопоставима с трудоёмкостью сварки. По зарубежным данным на техниче­

скую диагностику и периодическое обследование затрачивается не менее 10­

15% общей стоимости трубопроводов. Тем не менее эти затраты многократно

меньше потерь, с которыми приходится иметь дело при ликвидации аварий на

нефтегазопроводах, наносящих огромный материальный и экологический

ущерб.

Очевидно, что обеспечить высокую эксплуатационную надёжность свар­

ных труб можно только при 100 % - ном контроле с использованием комплекса

высокопроизводительных методов и аппаратуры НК. Для обоснованного выбо­

ра методов контроля выполнены исследования, разработаны аппаратура, техно­

логии и методики контроля, обеспечившие приемлемый уровень качества про­

изводства труб. Но в процессе эксплуатации трубопроводов и других сооруже­

ний и конструкций с применением сварных труб всё ещё выявляется значи­

тельное количество дефектов, связанных с нарушением технологии сварки и

недостаточным объёмом и качеством НК. В комплексе методов НК, используе­

мых при производстве электросварных труб, важнейшее место занимают ульт­

развуковой, рентгенделевизионный, магнитографический и др. Каждый из ме­

тодов НК имеет свои особенности, достоинства и недостатки, которые не по­

зволяют решить проблему контроля сварных швов труб всеобъемлюще. Это

связано и с тем, что в силу различия используемых технологий и методов свар­

ки возникающие дефекты отличаются видом, размерами, местоположением и

другими характеристиками. Несмотря на достижение значительного прогресса,

многие проблемы автоматизированного УЗ контроля сварных швов еще далеки

от своего решения.

Необходимость решения указанных проблем потребовала проведения но­

вых исследований, разработки методологии, новых методов и более совершен-8

ных средств НК сварных труб. Современные средства НК для контроля свар­

ных швов и концевых участков труб представляют собой сложный комплекс

механических устройств, акустических блоков, аппаратуры и управляющих вы­

числительных комплексов (УВК) с использованием промышленных компьюте­

ров. Применение УВК существенно расширяет возможности УЗ контроля элек-

тросварных труб, но требует разработки специальных алгоритмов и программ­

ного обеспечения для решения проблем комплексной диагностики процесса их

производства.

Цель данной диссертационной работы состоит в решении проблемы по­

вышения эффективности производства, достоверности ультразвукового нераз­

рушающего контроля электросварных труб и надежности функционирования

нефтегазопроводов. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав,

заключения и приложения.

В первой главе дан краткий анализ причин отказов магистральных трубо­

проводов, структура видов дефектов, выявляемых в электросварных трубах при

производстве и степень их опасности. Описаны методы производства труб

сваркой давлением и сваркой плавлением, основные этапы технологии произ­

водства прямошовных труб большого диаметра, как наиболее востребованных

для строительства ответственных трубопроводных магистралей, охарактеризо­

ваны основные виды дефектов, возникающих в сварном шве при различных ви­

дах сварки. Сформулированы проблемы, влияющие на достоверность автомати­

зированного УЗ контроля сварных швов и околошовной зоны труб, определены

известные способы компенсации влияющих факторов и задачи исследования.

Во второй главе приведены результаты исследований акустического трак­

та применительно к условиям автоматизированного контроля сварных швов

труб с целью определения условий выбора зоны контроля металла шва при ос­

циллирующем и не осциллирующем характере амплитуды эхосигнала от де­

фекта в зависимости от расстояния до него. Исследовано влияние температуры

звеньев акустического тракта на смещение зоны контроля и предложены реше­

ния по выбору зоны контроля сварных швов труб в потоке производства. Ис-9

следованы и разработаны способы автоматического формирования следящего

строб-импульса, формирования управляющих сигналов автоматической регу­

лировки усиления (АРУ) и контроля качества акустического контакта.

В третьей главе теоретически исследованы и разработаны способы повы­

шения достоверности автоматизированного контроля сварного шва труб, вы­

полненных контактной сваркой со снятым гратом заподлицо путем выявления

сварного шва и слежения за ним по информационным сигналам из зоны свар­

ного шва, применения перспективных методов выявления опасных плоскост­

ных дефектов в сварном шве. Предложены варианты регулировки канала де­

фектоскопии и автоматической регулировки усиления тракта по эхосигналам от

внутреннего грата движущегося шва. Особое внимание уделено решению про­

блем УЗ контроля сварных труб большого диаметра с валиком усиления. Это

исследование и разработка способов слежения за сварным швом и формирова­

ния следящих строб-импульсов, по информативным сигналам от кромок валика

усиления, учитывающим изменение угла ввода УЗ колебаний, исследование и

разработка способов помехозащиты и регистрации сигналов от дефектов, вари­

анты компенсации нестабильности акустического тракта автоматической регу­

лировкой усиления. Исследована теория вероятностного и корреляционного

способов повышения достоверности автоматизированного УЗ контроля сварно­

го шва труб, позволяющих определять вид выявленного дефекта по относи­

тельной вероятности появления определенных сочетаний эхосигналов от де­

фекта, представленных в бинарном коде при движении шва относительно не­

подвижной акустической системы пьезоэлектрических преобразователей

(ПЭП). Для контроля сварных швов толстостенных труб большого диаметра с

целью упрощения конструкции акустического блока разработан многоэлемент­

ный наклонный ПЭП, позволяющий, в том числе, определять вид выявленного

дефекта шва, используя относительную вероятность получения сигналов от не­

скольких пьезопластин ПЭП как сочетания нескольких битов.

В четвертой главе исследованы особенности выявления дефектов типа

«расслоение» в металле стенки краевых полос концов труб, а также возмож-10

ность автоматизированного измерения толщины стенки, используя щелевой ва­

риант акустического контакта. Выполнен анализ возбуждения и приема УЗ им­

пульсов раздельно-совмещенным (р/с) ПЭП при использовании длинного кабе­

ля, соединяющего ПЭП с аппаратурой электронного комплекса.

Пятая глава посвящена разработке методологии комплексного УЗ кон­

троля сварных труб, как составной части интеллектуальной диагностики про­

цесса их производства, разработке принципов и вариантов построения аппарат­

но-программных комплексов и внедрению в промышленность установок для

автоматизированного УЗ контроля сварных швов и концевых участков труб.

Показана ретроспектива структурного и аппаратного совершенствования обо­

рудования контроля: установки УД-82УА и УД-77БМ, установки Интроскоп-

КСШ1, установки НК360, НК361 и НК362, построенные на базе компьютеризи­

рованных многоканальных автоматических комплексов Интроскоп-02.01 и Ин-

троскоп-02.02. Рассмотрены конструктивные особенности акустических блоков

и ПЭП, упрощённые алгоритмы работы и структурное описание программного

обеспечения комплексов. Описаны вопросы стандартизации УЗ контроля свар­

ных швов и концевых зон труб, порядок сертификации и метрологического

обеспечения аппаратуры, технология автоматизированного УЗ контроля труб в

потоке. Приведены результаты металлографического анализа, подтверждающие

достоверность обнаружения и определения вида дефектов, выявленных в свар­

ных швах и концевых участках труб созданными установками автоматизиро­

ванного УЗ контроля.

Научная новизна

1. Разработана методология комплексного автоматизированного УЗ контро­

ля электросварных труб, как составной части интеллектуальной диагно­

стики процесса их производства на базе информационных технологий.

2. Исследованы и применены вероятностный и корреляционный способы

повышения достоверности автоматизированного ультразвукового кон­

11

троля сварных швов труб, разработан алгоритм оценки характера отра­

жающей поверхности дефекта.

3. Исследован метод выявления расслоений в зоне концевых участков

стальных толстостенных труб при щелевом способе ввода ультразвука с

учетом резонансных явлений в слое контактирующей жидкости.

4. Разработаны способы и средства автоматического слежения за швом на

основе исследования информативных сигналов из зоны сварного шва.

5. Разработана методология определения вида дефектов сварного шва кор­

реляционным, вероятностным и комбинационным способами.

6. Разработаны принципы построения, созданы и внедрены в промышлен­

ность комплексы автоматизированного ультразвукового контроля свар­

ных соединений и концов труб на базе информационных технологий.

Защищаемые научные положения

1. Разработанная методология комплексного УЗ контроля электросварных

труб, как составной части интеллектуальной диагностики процесса их про­

изводства.

2. Вероятностный и корреляционный способы повышения достоверности ав­

томатизированного ультразвукового контроля сварных швов труб.

3. Метод выявления расслоений в зоне концевых участков стальных толсто­

стенных труб при щелевом способе ввода ультразвука.

4. Способы и средства автоматического слежения за швом на основе исследо­

вания информативных сигналов сварного шва.

5. Методология и способы оценки характера дефектов сварного шва корреля­

ционным, вероятностным и комбинационным способами.

6. Принципы построения и реализации аппаратно-программных средств. Соз­

данные системы автоматизированного ультразвукового контроля сварных

соединений и концов труб и результаты их внедрения в промышленность.

В настоящей работе обобщены результаты исследований в области создания

методов и средств комплексного УЗ контроля электросварных труб, как состав-12

ной части интеллектуальной диагностики процесса их производства, выпол­

ненные автором во ВНИИНК ПО «Волна» - НИИНК АО «Интроскоп», Киши­

нёв, Республика Молдова в период с 1980 по 2014 год.

Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на 30-

ти Международных, Всесоюзных, Всероссийских и республиканских конфе­

ренциях и семинарах. По результатам выполненных исследований опубликова­

ны 52 работы, в том числе 1 монография и 9 статей в изданиях, рецензируе­

мых Высшей аттестационной комиссией Минобрнауки РФ, 28 статей и тезисов

докладов в других изданиях. На технические решения, реализованные в разра­

ботанных средствах неразрушающего контроля, получены 5 авторских свиде­

тельств и 9 патентов РМ. Созданный генератор импульсов возбуждения, вы­

полненный на уровне изобретения, вошел в блок технических решений, на ко­

торый в 1985 г. была продана лицензия западногерманской фирме.

Диссертация изложена на 255 страницах, содержит 6 таблиц и 100 рисунков

и иллюстраций, список цитируемой литературы из 177 наименований и 7 при­

ложений.

13

ГЛАВА 1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ТРУБ. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ

Анализ случаев разрушений магистральных газопроводов и нефтепрово­

дов, выполненный в [20], позволяет выделить основные причины отказов от­

ветственных трубных магистралей. Результаты анализа отражены в табл. 1.1 и

более подробно расшифрованы на диаграмме (рис. 1.1).

Таблица 1.1. Основные причины аварий на магистральных трубопроводах

№ п/п Причины отказов Частота возникновения, %

1. Наружная коррозия 292. Дефекты материалов и строительства 39 (14+23+2)3. Внешние воздействия 224. Прочие 10

Внутренняя коррозия и

эрозия 2,5%.

Дефектыоборудования

заводскойпоставки

Дефекты труб 14%

Строительные дефекты

23%

Стихийноебедствие

7%

Прочиепричины

5%

Повреждение при

э ксплуатации 16%

Наружная коррозия в т.ч. коррозионное астрескивание

29%

. Нарушение условий и режимов

эксплуатации 1,5%

Рис. 1.1. Диаграмма распределения причин отказов магистральных трубопроводов

14

Из табл. 1.1 видно, что наиболее весомой причиной разрушений трубопро­

водов являются дефекты в трубах и часть строительных дефектов (в стыковых

кольцевых сварных швах). Анализ работ [1-19] показывает, что дефекты в тру­

бах обнаруживаются как по сварному шву, так и в околошовной зоне, в том

числе в краевых зонах концов труб, являющимися зонами сварных швов при

сварке кольцевых стыковых швов. Виды дефектов, обнаруженных в сварных

швах трубопроводов, распределяются следующим образом [21, 22]: непровары

- 37%, трещины - 13%, шлаковые включения - 10%, смещения кромок и подре­

зы - 10%. Исследования причин изломов трубопроводов в зависимости от вида

обнаруженных дефектов показали, что наибольшую опасность представляют

плоскостные дефекты, отказы трубопроводов из-за которых составляют 60­

80%.

Основные виды дефектов, которые наиболее часто обнаруживаются как в

сварных швах труб в процессе производства, так и в кольцевых стыковых

сварных швах при строительстве трубопроводов, приведены в табл. 1.2. и на­

глядно представлены на рис. 1.2.

Таблица 1.2. Основные виды дефектов в сварных швах труб

№п/п Виды дефектов Частота возникновения, %

1. Непровары 372. Трещины 133. Шлаковые включения 104. Смещения кромок и подрезы 105. Прочие 30

Учитывая, что ремонт труб с целью устранения дефектов приводит к воз­

никновению локальных напряжений, вследствие которых происходит разруше­

ние трубопровода под нагрузкой, важнейшим фактором в производстве элек-

тросварных труб становится обеспечение бездефектных технологий, одним из

неотъемлемых элементов которых является автоматизированный УЗ контроль

сварных швов.

15

Рис.1.2. Диаграмма распределения видов дефектов в сварных швах труб при производстве и кольцевых стыков при строительстве трубопроводов

Для правильной формулировки требований к аппаратуре автоматизирован­

ного УЗ контроля сварных швов [116, 117], установления чувствительности

контроля и прогнозирования ресурса трубопроводов и других ответственных

конструкций необходимо знать методы и технологию сварки [115, 118], типы и

характер образования дефектов, представлять условия эксплуатации сварной

трубы.

1.1. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СВАРКИ ТРУБ

Все существующие способы сварки делятся на две основные группы:

способы сварки совместной пластической деформацией при нагреве выше

температуры рекристаллизации (сварка давлением) и способы сварки со­

вместным плавлением кромок (сварка плавлением) [23].

При производстве труб сваркой давлением кромки трубной заготовки

нагреваются за счет тепла, выделяемого при прохождении индуктированного

тока высокой частоты. Нагретые до пластического состояния кромки трубы

16

сдавливаются в шовсжимающих валках, плёнка окислов на поверхностях

кромок разрушается, и выступы отдельных зёрен получают многочисленные

сдвиги с образованием множества осколков, в результате чего происходит

процесс их рекристаллизации. Таким образом, температурой начала сварки

будет температура начала рекристаллизации. С повышением температуры

эффект рекристаллизации (сваривания) значительно ускоряется и достигает

максимального значения при температуре выше 1000 °С. Прочность сварного

шва возрастает с повышением температуры сварки и ростом удельного дав­

ления в свариваемом шве.

В процессе сваривания участвует только тонкий слой кристаллитов, при­

надлежащий обеим поверхностям, поэтому только температура этого слоя

имеет значение для протекания процесса сваривания. Металл, расположенный

вблизи шва (зона термического влияния), также нагревается. В зависимости от

температуры, до которой был нагрет тот или иной участок зоны термического

влияния, структура его будет различна. Участок, примыкающий непосредст­

венно к шву, будет иметь также крупнозернистую структуру, характерную для

перегретого металла. При удалении от шва структура металла постепенно ста­

новится более мелкозернистой. В случае, если свариваемые поверхности нагре­

ваются до температуры оплавления металла, происходит интенсивное обезуг­

лероживание поверхностей, и в стыке кромок при этом появляется белая по­

лоска, которая характерна для сварки труб оплавлением. Вследствие дефор­

мации свариваемых кромок, размягчённый металл вместе с окисными плёна-

ми выдавливается из зоны сварки, образуя грат.

При сварке плавлением кромки трубы соединяются за счет расплавления

мощным источником тепла металла свариваемых элементов (основного ме­

талла по кромкам в местах их соприкосновения или основного металла кро­

мок и дополнительного металла электрода) и смачивания твёрдого металла

жидким. Расплавленный металл свариваемых кромок самопроизвольно (без

приложения внешнего усилия) сливается между собой или с дополнитель­

17

ным металлом, образуя так называемую сварочную ванну. После удаления

источника тепла металл в ванне затвердевает (кристаллизуется), образуя

сварной шов, соединяющий кромки трубы в одно целое. Всё тепло или

большая его часть отводится прилегающими к сварочной ванне (околошов-

ными) участками металла. Между свариваемым металлом и металлом шва

создаётся непрерывная внутрикристаллическая форма связи.

В обоих рассмотренных методах сварки между соединяемыми кромка­

ми возникает металлическая связь путём образования общих зёрен не круп­

нее второго балла [92], граница между металлами практически исчезает.

Технологический процесс производства сварных труб рассмотрим на

примере стана по производству сварных прямошовных труб большого

диаметра, как наиболее сложного и насыщенного современным технологи­

ческим оборудованием.

1.2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ТРУББОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Наиболее высокопроизводительными современными станами для про­

изводства электросварных труб большого диаметра являются трубоэлектросва­

рочные агрегаты дуговой электросварки труб под слоем флюса. Процесс полу­

чения труб электросваркой с прямым швом под слоем флюса состоит из трёх

частей: подготовки листа и его формовки, сварки листа в форме трубы и отдел­

ки готовой трубы. Процесс производства прямошовных труб [155, 167, 177]

структурно представлен на рис. 1.3.

После контроля качества фасок подготовленный лист поступает на трёх­

клетевой пресс. На кромкозагибочном прессе осуществляется одновременная с

двух сторон подгибка кромок (6) по радиусу, соответствующему радиусу гото­

вой трубы.

Такой процесс формовки обеспечивает постоянство геометрических форм

трубы в зоне сварного шва и по всему объёму трубы после экспандирования.

18

1 - склад листов 2 - правка листа 3 - контроль геометрии, входной УЗК листа ских планок

5 - разделка продольных кромок листа

9 - гидросбив окалины и сушка трубной заготовки

6 - подгибка кромок листа

10 - сварка технологи­ческого шва

7 - И-образная формовка трубной заготовки

11 - сварка внутреннего шва

8 - О-образная формовка трубной заготовки

12 - сварка наружного шва

13 - визуальный контроль шва и поверхности трубы

14 - технологический АУЗК сварного шва

15 - РТК участков шва, отмеченных АУЗК

17 - обрезка технологиче­ских планок

18 - калибровка концов трубы по периметру

19 - снятие внутреннего усиления шва на концах

16 - РУЗК участков шва, отмеченных АУЗК

20 - калибровка трубы и гидроиспытание

21 - сдаточный АУЗК сварного шва

22 - АУЗК концевых участков трубы

23 - РТК концов сварно- 24 - Снятие фаски на тор- го шва цах трубы

25 - МЛК торцов трубы 2 6 - контроль геометрии 27 - окончательная при- трубы ёмка и маркировка

28 - складирование гото­вых труб

Рис.1.3. Структурная схема процесса производства прямошовных труббольшого диаметра

19

Для удержания точной геометрии трубы решающее значение придается

процессу согласованной формовки на так называемых И- и О-формующих

прессах [9]. Лист корытообразной формы с первой клети подается на гидравли­

ческий пресс усилием 1800 тс, с помощью которого листу придается Ц-

образная форма (7). На последующем О-формирующем прессе (8) с очень вы­

соким прессовым усилием (12 000 тс) и высокой точностью регулировки осу­

ществляется окончательная формовка. Далее методом клеймления наносится

номер трубы, после чего производится гидросбив окалины, а затем сушка труб­

ных заготовок (9).

Передвижной рольганг распределяет заготовки на рольганги-аккумуляторы

для создания запаса перед трубосварочными станами. Наиболее качественный

шов при производстве прямошовных труб большого диаметра дает трехслойная

сварка, при которой вначале выполняется технологический шов, затем внут­

ренний и наружный рабочие швы.

С рольганга-аккумулятора О-образные трубные заготовки подаются на

машину для сварки технологического шва (10), на которой смещение кромок

предотвращается благодаря применению внешних клетей. Технологический

шов накладывается непрерывно сварочным автоматом с двумя головками в

среде защитного газа. Шов служит также для защиты ванны расплавленного

металла при последующей сварке под флюсом внутреннего шва и способствует

предотвращению образования дефектов.

Далее труба поворачивается швом вниз для сварки внутреннего шва (11).

Внутрь трубы на тележке подается сварочная штанга, на конце которой уста­

навливается сварочная головка. Сварка под флюсом проводится в один слой,

т.е. проваривается слой металла до технологического шва, который удерживает

ванну жидкого металла и не дает ему протечь насквозь. Электродная проволока

при внутренней сварке передвигается вдоль штанги по специальным направ­

ляющим трубкам, изолированным от корпуса. Подача флюса в зону сварки и

отсос неиспользованного флюса после сварки производятся по трубопроводам,

20

проложенным также вдоль штанги. Сварочная головка имеет устройство для

отсоса газов, выделяющихся в процессе сварки.

После наложения внутреннего сварного шва, труба разворачивается швом

в зенит, и выполняется сварка наружного рабочего шва (12). При этом техноло­

гический шов полностью расплавляется. Наложение наружного шва трубы про­

изводится специальным сварочным автоматом переменного тока, четыре элек­

трода которого последовательно располагаются так, чтобы образовалась только

одна сварочная ванна. За счет специально сконструированных сварочных ма­

шин высокой производительности обеспечивается высокая стабильность раз­

личных сварочных параметров: силы тока, напряжения, скорости сварки, шага

электродов, угла между электродами и разделкой под сварку, высоты и ширины

слоя флюса. Это имеет особое значение для формирования равномерной формы

валика усиления и высокого качества сварного шва. Трубы лежат на тяжёлых

сварочных тележках, обеспечивающих безвибрационное и плавное прохожде­

ние их под сварочными автоматами. Скорость сварки трубы составляет 1 - 4

м/мин.

Важнейшее место в обеспечении качества труб занимает комплекс методов

неразрушающего контроля, которые в необходимых местах цепочки производ­

ства, как обязательные, встроены в технологию и обеспечивают своевременное

обнаружение дефектов в ответственных зонах трубы [141]. Это в первую оче­

редь продольный сварной шов и околошовная зона, а также концевые участки

трубы, формирующие зону кольцевого сварного шва уже в процессе строитель­

ства трубопроводов. Комплексная диагностика всех элементов трубы в линии

производства подразделяется на две стадии контрольных операций: тех­

нологическую и сдаточную. На технологической стадии используются сле­

дующие методы НК: визуальный контроль сварного шва и поверхности трубы

(13), автоматизированный УЗ контроль (АУЗК) сварных швов (14), рентген-

телевизионный контроль (РТК) отмеченных дефектных участков сварного шва

(15), ручной УЗ контроль (РУЗК) отмеченных участков сварного шва (16), РТК

отремонтированных участков сварного шва, РУЗК отремонтированных участ­

21

ков сварного шва. Если после выполнения всех контрольных и ремонтных опе­

раций на технологическом этапе дефектов не обнаружено, производится пред­

варительная приёмка трубы.

По результатам предварительной приёмки трубы производится плазменная

обрезка технологических планок (17), а затем - промывка водой внутренней

поверхности трубы от окалины и остатков флюса.

Далее на гидравлическом прессе - экспандере с номинальным усилием

1000 тс выполняется калибровка концов трубы по периметру (18). В результате

пластической деформации, имеющей место при экспандировании, достигаются

очень узкие допуски по внутреннему диаметру и овальности трубы, что являет­

ся предпосылкой для минимального смещения кромок при сварке кольцевых

стыков на трассе строящихся трубопроводных магистралей. После калибровки

производится отбор проб для испытаний, изготовление образцов, их механиче­

ские испытания, а также определение химического состава образца.

На откалиброванных концах трубы фрезерным станком производится сня­

тие валика усиления внутреннего шва (20) на расстоянии 200 мм от каждого

торца и предварительная торцовка труб для обеспечения герметичности на ис­

пытательном прессе. На гидропрессе производится калибровка трубы по всему

объёму и гидроиспытание (20). Калибровка приводит к более равномерному

распределению внутренних напряжений по периметру, возникших при формов­

ке и сварке. При гидроиспытании давление воды поднимается до 256 атм, что

значительно превышает рабочее давление и доводит металл стенки трубы поч­

ти до предела текучести. Величина давления в трубе и время выдержки регист­

рируются. Труба, не выдержавшая гидроиспытания, бракуется.

После очистки и сушки труба подвергается сдаточным испытаниям, при

которых используется комплекс следующих методов НК: АУЗК сварных швов

(21), АУЗК концевых участков труб (22), РТК концов сварных швов (23), визу­

альный осмотр дефектных участков труб, РУЗК участков сварного шва и РУЗК,

отмеченных АУЗК, концевых участков труб. После окончания контрольных и

ремонтных операций на сварном шве и концевых участках, труба подается на

22

участок механической обработки торцов (24), где производится снятие фаски, а

затем магнитно-люминесцентный контроль (МЛК) фаски труб (25). Если торец

по результатам МЛК в норме - выполняется этап окончательной приемки труб.

На этом этапе проверяется геометрия и длина трубы (26), размеры фаски и со­

ответствие трубы требованиям стандартов. Длина не должна быть меньше но­

минальной за счет возможного отрезания забракованных концевых участков

трубы на разных этапах сдаточной стадии производства. В случае успешного

прохождения данного этапа производится окончательная приёмка, и на каждую

трубу формируется паспорт. Если все в норме, производится окончательная

приёмка, маркировка (27) и складирование труб (28). Если же обнаруживаются

несоответствия требованиям стандартов - труба бракуется.

На отдельном участке покрытий трубы покрываются высокотехнологич­

ными антикоррозионными составами. Наружная часть трубы защищается (от

агрессивных воздействий внешней среды) полиэтиленовым или бетонным по­

крытием, внутренняя часть - бетонным или эпоксидным. Покрытия выдержи­

вают широкий диапазон температур окружающей среды (от - 40 до + 80 °С),

срок их эксплуатации составляет не менее 30 лет. Качественное внутреннее по­

крытие стальных труб не только обеспечивает защиту от коррозионных процес­

сов, но также снижает сопротивление газовому потоку в магистральных тру­

бопроводах.

Рассмотрение технологического процесса производства показывает, что

важнейшим фактором в обеспечения качества электросварных труб становится

применение бездефектных технологий и различных методов неразрушающего

контроля, важнейшим из которых является автоматизированный УЗ контроль

сварных швов [141, 155]. Для правильной формулировки требований к аппара­

туре автоматизированного УЗ контроля сварных швов [116, 117], установления

чувствительности контроля и прогнозирования ресурса работоспособности

трубопроводов необходимо учитывать методы и технологию сварки [115, 118],

типы, характер и условия образования дефектов, представлять условия экс­

плуатации электросварной трубы.

23

1.3. ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ ШВОВ ТРУБ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ СВАРКЕ ДАВЛЕНИЕМ

На качество сварки шва оказывает влияние выбор и соблюдение её ре­

жимов, состояние конструкционных и сварочных материалов, технологиче­

ского оборудования, квалификация сварщика, организация технологического

потока (включая этапы технологического контроля) и т.д.

г)Рис.1.4. Характерные дефекты сварных швов труб,

выполняемых сваркой давлением:а) дефекты геометрии (смещение кромок, утонения стенки), б) расслоения,

в) несплошности (непровары и трещины), г) дефекты структуры шва

24

Характерной особенностью дефектов сварных швов труб при сварке давле­

нием является их плоскостной характер. Это предопределило применение для

обнаружения дефектов сварки давлением УЗ методов контроля. Дефекты свар­

ных швов труб, возникающие при сварке давлением (рис. 1.4) можно разделить

на три основные группы [7, 12, 23, 31]:

- дефекты геометрической формы, связанные со смещением кромок сваривае­

мых поверхностей, некачественным удалением наружного и внутреннего

грата;

- дефекты сплошности, вызванные отсутствием соединения (непроваром) по

части или по всей свариваемой поверхности, наличием трещин в шве и око-

лошовной зоне и расслоений металла околошовной зоны;

- дефекты структуры шва и околошовной зоны, связанные с понижением ме­

ханической прочности соединения.

К первой группе относятся дефекты типа смещения (превышения) кромок

и некачественное удаление грата (рис. 1.4, а). Смещение кромок имеет место

при неправильной формовке, разнотолщинности свариваемых кромок трубной

заготовки и, как следствие этого, неравномерном нагреве свариваемых поверх­

ностей. При этом плоскость сварного шва не совпадает с нормалью к поверхно­

сти трубы (возникает перекос шва). При удалении наружного грата превыше­

ние кромок устраняется, но одновременно происходит утонение стенки трубы.

Получение качественного сварного шва труб возможно только в случае приме­

нения исходной ленты с определенными технологическими свойствами и хи­

мическим составом.

Возникающие при сварке труб из сильно загрязненных сульфидами ки­

пящих сталей расслоения после удаления резцом наружного грата нарушают

сплошность тела и поверхности трубы. Обнаружение дефектов типа расслоений

при изготовлении исходной ленты или в линии трубоэлектросварочного стана

перед сваркой невозможно из-за высокой температуры и плотного соединения

прилегающих слоев металла при прокатке. Проявляются такие дефекты только

в процессе термомеханического воздействия при сварке и сдавливании свари­

25

ваемых кромок в шовсжимающих клетях. При калибровке и правке трубы шов,

как правило, раскрывается или вскрывается с поверхности, часть металла от­

слаивается, нарушается форма трубы (рис. 1.4, б). Некачественное удаление

внутреннего грата приводит к нарушению формы внутренней поверхности тру­

бы. Возникают четко выраженные «ступеньки» не удаленной части грата или

протяженные царапины на поверхности трубы, приводящие при УЗ контроле к

ложной браковке трубы.

Ко второй группе дефектов относятся сквозные или частичные непрова-

ры, возникающие при грубом нарушении режима сварки. Такие дефекты харак­

теризуются полным или частичным отсутствием соединения свариваемых по­

верхностей (рис. 1.4, в). Понижение температуры нагрева трубной заготовки

приводит к появлению в сварном шве окисных пленок, что связано с более вы­

сокой, по сравнению с основным металлом температурой плавления окислов

железа. К дефектам сплошности следует отнести и отдельные «свищи», возни­

кающие вследствие кратковременного прерывания процесса нагрева металла и

представляющие собой сквозные непровары протяженностью 2 мм и менее.

Третью группу дефектов составляют дефекты структуры металла шва и

околошовной зоны (рис. 1.4, г). При индукционном нагреве металла до высокой

температуры (1400° С и выше) могут образовываться такие дефекты сварных

соединений, как рыхлоты. Рыхлоты являются следствием внутреннего окисле­

ния металла по границам зерен и разрушения металлической связи между ними

в процессе деформации металла. Рыхлоты могут располагаться не только в

месте сварки, но и в зоне термического влияния. Наличие большого количества

рыхлот приводит к снижению механических свойств сварных соединений. Из-

за повышенного содержания в спокойной стали (например, 10 ст) марганца и

кремния на кромках трубной заготовки образуются тугоплавкие окисные плён­

ки, препятствующие активному протеканию диффузионных процессов и спо­

собствующие появлению в шве «светлой полоски» - окислов. В связи с этим

сварные швы труб, сваренных из спокойной стали, имеют пониженные механи­

ческие свойства. При продолжительном нагреве свариваемых поверхностей

26

окисные включения становятся центрами кристаллизации феррита. Образую­

щаяся при этом ферритная зона, насыщенная значительным количеством рас­

творенного кислорода, обладает повышенной твердостью и малой пластично­

стью. В дефектоскопии дефекты сварки, связанные с незначительной взаимной

диффузией свариваемых поверхностей, называют «слипаниями» или «прилипа­

ниями». Выявление таких дефектов методами НК весьма затруднительно. На­

личие дефектов сварного шва типа «слипания», ослабляющих механическую

прочность сварного шва, приводит к его разрушению при правке трубы или ее

гидроиспытаниях.

Нестабильность режима нагрева металла при высокочастотной сварке

приводит к чередованию сварки давлением со сваркой оплавлением. Это при­

водит к чередованию зон с различной структурой. В связи с чередованием уча­

стков сварного шва, подвергающихся воздействию температур, способствую­

щих получению зон без оплавления и зон с оплавлением металла, имеют место

различные механизмы соединения кромок - кристаллизации при сварке оплав­

лением, когда появляется жидкая фаза, и диффузии при отсутствии жидкой фа­

зы. При сварке оплавлением направление роста кристаллов в пограничной зоне

определяется структурой оплавленных зёрен свариваемых участков, вследствие

чего на границе жидкой и твердой фаз создаются замкнутые объемы, где возни­

кают микропустоты. Это приводит к образованию горячих трещин или возник­

новению высоких внутренних напряжений, вследствие чего наблюдаются слу­

чаи самопроизвольного образования трещин после длительного хранения труб.

1.4. ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ ШВОВ ТРУБ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ

Технология и металлургические процессы электродуговой сварки пря­

мошовных и спиральношовных труб плавлением [7, 9, 10, 23] существенно

отличаются от применяемых при сварке труб давлением. При сварке под флю­

сом решающую роль играет химический состав флюса, проволочного электро­

да и основного металла в сочетании с параметрами сварки [23], поэтому де­

27

фекты швов, сваренных под слоем флюса, и их геометрия также качественно

отличаются от дефектов сварных швов, полученных сваркой давлением.

Наиболее характерными для электродуговой сварки под слоем флюса яв­

ляются следующие дефекты: непровары, поры, подрезы, шлаковые включения,

трещины, отклонения геометрии шва и трубы [7, 9, 10, 31, 93].

Непровары - это дефекты в виде местного несплавления в сварном соеди­

нении. Непровары образуются при загрязнении кромок, неправильной их под­

готовке, грубых нарушениях режима сварки. Хотя даже при относительно

больших непроварах разрушение нередко происходит по околошовной зоне,

так как непровар компенсируется усилением шва, дефект этот относится к не­

допустимым.

Поры представляют собой полости округлой или продолговатой формы

(рис. 1.5, а), заполненные газом. Поры образуются вследствие грубого наруше­

ния технологии подготовки свариваемой трубной заготовки и сварочных мате­

риалов (загрязненность кромок, использование влажного флюса или отсырев­

ших электродов, отклонения режима нагрева и скорости сварки).

Подрезы (рис. 1.5, б) возникают в результате нарушений режима сварки,

связанных с несоответствием скорости наплавки металла шва и объемом стыка.

Подрезы находятся на границе между сварным швом и металлом стенки трубы

и имеют небольшую глубину (в пределах 0,2 - 1,0 мм).

Рис.1.5. Характерные дефекты сварных швов труб, выполненных сваркой плавлением [9]:

а) - пора, б) - подрез, в) - шлаковое включение, г) - трещина

Шлаковые включения (рис. 1.5, в) возникают в результате взаимодействия

между шлаком и металлом электрода, а также ванной расплавленного металла.

28

При нормально проходящем процессе шлак оседает на шов и может быть лег­

ко удален с охлаждённого шва. Только при отклонении от заданных режимов

сварки шлаковые включения могут оставаться в шве. Шлаковые включения по

сравнению с порами в значительно меньшей мере снижают усталостную проч­

ность. Форма шлаковых включений может быть различной: круглой, шарооб­

разной, плоской или продолговатой.

Трещины, представляющие собой разрывы металла, отличаются характе­

ром, расположением и причинами возникновения (рис. 1.5, г). В зависимости от

момента возникновения в процессе затвердевания шва трещины подразделяются

на «горячие» и «холодные», а в соответствии с размерами различаются макро- и

микротрещины. Причиной появления горячих трещин являются разрывы металла

в процессе кристаллизации, когда легкоплавкие фазы на границах первичного

зерна разрываются при деформации в результате усадки шва. Горячие трещи­

ны, как правило, имеют произвольную ориентацию и малое раскрытие. Воз­

никновение холодных трещин зависит от величины внутренних напряжений и

содержания водорода. Они имеют значительно большие размеры и неровную

поверхность.

Отклонения геометрии шва и размеров труб большого диаметра также яв­

ляются недопустимыми. В [7] показано, что к нарушениям геометрии сварно­

го шва относятся изменения ширины валика усиления и его асимметрия - вза­

имное смещение внутреннего и наружного швов, которые приводят к ослож­

нениям при УЗ контроле и требуют принятия мер по корректировке парамет­

ров аппаратуры НК. Как правило, смещения шва приводят к возникновению

непроваров. Требования к допускам по диаметру предъявляются к концам

трубы, чтобы избежать большого смещения кромок при сварке кольцевых

швов.

29

1.5. МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ УЗ КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ ТРУБ

Ультразвуковые методы неразрушающего контроля сварных швов труб ос­

нованы на оценке параметров УЗ колебаний, возбуждаемых в контролируемой

трубе. При этом используются различные типы акустических волн, широкий

диапазон рабочих частот УЗ колебаний. Разнообразие пьезоэлектрических и

других способов возбуждения и приема УЗ волн, большой выбор пьезомате­

риалов для ПЭП делает УЗ методы контроля универсальными.

При УЗ контроле сварных швов труб используются как традиционные: те­

невой метод, основанный на уменьшении амплитуд волн, обусловленном нали­

чием дефекта; эхометод - на анализе параметров импульсов, отражённых от

дефектов; эхо-теневой, сочетающий в себе достоинства эхо- и теневого методов

контроля, так и более новые - тандем-метод, дельта-метод, дифракционно­

временной и др.

Крупный вклад в становление и развитие ультразвуковой (УЗ) де­

фектоскопии сварных соединений, в целом, и электросварных труб, в частно­

сти, внесли и вносят в своих трудах И.Н. Ермолов, А.К. Гурвич, Н.П. Алёшин,

В.Т. Бобров, В.Г. Щербинский, А.Х. Вопилкин, А.А. Самокрутов, В.А. Троиц­

кий, Н.В. Химченко, В.А. Бобров, В.Д. Коряченко, А.В. Малинка, А.П. Стипура

и др. Ими выполнены фундаментальные работы в области общей теории ульт­

развуковой дефектоскопии и УЗ контроля сварных швов, разработаны новые

методы и автоматизированные установки контроля, определения местоположе­

ния и параметров дефектов, измерения их размеров. Исследованы методы и

разработаны варианты специализированной аппаратуры УЗ контроля, напри­

мер, сварных швов с высоким уровнем структурных шумов. Значительна роль

специалистов научных организаций и предприятий отраслей, производящих и

потребляющих электросварные трубы, в разработке требований к качеству и

концепции неразрушающего контроля сварных труб.

Условно, при контроле зону сварного шва можно разбить на три участка

30

(рис.1.6): участок сварного шва с наплавленным металлом; зону термического

влияния (ЗТВ) и примыкающий участок основного металла. Цель УЗ дефекто­

скопии сварного шва состоит в обнаружении дефектов во всем объёме сварного

шва, в зоне термического влияния и на примыкающем участке основного ме­

талла по возможности с равной чувствительностью. Полученные при УЗ кон­

троле данные позволяют получить сведения не только о размерах дефектов и

месте их расположения в зоне сварного шва, но и о виде дефекта.

Достоверность контроля при УЗ дефектоскопии в значительной мере зави­

сит от надежности акустического контакта между ПЭП и поверхностью контро­

лируемой трубы, что требует усложнения конструкции акустического блока и

корректировки чувствительности в процессе контроля. Валики усиления свар­

ных швов, хотя и имеют геометрическую форму с некоторыми нормированны­

ми средними значениями размеров [116, 117, 118, 126], однако существенно ус­

ложняют задачу выявления дефектов металла шва, так как являются причиной

появления эхосигналов, отражаемых, в первую очередь, их кромками, и маски­

рующих эхосигналы от дефектов шва [119 - 121].

Для обнаружения продольных дефектов в сварных швах труб большого диа­

метра применяются углы ввода, равные ~ 70° [9]. При использовании таких углов

можно, с одной стороны, обнаруживать вертикально расположенные трещины в

центральной части шва, а с другой - отстраиваться от эхосигналов от валика

усиления. Для выявления произвольно ориентированных дефектов используют­

ся К- и Х-образные схемы контроля. При применении К-образной схемы исполь­

зуют по два ПЭП, которые вводят УЗК с обеих сторон по нормали и под углом к

сварному шву и работают по эхо- и теневому методу. Х-образная схема пред­

ставляет собой усовершенствованную К-образную схему. Характерным отличи­

ем установок автоматизированного контроля является наличие в их составе

систем ориентации, обеспечивающих позиционирование ПЭП на поверхности

трубы, механизмов слежения за швом. Используются системы с линейным пе­

ремещением каретки с ПЭП относительно оси трубы и с перемещением карет­

ки по дуге.

31

Автоматизацию операций слежения, защиты от повреждений обеспечи­

вают датчики положения, конце­

вые выключатели и пневматиче­

ские исполнительные устройства.

Опыт длительной эксплуа­

тации автоматизированных УЗ

установок на предприятиях

СССР и России (Волжский труб­

ный завод - ДУК-70М, 8КЦР,

Челябинский трубопрокатный

завод - ДУК-70М, ДУК-75 и

Ибема; Новомосковский труб­

ный завод - ДУК-15ЦЛАМ и

ДУК-70М, Харцызский трубный завод - ДУК-70М) показал, что в целом ука­

занная аппаратура решает задачу 100-процентного контроля качества сварного

шва удовлетворительно. Характерным отличием установок автоматизированно­

го контроля является наличие в их составе акустических блоков, обеспечиваю­

щих ориентацию ПЭП относительно поверхности трубы, механизмов слежения

за швом. Используются системы с линейным перемещением каретки с ПЭП от­

носительно оси трубы и с перемещением каретки по дуге. Автоматизацию опе­

раций слежения, защиты от повреждений обеспечивают датчики положения,

концевые выключатели и пневматические исполнительные устройства.

Разработанная ВНИИНКом типовая установка ДУК-70М по результатам

Государственных испытаний была рекомендована к серийному производству и

освоена ПО «Волна», которое выпустило 140 экз. установки, благодаря чему

все российские и украинские заводы по производству электросварных труб

длительное время используют это оборудование УЗ контроля. На последующих

этапах были разработаны и поставлены на серийное производство установка

для контроля сварных швов труб УД-82УА и установка для контроля концевых

Рис. 1.6. Структура стенки трубы в зоне сварного шва:

1 - основной металл; 2 -сварной шов;3 - зона термического влияния;4 - зона, подлежащая контролю

32

участков труб УД-77БМ, которые были внедрены на Выксунском металлурги­

ческом заводе и ряде других предприятий отрасли.

В настоящее время потребителям предлагают комплектную поставку ав­

томатизированных установок для контроля электросварных труб. Это установ­

ки 8КНР-Ш , 8КБР-8Р фирмы Кгаи^кгашег [144], 8КЦЪ фирмы Каг1 Беи^сЬ

[145] (ФРГ); установки типа Волга-16 фирмы Нординкрафт (Череповец); уста­

новки ЦЪТКАР1РЕ фирмы Ультракрафт (Череповец) [131], установки на базе

АУИУ «Сканер» фирмы Алтес и другие. Анализ состояния показывает, что со­

временные системы контроля используют компьютерные технологии, новые

способы и методики контроля, ЭМА-системы возбуждения и приема ультра­

звуковых колебаний [31], улучшающие технические характеристики аппара­

туры контроля. По способу сканирования сварного шва большинство установок

ведут контроль, при котором контролируемая труба на тележке с подъёмно­

поворотными роликами движется относительно акустической системы [137,

144, 145], в отдельных установках, наоборот, труба неподвижна, а акустическая

система перемещается относительно сварного шва [131]. Некоторые установки

поочерёдно контролируют концы труб и сварной шов [131, 144]. При наруше­

нии одной из функций работы системы контроль прекращается автоматически

и выдается информация о причине нарушения.

Опыт показывает, что при автоматизированном контроле сварных швов

возникает необходимость оценки большого числа факторов, влияющих на эф­

фективность контроля. Большое внимание уделяется вопросам надёжности ус­

тановок, повышению разрешающей способности и достоверности контроля,

дальнейшей разработке методов подавления помех, увеличению скорости кон­

троля и автоматизации вспомогательных процессов.

1.6. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ДОСТОВЕРНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЗ КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ ТРУБ

К факторам, влияющим на достоверность обнаружения дефектов сварных

соединений труб в процессе производства, относятся:

33

- изменение взаимного положения сварного шва и ПЭП,

- состояние акустического контакта,

- индустриальные и акустические помехи,

- форма и пространственное положение дефектов.

Рассмотрим влияние указанных факторов на достоверность автоматизи­

рованного УЗ контроля сварного шва труб и известные способы отстройки от

их влияния.

1.6.1. Смещение сварного шва относительно акустического блока

Другая важная задача состоит в том, что расстояние между швом движу­

щейся трубы и неподвижно установленными ПЭП оказывается нестабильным

из-за того, что в процессе перемещения трубы в зоне контроля происходит из­

менение положения сварного шва, достигающее +10 мм. С целью компенсации

случайных перемещений шва часто используют специальные автоматические

устройства слежения акустического блока за швом с точностью слежения не

хуже + 2 мм при условии стабильной геометрической формы наружных по­

верхностей шва (валиков усиления) [6, 27]. Эти устройства содержат специаль­

ные датчики слежения за швом, использующие различные физические принци­

пы и преобразователи: механические щупы, световой луч, вихретоковые, ульт­

развуковые струйные, лазерные системы и др. Сигналы датчиков после обра­

ботки используются для управления исполнительными механизмами, устройст­

ва представляют собой замкнутую автоматическую систему слежения. Устрой­

ства слежения предназначены для автоматической стабилизации номинального

расстояния между движущимся швом и неподвижными ПЭП по периметру

трубы (номинальное расстояние обозначим Ь0). Значение Ь0 в работах [8, 13]

предложено измерять шагом, в качестве которого используется участок пери­

метра трубы между двумя соседними отражениями УЗ пучка от одной поверх­

ности стенки трубы. Величину Ь0 рекомендуют выбирать в пределах 0,5 - 2 ша­

га, то есть использовать не более трех отражений.

34

Однако условие стабилизации расстояния между движущимся швом и

неподвижным ПЭП является недостаточным т.к. необходимо стабилизировать

и угол ввода а сдвиговых волн в металл стенки трубы [9], который подвержен

влиянию многих факторов. В [99] рассматривается возможность компенсиро­

вать изменения а в зависимости от изменений температуры окружающей сре­

ды. В [65] предложена термостабильная система, в которой контактирующая

жидкость и оргстекло взаимно компенсируют изменения скорости УЗ от изме­

нений температуры окружающей среды. При этом КСЖ имеет вид регулируе­

мого клина, что позволяет экспериментально выбирать оптимальную величину

угла а , используя образцы с искусственными или реальными дефектами свар­

ного шва. Кроме этого, необходимо учитывать, что в цехе металлургического

предприятия температура окружающей среды может принимать значения от

+3 °С до +45 °С, а контроль осуществляется по поверхности еще неостывшей

трубы (температура металла трубы в зоне контроля колеблется от +50 °С до

+ 80 °С).

Сущность требования стабилизации параметров Ь0 и а сводится к необ­

ходимости стабилизации пространственного положения металла сварного шва в

зоне контроля неподвижного ПЭП при движении трубы. Понятно, что при уве­

личении зоны контроля (расширении строб-импульса) вероятность ухода ме­

талла шва из зоны контроля вследствие поперечных смещений шва уменьша­

ется. Формирование строб-импульса в дефектоскопах обычно осуществляют с

привязкой к моменту излучения преобразователем импульса УЗК.

1.6.2. Состояние акустического контакта

На эффективность и достоверность автоматизированного УЗ контроля

сварных швов труб существенно влияет стабильность акустического контакта.

Известные способы контроля состояния акустического контакта сводятся к то­

му, что используется постоянно принимаемый сигнал, прошедший через тот же

участок контактного слоя жидкости (КСЖ), через который проходит зонди-35

рующий импульс. Принятый сигнал после обработки поступает на вход автома­

тической регулировки усиления соответствующего канала дефектоскопа.

В [38] дана оценка стабильности акустического контакта при контроле

изделий наклонным ПЭП и сделана попытка учесть влияние на надёжность

контроля изменения толщины КСЖ и площади пятна контактирующей жидко­

сти, а также наличие шероховатости поверхности контролируемого изделия.

Сделан вывод о том, что флуктуация толщины КСЖ мало влияет на надёжность

акустического контакта, а основное влияние оказывает изменение площади

пятна контактирующей жидкости.

Более строго данный вопрос рассмотрен в работе [40], где показано, что

изменение толщины плоского КСЖ является причиной возникновения осцил­

ляций амплитуды эхосигнала от отражателя, например от дефекта сварного

шва, и с целью сглаживания осцилляций предложено использовать клиновид­

ный КСЖ с углом при вершине клина более 2°.

В некоторых установках [13, 15, 17, 65] для слежения за состоянием аку­

стического контакта используют два соосно установленных по разные стороны

шва ПЭП, работающих по теневому методу. Принятый сигнал используют для

управления устройством АРУ. Известен также способ контроля состояния кон­

такта [45, 65], в котором используются продольные волны, вводимые по норма­

ли к стенке трубы на том же участке КСЖ, через который вводится пучок сдви­

говых волн. Призма ПЭП содержит специальную пьезопластину, работающую

в совмещенном режиме. Акустическая ось этой пьезопластины перпендикуляр­

на к поверхности трубы (рис. 1.7, а). Интегрируя донные эхосигналы можно

получить управляющее напряжение для АРУ, однако при случайных изменени­

ях толщины КСЖ донные эхосигналы и эхосигналы от дефектов шва изменя­

ются по разному закону, то есть имеет место неоднозначная зависимость между

управляющим сигналом АРУ и состоянием тракта совмещённого наклонного

ПЭП.

36

в)Рис. 1.7. Варианты контроля состояния акустического контакта:

а - применением в призме ПЭП нормальной совмёщенной пьезопластины, возбуждаю­щей в стенке трубы серию донных эхосигналов; б - применением в призме ПЭП специ­ального отражателя для формирования тест-импульсов; в - использованием боковых ле­пестков основной наклонной диаграммы направленности сдвиговых волн в стенке трубы

(используется серия донных эхосигналов); // - продольные волны в изделии;11 - трансформированные сдвиговые волны в изделии

Таким образом, все приведенные выше способы имеют общий недоста­

ток: нет прямой зависимости между сигналами, используемыми для управления

АРУ, и эхосигналами от дефектов сварного шва труб, в результате чего возмо­

жен пропуск дефектов или перебраковка труб.

1.6.3. Индустриальные и акустические помехи

При разработке автоматизированных установок для контроля сварного

шва труб в потоке ТЭСА особые сложности возникают в связи с наличием по­

мех различной природы и характера. Трубоэлектросварочный цех содержит

много электрооборудования большой мощности, которое является источником

индустриальных помех, воздействующих на аппаратуру УЗ контроля с повы­

шенной чувствительностью. Как известно [67], структура металла сварного шва

и околошовной зоны существенно отличается от структуры основного металла

стенки трубы, так как процесс сварки приводит к росту среднего диаметра зё­

37

рен даже в низколегированных сталях, поэтому при контроле сварных швов

возникает проблема отстройки от помех структуры сварного шва.

В работе [61] отмечено, что при отношении амплитуды эхосигнала от де­

фекта сварного шва к амплитуде импульсной помехи, регистрируемой дефекто­

скопом менее 3-х, контроль оказывается нецелесообразным из-за низкой досто­

верности. В одном из вариантов автоматизированной установки 8ИЦР фирмы

Кгаи^кгашег (ФРГ) применен специальный приемник индустриальных помех,

сигнал с выхода которого используется для выключения дефектоскопа в случае,

когда уровень помех превышает установленный порог.

В работах И.Н. Ермолова, А.С. Голубева [3, 62] и др. показано, что для

уменьшения влияния помех структурной реверберации металла шва на резуль­

таты УЗ контроля, необходимо выбирать частоту УЗК излучаемого импульса

так, чтобы длина волны X была существенно больше среднего диаметра зёрен

структуры. Для низколегированных сталей оптимальная частота УЗК находится

в пределах 2 - 4 МГ ц. Отмечается, что при выборе рабочей частоты ПЭП, рав­

ной 2,5 МГц, шумы структурной реверберации не оказывают влияния на усло­

вия выявления дефектов сварного шва.

В работе [63] рассмотрена задача уменьшения влияния шумов структур­

ной реверберации на результаты контроля сварных швов. Основная рекоменда­

ция этой работы состоит в том, что при выборе акустической схемы контроля

сварного шва необходимо стремиться к тому, чтобы приём эхосигналов был

осуществлен из малого объёма озвучиваемого металла, то есть необходимо из­

лучатель и приемник располагать в пространстве раздельно относительно шва.

1.6.4. Форма и пространственное положение дефектов

Основное назначение автоматизированных установок УЗ контроля состо­

ит в выявлении дефектов сварного шва, определении их вида и классификации.

В работе [91] предложено разделение всего множества дефектов на пло­

скостные, округлые и округло-плоскостные. Отмечается, что для распределения38

выявленных дефектов по этим трем группам необходимо прозвучивать сварной

шов четырьмя преобразователями по К- или Х-образной схеме и в зависимости

от того, какая пара ПЭП обнаруживает дефект, принимается решение о типе

дефекта. В сущности, для определения типа дефекта используется различие их

отражательной способности в соответствии со сходством форм в пространстве.

Согласно [7] к плоскостным дефектам шва следует отнести непровары,

несплавления (слипания), трещины продольные, поперечные и косоугольные, а

к объемным - поры, шлаковые и неметаллические включения, а также ракови­

ны. Наиболее опасными являются непровары и трещины с вертикальной ориен­

тацией. Особое внимание уделено необходимости строгой ориентации оси УЗ

пучка в плоскости, перпендикулярной оси шва. Отклонение от перпендикуляр­

ности на + 2° приводит к уменьшению амплитуды эхосигнала до 8 дБ, в связи, с

чем предложены шаблоны для поверки перпендикулярности и соосности ПЭП.

В работах [2, 5] описаны применяемые при контроле труб с толщиной

стенки более 6 мм К- и Х-образные схемы прозвучивания. При К-образной схе­

ме пара призматических ПЭП устанавливается перпендикулярно оси прямого

шва, а другая пара установлена наклонно по обе стороны шва навстречу друг

другу и предназначена для выявления поперечных трещин. Контроль спираль­

ношовных труб осуществляют по Х-образной схеме, в которой обе пары ПЭП

установлены наклонно к оси сварного шва, такие же схемы прозвучивания опи­

саны в [9,144, 145]. Отмечается, что ПЭП должны иметь три степени свободы:

регулировка толщины КСЖ, возможность наклона призмы к поверхности тру­

бы, то есть регулировка угла клиновидного КСЖ, поворот призмы вокруг своей

оси, а также регулировка расстояния ПЭП до шва.

При контроле труб с гратом на внутренней поверхности имеют место

эхосигналы от грата, амплитуда которых соизмерима с амплитудами эхосигна-

лов от дефектов металла сварного шва, поэтому их невозможно разделить по

временному признаку. Выбор длительности строб-импульса ограничен лишь

необходимостью уменьшения влияния индустриальных помех. Контроль часто

осуществляют двумя ПЭП, установленными соосно по обе стороны шва в плос­

39

кости, перпендикулярной его оси. При контроле по К-образной схеме возникает

необходимость слежения за швом, так как пара ПЭП, установленных под неко­

торым азимутальным углом к оси шва и навстречу друг другу, формируют зону

контроля металла шва ограниченного объема (зона пересечения пучков УЗК).

Зачистка заподлицо грата на наружной поверхности трубы дает возможность

выявлять плоскостные дефекты сварного шва дельта-методом [7], сущность

которого состоит в том, что при падении на поверхность плоскостного дефекта

сдвиговой волны при отражении импульса кроме сдвиговых волн возникают

продольные волны. В работе [79] предложен зеркальный дельта-метод выявле­

ния трещин в сварном шве. Авторы предлагают использовать сдвиговые волны

в диапазоне углов ввода в металл стенки трубы 57°- 62°. В работе [80] для вы­

явления плоскостных дефектов сварного шва также предлагается использовать

явление трансформации сдвиговых волн в продольные.

Определение вида выявляемых дефектов и причин нарушения технологи­

ческого процесса является важным звеном системы АСУ ТП ТЭСА. Однако ис­

пользуемые автоматизированные установки УЗ контроля сварных швов труб

не обеспечивают оперативной идентификации дефектов и отклонений в режиме

сварки труб. Применение УВК в составе подобных установок может сущест­

венно расширить возможности распознавания вида выявленных дефектов, так

как обработка принятых эхосигналов осуществляется в цифровом виде в реаль­

ном масштабе времени.

1.7. Выводы

Выполненный обзор существующих методов и аппаратуры УЗ контроля

электросварных труб показывает, что наряду с определенными достоинствами

они обладают существенными недостатками:

- низка достоверность контроля из-за невозможности обеспечить эф­

фективное слежение за швом труб с удаленным гратом, валиком усиления

и случайными перемещениями сварного шва при движении трубы;

40

- слежение за акустическим контактом осуществляется по сигналу

прямого прохождения между соосно расположенными ПЭП, уровень кото­

рого зависит от многих факторов, поэтому его использование для АРУ

приводит к ошибкам при оценке качества сварного шва;

- низкая помехозащищенность установок от акустических и электри­

ческих помех из-за ограниченного ресурса систем обработки информации;

- отсутствуют способы, алгоритмы и программное обеспечение обо­

рудования для автоматического распознавания вида выявляемых дефектов;

- не решены задачи контроля концевых участков магистральных труб

и измерения толщины стенки в этой зоне при использовании раздель­

но/совмещенного ПЭП, работающего на длинный кабель;

- не разработана методология и принципы построения систем ультра­

звукового контроля сварных соединений и концов труб с применением

компьютерных технологий.

Анализ отечественной и зарубежной аппаратуры и способов УЗ контроля

электросварных труб показывает, что для решения проблемы повышения эф­

фективности производства труб, выполненных различными методами сварки,

необходимо:

1. Разработать, теоретически обосновать, методически и метрологически

обеспечить методологию, аппаратно реализовать и внедрить комплексы и

установки уз контроля электросварных труб, как составной части интел­

лектуальной диагностики процесса их производства.

2. Исследовать и реализовать способы выявления и слежения за сварным

швом труб, выполненных контактной сваркой, по увеличению затухания

ультразвуковых колебаний и по шумовым сигналам в структуре металла

сварного шва.

3. Исследовать, разработать и внедрить способы формирования следящей зо­

ны контроля и автоматического слежения за швом, выполненным сваркой

плавлением, на основе использования информативных эхосигналов из зо-

41

ны сварного шва, учитывающих изменения угла ввода ультразвуковых ко­

лебаний в стенку трубы.

4. Исследовать и разработать способы помехозащиты и автоматической ре­

гулировки усиления при изменении качества акустического контакта,

температуры окружающей среды.

5. Исследовать и разработать алгоритм оценки характера отражающей по­

верхности дефекта корреляционным способом с целью идентификации

вида дефекта при автоматизированном контроле шва.

6. Исследовать вероятностный способ определения вида дефекта при авто­

матизированном УЗ контроле сварного шва труб.

7. Разработать методологию определения вида дефектов сварного шва ком­

бинационным способом.

8. Исследовать и разработать многоэлементный пьезопреобразователь для

реализации электронного УЗ сканирования при контроле сварного шва

труб большого диаметра.

9. Исследовать методы и разработать аппаратуру выявления расслоений и

измерения толщины стенки трубы большого диаметра при щелевом спо­

собе ввода ультразвука раздельно-совмещенным пьезопреобразователем,

работающим на длинный радиочастотный кабель.

10. Разработать принципы построения систем УЗ контроля сварных соедине­

ний и концов труб с применением компьютерных технологий.

11. Разработать алгоритмы обработки, регистрации информации и паспорти­

зации труб на сдаточной стадии контроля.

12. Разработать и внедрить в промышленность комплексы многоканальных

автоматизированных систем ультразвукового контроля электросварных

труб.

42

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ТРАКТА ПРИ УЗ КОНТРОЛЕ СВАРНЫХ ШВОВ ТРУБ

Высокие требования к достоверности автоматизированного ультразвуко­

вого контроля сварных швов труб обуславливают проведение исследований

акустического тракта канала дефектоскопии сварного шва. Контроль шва осу­

ществляется преимущественно наклонными ПЭП, с помощью которых в металл

стенки трубы вводится пучок сдвиговых волн под заданным углом а. При этом

важно исследовать направленность и характер распространения сдвиговых волн

через элементы акустического тракта и зависимость амплитуды эхосигнала от

расстояния от точки ввода ультразвука до зоны сварного шва при изменении

угла а, обусловленного уходом температуры относительно исходной, разбро­

сом толщины стенки, свойствами материала трубы и другими факторами.

2.1. АНАЛИЗ ПРОХОЖДЕНИЯ ОГРАНИЧЕННОГО ПУЧКА ИМПУЛЬСА СДВИГОВЫХ ВОЛН В МЕТАЛЛ СТЕНКИ ТРУБЫ

Основы теории прохождения ограниченного пучка импульса сдвиговых

волн в металл рассмотрены И.Н. Ермоловым в работе [25]. Рассмотрим неко­

торые особенности работы ПЭП применительно к условиям автоматизирован­

ного контроля сварного шва труб. Из экспериментальных исследований извест­

но, что угол преломления акустической оси наклонного ПЭП в стали а0, рас­

считанный по закону Снеллиуса, не совпадает с направлением центрального

луча пучка сдвиговых волн. А именно центральный луч соответствует макси­

муму амплитуды излучения, то есть он является углом ввода а сдвиговых волн

в металл стенки трубы (рис. 2.1), при этом а > а0. Представляет интерес раз­

ность Да = а - а0. В [25] для определения а предложено использовать способ

построения мнимого излучателя. Правила введения мнимого излучателя [26]

обоснованы тем, что в плоскости падения продольных волн из призмы на по­

верхность изделия малые углы отклонения от акустической оси в призме Др и в

изделии Да, связаны между собой соотношением

43

и(2.1)

где Р - угол падения (угол призмы); Сп - скорость УЗ колебаний в призме; Си -

скорость УЗ колебаний в изделии.

В [25] отмечается, что угол а можно легко определить экспериментально

для конкретного ПЭП. При этом рассматривается случай тонкого КСЖ, то есть

когда его толщина значительно меньше длины волны в жидкости ^ж.

Пучок сдвиговых волн многократно отражается от свободных поверхно­

стей стенки трубы. Нас интересуют условия, при которых отражение происхо­

дит без трансформации сдвиговых волн в продольные. Из [3] известно, что это

имеет место, когда а больше третьего критического угла, то есть больше 57°.

Часто для контроля сварного шва труб в потоке ТЭСА соблюдают равенство

а « 70° [9, 13, 27]. При этом целесообразно добиваться слабой зависимости ам­

плитуды эхосигнала от любого отражателя металла шва от изменений а.

2а - диаметр пьезопластины; Р - угол падения волн на поверхность изделия из призмы; а0 - угол преломления акустической оси пьезопластины; а - угол направления централь­

ного луча пучка сдвиговых волн; // - продольные волны в изделии при Р, равном первому критическому углу; // - отраженные продольные волны в призме; Ъ - отраженные сдвиго­

вые волны в призме; - трансформированные сдвиговые волны в изделии

Из диаграммы, приведенной в [25], видно, что на участке а « 70° имеет

место сильная зависимость коэффициента прозрачности Бк для сдвиговых волн

от угла падения Р, то есть на этом участке слабые изменения Р приводят к су­

Рис. 2.1 Схема ввода пучка сдвиговых волн в металл изделия:

44

щественным изменениям а, а, следовательно, и к существенным изменениям

амплитуды эхосигнала от дефекта шва. Для получения медленно меняющейся

функции В и (Р) более целесообразно выбирать а в пределах 60° - 65°. Этому

условию лучше удовлетворяют ПЭП, угол призмы которых находится в преде­

лах 43°- 48° (для оргстекла). На этом участке В и« 0,22.

Известно, что угол Р для серийных ПЭП одного типа, выбранных из од­

ной партии, имеет некоторый разброс значений. Это приводит к более сущест­

венному разбросу значений а, особенно на участке, близком к а « 70°. Кроме

того, при а « 70°, имеет место возбуждение поверхностных волн большей ин­

тенсивности и, следовательно, увеличивается вероятность попадания в строб-

импульс эхосигнала от передней кромки валика усиления шва.

В работе [28] рассмотрен вопрос, как влияет кривизна наружной и внут­

ренней поверхностей трубы на процесс распространения пучка сдвиговых волн.

Показано, что для труб с отношением толщины стенки к диаметру более 0,1 не­

обходимо учитывать влияние кривизны. Приведены формулы, по которым

можно рассчитать путь зондирующего импульса от точки ввода до шва с учё­

том кривизны поверхностей. Для всех труб, которые рассматриваются в на­

стоящей работе это отношение менее 0,1, то есть в этом случае справедливы

теоретические исследования и предпосылки, сделанные для металлического

листа, являющегося исходным материалом для изготовления сварных труб.

Из практики контроля листов наклонными ПЭП известно, что имеет ме­

сто явление, когда амплитуда эхосигнала от искусственного отражателя (Ад),

например, от цилиндрического в осевой плоскости листа, значительно больше

амплитуды эхосигнала от того же отражателя, расположенного в полубеско-

нечном образце из того же материала, при равном пути зондирующего импуль­

са. В работе [29] приведено теоретическое обоснование этого явления, которое

представляет интерес и для автоматизированного контроля прямошовных и

спиральношовных труб.

45

В [29] используется понятие мнимого излучателя и введено определение

максимального числа отражений пучка сдвиговых волн от поверхностей стенки

листа пот, при превышении которого лист не может рассматриваться как полу-

безграничная среда. Числу пт соответствует граничное расстояние Ьт от точки

ввода сдвиговых волн (точка 0 на рис. 2.2) до отражателя. При соблюдении ус­

ловия п > пт имеет место, отмеченное выше увеличение амплитуды Лд от от­

ражателя.

Число п можно определить по формуле

п = Ь - 0,5. (2.2)

где й - толщина листа, а - угол ввода сдвиговых волн.

Рис. 2.2. Схема многократных отражений центрального луча пучка сдвиговых волн от поверхностей листа

Увеличение Ад обусловлено расширением диаграммы направленности

мнимого излучателя при многократных отражениях.

При большом а число пт мало, например, для а = 68°, пт = 3, при этом

й « 7 мм, а диаметр пьезопластины ПЭП 0 « 10 мм. Расстояние между центром

мнимого излучателя 01 и точкой 0 можно определить по формуле из [29]

Лг = 2-С, еоза 1_____С( еозР

0,5. (2.3)

где 2 - путь излучаемых волн в призме;

46

С - скорость продольных волн в призме; С - скорость сдвиговых волн в

стали.

При а = 68°, / = 2,5 МГц угол расхождения диаграммы направленности

мнимого излучателя на уровне 0,5 равен + 7° от оси.

Расстояние, пройденное зондирующим импульсом от точки ввода до от­

ражателя, можно определить по формуле

5 = (п + 0,5) ё / 81П (90 - а). (2.4)

Для Ь < Ьт справедлива теория для расчета амплитуды Ад, принятая для

полубезграничных сред [3]. Функция Ад (Ь) является осциллирующей [29] и с

ростом Ь глубина осцилляций уменьшается (рис.2.3, б), то есть имеет место по­

теря направленных свойств пучка сдвиговых волн (расширение пучка). В рабо­

те [30] отмечено, что при ширине пучка УЗК большей толщины листа распро­

странение УЗК имеет волноводный характер [82]. Это имеет место при п > пт,

что и объясняет явление увеличения амплитуды эхосигнала и сглаживание ос­

цилляций функции А д (Ь). В зависимости от конкретных условий контроля

сварного шва труб, может быть использована осциллирующая или не осцилли­

рующая функция Ад (Ь) (экспериментально рассмотрено ниже).

2.2. ЗАВИСИМОСТЬ АМПЛИТУДЫ ЭХОСИГНАЛАОТ РАССТОЯНИЯ ДО ТОЧКИ ВВОДА СДВИГОВЫХ ВОЛН

И ВЛИЯНИЕ ЕЁ ХАРАКТЕРА НА ПАРАМЕТРЫ КОНТРОЛЯ

Для автоматизированного контроля сварного шва труб в потоке ТЭСА

рассмотрение функции Ад (Ь), имеющей осциллирующий характер представляет

интерес. На рис. 2.3, а показана схема многократных отражений пучка сдвиго­

вых волн (зондирующего импульса) от стенок трубы, использованная для полу­

чения зависимости А д (Ь). Согласно [28] интересующие нас трубы можно рас­

сматривать как лист с точки зрения ввода и распространения волн в металле

стенки трубы, то есть, справедливы результаты работы [28].

47

Как отмечено, важнейшим параметром при контроле сварного шва слу­

жит величина Ь0 - оптимальное расстояние по периметру трубы от точки ввода

волн до отражателя в металле шва. При выборе параметра Ь0 используют об­

разцы, изготовленные из отрезка трубы без шва [9]. После выбора числа п зна­

чение Ь0 уточняют экспериментально. Согласно (2.4) получим

Ь0 = (п + 0,5) ё / Хд (90 - а ) . (2.5)

Рис.2.3.Зависимость амплитуды эхосигнала от расстояния до точки вводасдвиговых волн в стенку трубы:

а - схема распространения волн в металле стенки трубы; б - график изменения амплитуды Ад от цилиндрического отражателя в зависимости от Ь;

1, 2, 3 ... - точки расположения отражателя соответствующие пикам функции Ад (Ь); пунктирная линия - огибающая пиков функции Ад (Ь)

В [9] рекомендуют применять п не более трех, что вызвано желанием по­

лучить Ад большой амплитуды. Но выбор малого п приводит к значительным

изменениям амплитуды А д при незначительном смещении шва относительно

ПЭП по периметру трубы. Это обусловлено тем, что 2й и 3й пики осцилляции

функции Ад (Ь) (рис. 2.3, б) имеют большую крутизну фронтов, то есть на этих

48

участках имеет место "быстрое" изменение амплитуды Ад от аргумента Ь. При

выборе длительности строб-импульса (зоны контроля) на уровне 0,8 Ад тах, его

длительность оказывается малой.

Строб-импульс на экране дефектоскопа устанавливают на временной оси

перед эхосигналом от дальней кромки валика усиления (Ак). Малая длитель­

ность строб-импульса приводит к необходимости использования сложных уст­

ройств слежения за смещениями шва, то есть устройств стабилизации парамет­

ра Ь0 [31]. Требования к точности слежения достигают + 1 мм. Из изложенного

следует, что для снижения требований к точности слежения необходимо ис­

пользовать участок функции А д (Ь) с пологим подъемом и спадом, т. е. увели­

чить число п (выбор пика с малой крутизной фронтов).

На рис. 2.3, б показан экспериментально полученный график функции

Ад (Ь) для образца стальной трубы 0 360 мм, ^10 мм, содержащий цилиндриче­

ский отражатель 0 2 мм посередине между поверхностями стенок образца. Был

использован ПЭП с углом призмы Р = 45° (оргстекло), пьезопластина 0 8 мм,

2,5 МГц. Огибающая пиков А д (Ь) (пунктирная линия на рис. 2.3, б) мало отли­

чается от затухающего участка известных АРД диаграмм [3, 87].

В качестве нормы принято значение А д, когда отражатель находится в

точке 1 (рис. 2.3, а). Заметим, что вид осциллирующей функции зависит от

формы отражающей поверхности, то есть для реальных дефектов разного типа

имеют место различия вида Ад (Ь), но для приближенной оценки параметра Ь0

использование образцов с цилиндрическими отражателями приемлемо. Если

принять в качестве рабочего пятый пик осцилляции функции Ад (Ь), то получим

(на уровне 0,8 А д тах) размер зоны контроля по периметру трубы равным 20 мм,

а для четвертого пика получим размер зоны равный 14 мм, то есть выбор числа

п имеет существенное значение. При п = 5 возможна более широкая зона кон­

троля по периметру трубы, и большая длительность строб-импульса, а значит

можно снизить требования к точности слежения за смещениями шва относи­

тельно ПЭП.

49

2.3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА УГОЛ ВВОДА СДВИГОВЫХ ВОЛН В МЕТАЛЛ СТЕНКИ ТРУБЫ

Известно, что фактором, влияющим на угол а и, соответственно, на пара­

метр Ь0 относится зависимость скорости УЗК в материале призмы и в металле

стенки трубы от изменений температуры. Нестабильность а приводит к неста­

бильности Ь0, ибо параметры Ь0 и а связаны между собой соотношением (2.5).

При каждом изменении а приходится устанавливать новое значение . Из

многих факторов существенное значение имеет влияние температуры окру­

жающей среды на величину а.

Выполнена экспериментальная проверка влияния температуры окру­

жающей среды на угол а. Схема эксперимента приведена на рис. 2.4. Были ис­

пользованы серийные ПЭП с углом призмы 45° и 52° (оргстекло) с рабочей час­

тотой 2,5 МГ ц и 5 МГ ц, а также стальная плита 50 х 40 х 100 мм.

1 2

2

Рис. 2.4. Схема эксперимента для оценки угла ввода сдвиговых волн а в сталь в зависимости от изменения температуры окружающей среды:

1 - пьезопластина; 2 - призма (Р - угол призмы из оргстекла);3 - стальная плита (ширина 50 мм, длина 100 мм, толщина 40 мм);

4 - отражатель в виде паза с цилиндрическим дном (радиус 1 мм, глубина 3 мм)

При выполнении эксперимента не учитывалось влияние толщины КСЖ,

т.к. использовался контактный вариант связи ПЭП с поверхностью образца. В

качестве контактной жидкости использовалось трансформаторное масло. Но­

минальная температура + 20°С. Смещением призмы по оси Х определялось но­

минальное значение ан для А д тах (отражатель - паз с цилиндрическим дном)50

а н = а г С д О Х ! , (2.6)

где ОХ1 - расстояние между точкой ввода УЗК (точка 0) и отражателем.

Результат приведен на рис. 2.5, из которого видно, что более слабая зави­

симость Да (X °С) имеет место для ПЭП с призмой 45°. Не обнаружена сущест­

венная зависимость а от выбора частоты 2,5 МГц или 5 МГц.

2,5МГ ц 5,0МГцДа, %

10

52'

5

0Г 15°

-40 -20 20 40

*!2°

-5

-10

1,°С

Да, %

1052°

5

0Г ^ \5 °

-40 -20 ДО 40

4 5 > ^-5

52° -10

/,°С

а) б)Рис. 2.5. Зависимость относительного изменения угла а для стали

от температуры окружающей среды:угол призмы 45° и 52° (оргстекло); а) частота УЗК 2,5 МГц; б) частота УЗК 5,0 МГц

Далее с целью проверки влияния температуры окружающей среды на

параметр Ь0 были выполнены эксперименты по схеме рис. 2.3, а. Вначале

выполнен численный эксперимент. Принято: ПЭП с призмой 45°, частота 2,5

МГц, Дх = + 30 °С. По графику рис. 2.5, а получили Да « 4%. Согласно (2.6)

для номинальной температуры + 20°С, измеряя ОХ по схеме рис. 2.4 получе­

но а н ~ 68°. По формуле (2.5) для а н ~ 68° и п = 5 получено X « 108 мм.

Проверка показала, что Ь0 « 108 мм. Результат расчета по формуле (2.5) но­

вого значения Ь'0 с учетом а = (ан + Да) « 71° показал, что Ь'0 = 120 мм, то

есть АТ « 12 мм. Следовательно, Дх = + 30° С приводит к заметному влиянию

на параметр Ь0.

51

к . Д1,%

15/

10

-20 0 20 40 *

-10

("С

АЛ!АЛ

. -А

1,0

1 2,5М Гц

/2,5М Гц

0,8

5МГц0,6

0,4

5МГ ц

-20-40

б)

-20 20 40 ( " С

а)

Рис. 2.6. Зависимость оптимального расстояния Ь0 от температуры

окружающей среды

Рис. 2.7. Зависимость Ад/Ад тах от температуры окружающей среды

при п = 5:

Выполнены экспериментальные исследования влияния температуры ок­

ружающей среды на изменение Ь0. Результат в виде графика показан на

рис. 2.6, из которого видно, что имеется смещение Ь0 примерно на 12 % при

А{ = + 30 °С, то есть хорошее совпадение с расчетным значением.

Цель следующего эксперимента в том, чтобы проверить рекомендацию о

выборе числа п больше трёх. Эксперимент выполнен для случая п = 5 согласно

рис. 2.3. Номинальная температура равна + 20 °С, относительно которой опре­

делены изменения Лд/ Лд тах при изменении { °С. Результат эксперимента пока­

зан на рис. 2.7, из которого видно, что для ПЭП 2,5 МГц при А^ = + 30 °С Ад

уменьшается до 0,8 Ад тах, то есть находится на краю зоны контроля согласно

графику функции Ад (Ь), приведенному на рис. 2.3, б, а для ПЭП 5 МГц умень­

шается до 0,6 Ад тах, что обусловлено большей направленностью пучка сдвиго­

вых волн. При п = 5 изменение температуры на 30 °С не приводит к существен­

ному изменению параметра , то есть в этом случае изменением а можно пре­

небречь. Однако, на практике зачастую невозможно обеспечить выбор п рав­

ным 5. Следовательно, необходимо учитывать изменения амплитуды Ад от из­

менений а, то есть имеет место функция Ад (Ь, а).

52

В устройствах слежения применяют специальные датчики слежения, на­

пример использующие луч лазера за смещениями шва относительно неподвиж­

ного ПЭП. Сигналы датчиков сравнивают с опорным сигналом, соответствую­

щим Г0. Полученный сигнал рассогласования управляет исполнительным ме­

ханизмом, то есть стабилизируется параметр Г0. При каждом изменении а не­

обходимо изменять значение опорного сигнала в соответствии с новым значе­

нием а.

Задача стабилизации Ад при изменении а является более сложной [32],

ибо отсутствуют датчики слежения за изменениями а, а также устройства регу­

лирующие а. Известны способы [4, 7] частичной термостабилизации а, но нет

способов компенсации изменений а от изменений, например, текстуры и хими­

ческого состава металла стенки трубы, а также от допустимых изменений тол­

щины [1, 33]. Возможно использование устройств [34, 35, 36], обеспечивающих

качание пучка сдвиговых волн в металле шва. Однако такие устройства по ряду

причин не применяют в установках автоматизированного контроля шва свар­

ных труб.

2.4. ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ АМПЛИТУДЫ ЭХОСИГНАЛА ОТ РАССТОЯНИЯ

ДО ТОЧКИ ВВОДА СДВИГОВЫХ ВОЛН

На практике возможны случаи, когда функция А д (Ь) не является осцил­

лирующей, что обусловлено малым отношением толщины стенки трубы и раз­

мером сечения УЗ пучка, введенного в металл стенки. В этом случае имеет ме­

сто волноводный характер распространения УЗК. Влиянием изменений а мож­

но пренебречь, то есть, рассматриваем только влияние аргумента Ь.

С целью выявления особенностей функции Ад (Ь) для тонкостенных труб

были выполнены эксперименты по схеме рис. 2.8, а: труба 0 219 мм, ф 4 мм

(сталь мелкозернистая); 2 - призматический ПЭП (пьезопластина 0 10 мм,

2,5 МГц) с углом призмы 45°; 3 - сквозное отверстие 0 2,5 мм, толщина КСЖ

53

(ё) равна 1 мм (трансформаторное масло); Ь - расстояние между точкой ввода и

отражателем. Значение А д при Ь = 20 мм принято в качестве нормы.

Эксперимент касается труб, изготавливаемых контактной сваркой. Ре­

зультат эксперимента показан на рис. 2.8, б: функция Ад (Ь) практически моно­

тонно спадает.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Ь ,мм

б)

Рис. 2.8 Схема эксперимента (а) и график функции Ад (Ь) (б):1 - тр у б а 0 2 1 9 мм, ф 4 м м (сталь м елкозер нистая); 2 - п р и зм ати ческ ий П Э П

(п ь езоп л асти н а 0 10 мм, 2 ,5 М Г ц ) с угл о м призм ы 4 5 °; 3 - ск в о зн о е о тв ер сти е 0 2 ,5 мм; б - К С Ж тол щ и н ой ё = 1 м м (тр ан сф ор м ат ор н ое м асло);Ь - р асстоя н и е м еж д у точ к ой ввода У З К и отр аж ател ем

Отсутствие осцилляций упрощает задачу выбора длительности строб-

импульса (зоны контроля). При контроле шва парой ПЭП, акустические оси,

которых ориентированы в плоскости перпендикулярной оси шва, нет необхо­

димости применять устройства слежения за швом. Аналогичный результат по­

лучен в [37], где показана возможность контроля металла стенки трубы при пе­

ремещении ПЭП по образующей трубы.

54

На рис. 2.9 показан график А д (Ь), приведенный в работе [37]: призма 40°

(оргстекло), пьезопластина 0 12 мм, 2,5 МГц, контролируемая труба 0 42 мм,

ф 6 мм (перлитная сталь). Сигнал Ад (рис. 2.9) от продольной трещины, выхо­

дящей на поверхность трубы.

0,4

0,2

0 20 40 60 80 100 Ь, мм

Рис. 2.9. График функции Ад(Ь) согласно [37]:Призма ПЭП 40° (оргстекло); пьезопластина 0 12 мм, 2,5 МГц;

труба 0 42 мм, ф 6 мм (сталь перлитная); Ад - эхосигнал от продольной трещины,выходящей на наружную поверхность

2.5. ВЫБОР ЗОНЫ КОНТРОЛЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАССТОЯНИЯ ДО ТОЧКИ ВВОДА СДВИГОВЫХ ВОЛН

Учитывая, что сварные трубы со снятым гратом заподлицо с обеих по­

верхностей с точки зрения УЗ контроля можно рассматривать как бесшовные,

ниже приведены результаты экспериментов с использованием бесшовных труб.

Цель экспериментов состояла в том, чтобы определить условия выбора

зоны контроля для труб с толщиной стенки до 10 мм при наличии осцилли­

рующей функции Ад (Ь). Заметим, что при применении строб-импульса увели­

ченной длительности возрастает вероятность попадания в него импульсных ин­

дустриальных помех, то есть необходимо использование более совершенных

электронных средств помехозащиты.

55

На рис. 2.10, а показана схема эксперимента, В эксперименте был исполь­

зован образец трубы 0 48 мм, ф 3 мм, сталь мелкозернистая; 2 - ПЭП нормаль­

ный совмещенный (пьезопластина 4 х 8 мм, 5 МГц.

Угол ввода а сдвиговых волн в металл определим по Снеллиусу,

агс81п а = Сс 8 тР / Сж « 52°, (2.7)

где Сс - скорость УЗ в стали; Сж - скорость УЗ в воде.

Результат эксперимента показан на рис. 2.10, б: график функции Апга(у)

имеет два пика ̂ ПРН1 и АПРН2, а график АПРВ(у) один пик - АПРВ1 (у). Пунктирной

линией показана огибающая амплитуд эхосигналов от допустимой продольной

риски на наружной поверхности трубы (глубина 0,2 мм, раскрытие 0,2 мм, дли­

на 20 мм). Угол у на рис. 2.10, а показан для случая, когда наблюдался АПРВ тах.

Можно видеть, что первая впадина функции АПРН(у) совпадает с пиком функции

АПРВ(у). Если установить задержку строб-импульса равной 0 - х1 (38 мкс), а дли­

тельность равной х2 - х1 (15 мкс), то эхосигналы, соответствующие первому пи­

ку АПРВ(у) и второму пику АПРН(у) будут выделены как прошедшие через порог в

зоне строб-импульса. Первый пик функции АПРН(у) не может быть использован,

так как он находится на участке КСЖ в случае применения наклонного ПЭП.

Диффузное отражение волн от поверхности трубы показано в виде П-сигнала,

амплитуда которого в значительной степени зависит от параметров ПЭП и ус­

тановленного угла в, а также от расстояния между ПЭП и поверхностью стенки

трубы.

Зона контроля по у равна 10° (рис. 2.10, а), то есть это широкий участок

периметра трубы. В зоне контроля уровень огибающей амплитуд эхосигналов

от допустимой риски (пунктирная линия на рис. 2.10, б) не более 0,12 АПРН1 тах,

то есть можно порог амплитудной селекции установить на уровне 0,25 АПРН1 тах

(штрихпунктирная линия на рис. 2.10, б). Можно видеть, что в зону контроля

попадает и впадина функции АПРН(у). Эта особенность приводит к необходимо­

сти взаимного качания по углу у ПЭП - труба (первый вариант) или использо­

56

вать еще один ПЭП, второй пик функции ^пга(у) которого должен совпадать с

первым пиком функции АГОВ(у) (второй вариант).

При использовании двух ПЭП зона контроля по у может быть уменьшена

в два раза, то есть длительность строб-импульса существенно уменьшается, а

это весьма полезно для защиты от импульсных индустриальных помех.

Второй вариант контроля по результатам данных исследований реализо­

ван на металлургическом заводе ОАО «ВМЗ» в ходе модернизации установки

УЗ контроля сварного шва Интроскоп-КСШ1. Для этого варианта необходимо

использование устройств слежения за швом, так как длина зоны контроля мо­

жет оказаться меньше возможных перемещений шва по периметру трубы отно­

сительно неподвижного ПЭП (с учетом установленного параметра Ь0).

В [39] применена конструкция ПЭП, в которой используется призма с

двумя пьезопластинами, смещёнными по периметру контролируемой сварной

трубы, что возможно при контроле труб в малом диапазоне толщин стенок.

В случае большого диапазона толщин стенок целесообразно применение

с каждой стороны шва пары раздельных ПЭП, смещённых друг от друга по пе­

риметру трубы. При этом для каждого ПЭП необходима регулировка , один

ПЭП используется для контроля металла одной половины шва по радиусу тру­

бы, а другой - для второй половины металла шва. В рассмотренном экспери­

менте ^ ПРн2 попадают в зону контроля после отражения от участка внутренней

поверхности стенки трубы ("зеркала").

Выше было показано, что в ряде случаев целесообразно использовать не­

сколько "зеркал". Согласно схеме эксперимента, приведенной на рис. 2.10, а,

был проверен случай использования нескольких "зеркал" для сигнала АПРН.

Этот случай показан на рис. 2.11: образец трубы 0 75 мм, ф 4 мм, на наружной

поверхности выполнена продольная риска (глубина 1 мм, раскрытие 0,5 мм,

длина 10 мм). В эксперименте был использован ПЭП на 5 МГц с пластиной

5 х 12 мм. График функции АПРН (у) приведен на рис. 2.11, б. При использова­

57

нии третьего пика функции АПН (у) имеют место отражения от трех "зеркал"

("зеркала" на рис. 2.11, а показаны утолщенными линиями).

I

Рис. 2.10. Схема эксперимента (а) и график функции ППРН(у) и ППРВ(у) (б):1 - образец трубы 0 48 мм, ^3 мм, сталь мелкозернистая; 2 - ПЭП нормальный

совмещенный (пьезопластина 4х8 мм, 5 МГ ц); ПРН - продольная наружная риска (длина 10 мм, глубина 0,5 мм, раскрытие 0,5 мм); ПРВ - продольная внутренняя риска

(размеры риски ПРН); 3 - иммерсионная ванна; пунктирная линия - огибающая амплитуд эхосигналов от наружной допустимой риски (продольная, глубина 0,2 мм,

раскрытие 0,2 мм, длина 20 мм), на оси I показан строб импульс (длительность 12 - 1\), штрихпунктирной линией показан порог амплитудной селекции эхосигналов Ад

Отметим следующее, при рассмотрении осциллирующей функции со­

гласно рис. 2.3, б показана целесообразность использования пятого пика функ­

ции Ад(Ь), а на рис. 2.11, б и на рис. 2.10, б показано не более трех пиков функ­

58

ции АПРН(у). Различие обусловлено тем, что в экспериментах в иммерсионном

варианте были использованы образцы труб малого диаметра, так как исполь­

зуемый механизм для фиксации и вращения труб ограничивал возможность

увеличения диаметра образца трубы. Во всех рассмотренных выше экспери­

ментах эхосигналы наблюдались на экране осциллографа в виде радиоимпуль­

сов (на графиках показаны огибающие амплитуд видеосигналов).

б)

Рис. 2.11. Схема эксперимента (а) и график функции ЛПРН(у):1 - образец трубы 075 мм, ф 4 мм (сталь мелкозернистая);

2 - ПЭП нормальный совмещенный (пьезопластина 5x12 мм, 5 МГц);ПРН - продольная наружная риска, глубина 1 мм, раскрытие 0,5 мм, длина 10 мм

59

При контроле труб с полностью снятым гратом, местоположение шва по

периметру трубы неопределенно. Задача определения участка периметра трубы

содержащего сварной шов, в этом случае является актуальной.

На рис. 2.10 показан результат экспериментальной проверки выявляемо-

сти искусственных дефектов в виде продольных одинаковых рисок на наруж­

ной и внутренней поверхности бесшовной тонкостенной трубы. При этом, уро­

вень амплитуды эхосигнала от наружной риски существенно меньше уровня

амплитуды эхосигнала от внутренней риски так, что возникает необходимость

сдвига зоны контроля с целью исключения возможности попадания в неё эхо-

сигнала от допустимой продольной риски на наружной поверхности трубы, ко­

торая, как правило, является остатком грата.

Эхосигналы от остатков грата на наружной поверхности в ряде случаев

можно использовать для определения местоположения шва по периметру тру­

бы. Таким образом, при использовании осциллирующей функции Ад(Ь) оказы­

вается возможным выявлять дефекты сварного шва и осуществлять слежение за

швом, используя эхосигналы от остатков грата. При этом предполагается, что

уровень остатков грата, ориентированных обычно по образующей трубы, пре­

вышает уровень случайно распределённых выступов и впадин, формирующих

шероховатость поверхности трубы.

На рис. 2.10 и 2.11 показан осциллирующий характер функции А д(Ь) для

труб с толщиной стенки 3 мм и 4 мм, соответственно.

При использовании осцилляции Ад(Ь), используя временной признак,

можно определить выход продольной трещины шва на наружную или внутрен­

нюю поверхность, что представляет интерес для оценки качества трубы. В слу­

чае, когда в этом нет необходимости, то более приемлемо контролировать шов

при отсутствии осцилляции А д(Ь).

60

2.6. ОСОБЕННОСТИ ПРОХОЖДЕНИЯ ИМПУЛЬСА УЗ ВОЛН ЧЕРЕЗ КОНТАКТНЫЙ СЛОЙ ЖИДКОСТИ

Используя результаты, полученные в работах [38, 40], где рассмотрена

задача о прохождении пучка волн через наклонный КСЖ и отмечается, что из­

менения площади контактной жидкости под рабочей поверхностью призмы

существенно влияет на амплитуду эхосигнала от дефекта шва из-за процесса

интерференции волн между наклонными поверхностями призмы и изделия.

Рассмотрим схему прохождения импульсного пучка волн через наклонный слой

контактной жидкости (рис. 2.1 2). Излученные волны падают на границу сред

1, 2 под углом в (угол призмы) и в воде распространяются под углом Р' и далее

под этим же углом падают на границу сред 2,3.

В стали сдвиговые волны распространяются под углом преломления а0,

то есть имеет место двойное преломление лучей (другие типы волн не показа­

ны). Соотношение угла падения Р и угла преломления а 0 соответствует закону

Снеллиуса даже при наличии промежуточного плоскопараллельного слоя жид­

кости [70]. Волны, отражённые от границы 2, 3 интерферируют с волнами,

прошедшими через границу 1, 2. Излученный пучок волн на рис. 2.12 показан в

виде лучей 1, 2 и 3 (два крайних и центральный луч). В зависимости от волно­

Рис. 2. 12. Схема прохождения пучка импульса УЗ волн через наклонный слой контактной жидкости:

среда 1 - оргстекло; среда 2 - вода; среда 3 - сталь

61

вого числа К = ю/Сж (где ю = 2 п/ - угловая частота УЗК, Сж - скорость УЗК в

жидкости) и толщины слоя жидкости йж сложение волн на границе сред 2, 1

может быть в фазе, в противофазе или принимать любые промежуточные зна­

чения. Амплитуда волн в стали существенно зависит от результата интерфе­

ренции волн в КСЖ. Для практики желательно уменьшить влияние интерфе­

ренции на амплитуду эхосигнала от дефекта сварного шва. При увеличении йж

волны ограниченного пучка УЗК могут не интерферировать: крайний луч 1 по­

сле отражения может не складываться с другим крайним лучом 3, а быть рассе­

янным ребристой поверхностью специального участка призмы.

Для решения этой задачи предложено использовать преобразователь для

ультразвукового контроля [42], состоящий из пьезоэлемента, звукопровода в

виде призмы, на которой установлен пьезоэлемент и которая содержит ловушку

и рабочую поверхность, а на специальном участке рабочей поверхности приз­

мы между передним краем лучевой проекции пьезоэлемента на рабочую по­

верхность призмы и передней гранью призмы, перпендикулярно её вертикаль­

ной оси, нанесены пазы равностороннего треугольного профиля с размером

стороны треугольника, равной длине волны X ультразвуковых колебаний в ма­

териале призмы.

Новые конструктивные особенности ПЭП позволяют значительно сни­

зить осцилляции амплитуд эхосигналов от дефектов контролируемого изделия

за счет рассеивания большей части отраженных от поверхности изделия волн в

ребристой зоне специального участка рабочей поверхности призмы и сущест­

венного снижения степени интерференции волн в КСЖ.

В [40] показано, что при соблюдении условия йж ~ (3 - 4) Хж, где Хж - дли­

на волны в жидкости осцилляции амплитуды волны существенно уменьшаются

(при этом диаметр пьезопластины принимают равным 10 - 12 Хж). Для частоты

2,5 МГц и пластины 0 8 мм получим, что при йж > 3 мм, интерференцией волн

в слое воды можно пренебречь. Кроме этого, предложено использовать КСЖ в

виде клина.

62

Полезность клина состоит и в том, что, изменяя угол при вершине клина,

можно регулировать угол ввода сдвиговых волн в металл стенки трубы. Теория

наклонного ПЭП с клиновидным КСЖ не разработана, но можно предполо­

жить, что наличие клина приводит к расширению пучка волн в металле стенки

трубы. Кроме случайных изменений ^ж, могут быть изменения Хж из-за измене­

ний температуры воды.

На рис. 2.13 показана зависимость скорости УЗ в воде от температуры

(график зависимости Сж ({ °С) получен экспериментально). На участке

50...90 °С можно не учитывать влияние температуры на Хж. На практике имен­

но этот участок функции Сж ({ °С) используется, так как труба поступает в зону

контроля преимущественно горячей, после выхода из зоны сварки.

Поскольку поверхность труб имеет шероховатость нерегулярного типа

(черновая поверхность после горячей прокатки стальной полосы) имеет место

влияние шероховатости поверхности изделия на результаты контроля. В [43]63

рассматривается влияние шероховатых поверхностей КСЖ на прохождение на­

клонного пучка волн, при этом использованы известные формулы [70], описы­

вающие прохождение волн через наклонную границу полубезграничных сред.

Из [43] следует, что черновая поверхность трубы существенно уменьшает глу­

бину осцилляции амплитуды прошедшей волны. При прохождении наклонного

пучка продольных волн через КСЖ возможно смещение пучка вдоль слоя, при

этом величина смещения зависит от длительности импульса и фазовых соотно­

шений интерферирующих волн.

2.7. СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТАКТА ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ

Ранее отмечалось, что, так называемые ложные отражения от наружных

поверхностей валика усиления или от грата, можно использовать при разработ­

ке устройств адаптации автоматизированных установок к объекту контроля.

Особенность использования этих эхосигналов для устройств АРУ состоит в

том, что они имеют общий тракт с эхосигналами от дефектов шва. Кроме этого,

при использовании указанных эхосигналов для АРУ имеет место компенсация

изменений коэффициента передачи не только КСЖ, но и других звеньев аку­

стического тракта дефектоскопа. В качестве аналога можно отметить АРУ при

приеме радиосигналов, которое компенсирует все атмосферные влияния на

принимаемый радиосигнал [57].

Рассмотрим случай контроля труб, изготовляемых контактной сваркой

при наличии грата на внутренней поверхности, например, трубы 0219 мм, ф 4

мм. На рис. 2.14, а показана возможная форма грата на внутренней поверхности

трубы. Средняя высота грата и его форма изменяются в широких пределах.

На рис. 2.14, б показана возможная форма эхосигнала от грата, наблю­

даемого на экране дефектоскопа. При движении трубы амплитуда эхосигнала

от грата (обозначим Агр) флуктуирует, принимая минимальное (Агр тп) и макси­

мальное (Агр тах) значения (рассматриваем случай, когда пара ПЭП ориентиро­

вана в плоскости перпендикулярной оси шва). Процесс флуктуации характери­

64

зуется стационарными статистическими параметрами, то есть имеется среднее

значение и дисперсия.

Рис.2.14. Использование информативных сигналов из зоны сварного швадля формирования АРУ:

а - возможная форма грата на внутренней поверхности трубы (две проекции); б - возмож­ные эхосигналы от грата (Агр), наблюдаемые на экране дефектоскопа (условно показаны мак­симальный и минимальный Агр), пунктирной линией показан средний уровень Агр, И - излу­чаемый УЗ сигнал; в - возможные сигналы шумовой структурной реверберации (ШСР) ме­

талла шва; г -эхосигнал от дальней кромки валика усиления шва (Ак) и строб-импульс (6 и 12 моменты времени, соответствующие переднему и заднему фронту)

Для работы АРУ представляет интерес только среднее значение, которое

на рис. 2.14, б условно показано пунктирной линией. Интегрируя на выходе

усилителя канала дефектоскопа все эхосигналы, можно получить напряжение,

применимое для работы устройства АРУ, то есть работа АРУ сводится к стаби­

лизации среднего уровня эхосигналов от грата и, следовательно, к стабилиза­

ции уровня усиления эхосигналов от дефектов сварного шва. Значительно

сложнее обстоит дело, когда необходимо контролировать трубы со снятым за­

подлицо гратом, как на наружной, так и на внутренней поверхностях. Для таких

труб представляется возможным использовать эхосигналы структурной ревер­

берации металла шва, уровень которых существенно больше уровня шумов

65

структурной реверберации металла стенки трубы, изготовляемой из низколеги­

рованной стали. Выбор частоты УЗК, равной 2,5 МГц, определен из условия

минимума шумов структурной реверберации металла шва. Однако для исполь­

зования в устройстве АРУ эти шумовые эхосигналы могут быть полезными.

При существенном увеличении уровня усиления в канале дефектоскопа

шумовые сигналы структурной реверберации наблюдаются даже на частоте

2,5 МГц: (рис.2.14, в: И - излучаемый УЗ сигнал, ШСР - шумовая структурная

реверберация металла шва). При движении сварного шва относительно ПЭП

имеют место изменения амплитуды огибающей амплитуд совокупности эхо-

сигналов от зёрен металла шва. Представляет интерес среднее значение шумо­

вого эхосигнала от шва, то есть, задача аналогична случаю контроля труб с гра­

том на внутренней поверхности. Но использование высокого уровня усиления

для получения шумового эхосигнала и для выявления дефектов шва невозмож­

но. Поэтому предлагается для работы устройства АРУ использовать специаль­

ные такты дефектоскопа, например, поочередная работа АРУ и устройств обра­

ботки эхосигналов от дефекта шва. Также как и в рассмотренном выше случае,

необходимо применение интегратора, период интегрирования которого может

быть значительно меньше. Получение сигналов ШСР приемлемого уровня

представляет собой не простую задачу. Ограничивающим фактором служат

собственные шумы усилителя канала дефектоскопа. В такте работы АРУ можно

использовать специальные электрические сигналы для возбуждения ПЭП, по­

зволяющие увеличить уровень сигнала ШСР относительно собственных шумов

усилителя. Сварной шов труб, изготовляемых электродуговой сваркой, как пра­

вило, имеет нормированный валик усиления на наружной и внутренней по­

верхностях трубы. Как уже отмечалось, автоматизированный контроль труб с

валиками усиления обычно осуществляют по К- или Х-схеме, то есть исполь­

зуют не менее двух пар ПЭП.

Каждый ПЭП в некоторых тактах работает в совмещенном режиме, а в

других - либо как излучатель, либо как приемник. В совмёщенном режиме или

в режиме приемника на выходе каждого ПЭП всегда имеется эхосигнал от66

кромки валика усиления (на рис. 2.14, г обозначен А , а также показан строб-

импульс). Этот эхосигнал можно использовать для работы АРУ каждого канала

дефектоскопа. Амплитуды эхосигналов А и момент их появления относитель­

но момента возбуждения ПЭП являются случайными величинами, однако по­

ток данных случайных величин следует рассматривать как случайный стацио­

нарный процесс, который так же, как и в случае контроля труб с внутренним

гратом, характеризуется средней составляющей и дисперсией. Следовательно,

все особенности устройства АРУ, описанные выше для труб с внутренним гра­

том, остаются справедливыми и для труб с валиком усиления. Отличие состоит

в том, что уровень амплитуд эхосигналов от кромок валика усиления часто зна­

чительно больше уровня амплитуд эхосигналов от дефектов сварного шва. Од­

нако такое отличие не имеет существенного значения для работы устройства

АРУ.

2.8. ВЫВОДЫ

1. По результатам исследования показано, что зависимость эхосигнала от

дефекта от расстояния от точки ввода УЗ колебаний до сварного шва Ад

(Ь) имеет осциллирующий характер и зона контроля по периметру трубы

примерно равна 20 мм на уровне 0,8 Ад тах.

2. Исследования зависимости расстояния (Ь0) от влияющих факторов пока­

зали, что при соблюдении постоянства взаимного положения акустиче­

ского блока и сварного шва, изменение параметра Ь0 обусловлено изме­

нением угла а при колебаниях температуры относительно исходной, раз­

бросе толщины стенки и свойств материала трубы.

3. Выполненные эксперименты показали, что при контроле сварных швов

труб влияние изменения угла а и параметра Ь0 на достоверность контроля

снижается при выборе не менее пяти отражений импульса УЗ колебаний

от стенок трубы, что соответствует соотношению А д/Ад тах « 0,8.

4. При осцилляции функции А д(Ь) для контроля всего сечения шва рекомен­

довано использовать два и более раздельных наклонных ПЭП, разнесен­

67

ных по периметру трубы на некотором расстоянии в зависимости от тол­

щины стенки трубы.

5. Контроль тонкостенных труб рекомендовано производить при отсутствии

осцилляций функции Ад(Ь), что упрощает задачу выбора длительности

строб-импульса (зоны контроля) и при использовании наклонных ПЭП,

ориентированных перпендикулярно оси шва, снимает необходимость

применения устройств слежения за поперечными смещениями шва.

6. Исследованы способы контроля состояния акустического контакта, осно­

ванные на использовании информативных эхосигналов от грата на внут­

ренней поверхности трубы, от валиков усиления сварного шва и сигналов

шумовой структурной реверберации, обеспечивающие компенсацию из­

менения коэффициента передачи контактного слоя жидкости и всех

звеньев акустического тракта.

7. Исследован и разработан наклонный преобразователь, конструкция кото­

рого снижает влияние интерференции волн в контактном слое жидкости

на амплитуду эхосигналов, принимаемых из зоны контроля (пат. РМ

№ 2507).

68

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ ТРУБ

Автоматизированный ультразвуковой контроль сварного шва труб, про­

изведенных методами контактной и электродуговой сварки, связан с комплек­

сом сложных научно-технических проблем, которые подлежат исследованию

и решению. С целью повышения эффективности производства электросвар-

ных труб и увеличения сроков безаварийной эксплуатации продуктопроводов

необходимо исследовать и разработать способы повышения достоверности

контроля и методологию определения вида выявленных дефектов.

3.1. КОНТРОЛЬ СВАРНОГО ШВА ТРУБ СО СНЯТЫ М ГРАТОМ ЗАПОДЛИЦО

3.1.1. Выявление участка периметра трубы, содержащего сварной шов

Для труб со снятым гратом заподлицо с наружной и внутренней поверх­

ностей стенки задача УЗ контроля сварного шва разделяется на две части: вна­

чале необходимо выявить участок периметра трубы, содержащий сварной

шов, и обеспечить слежение акустическим блоком за этим участком, а затем

по выбранной схеме осуществить контроль этого участка.

Зондирующий импульс сдвиговых волн, введенный в металл стенки

трубы под некоторым углом а, распространяясь зигзагообразно, часто не от­

ражается от сварного шва, так как остатки грата весьма малы: не более 0,25 мм

[38]. В связи с этим, возникает необходимость разработки способа и специали­

зированного ПЭП для выявления участка периметра трубы, содержащего шов.

Сигналы этого ПЭП должны быть использованы для работы устройств авто­

матического слежения за поперечным смещением шва относительно непод­

вижных ПЭП, обеспечивающих контроль шва.

Разработанный способ основан на том, что структура металла шва суще­

ственно отличается от структуры металла стенки в околошовной зоне [4, 27].

Для выявления этого различия используем многократные отражения импульса

69

продольных волн от поверхностей стенки трубы при вводе зондирующего им­

пульса по нормали.

Более приемлем локально-иммерсионный способ ввода УЗК в металл

стенки трубы [59, 177], представленный на рис. 3.1 (ПЭП1). В этом случае

следует рассматривать многократные отражения волн УЗК между поверхно­

стями стенки трубы. Слой металла будем рассматривать как плоскопараллель­

ный, то есть, полагаем, что кривизна поверхности трубы на участке ввода пуч­

ка УЗК не приводит к существенному отклонению от плоскостного случая.

Кроме этого, полагаем, что сечение звукопровода достаточно велико, так, что

задача может быть рассмотрена в одномерном приближении.

Рис. 3.1. Схема локально-иммерсионного способа ввода УЗК в металл стенки трубы

Схема волновой сетки [74], изображающей процесс отражения сигнала

от слоя, представлена на рис. 3.2. Согласно этой схеме можем записать выра­

жение для сигнала Р2 (1), отраженного в среду 2 от слоя 3 при падении на него

из среды 2 сигнала произвольной формы Р1 (1):

Р2 (1)= О*032Е К32(М Рп=0

1 - 2п—С

(3.1)'3 у

Заметим, что момент падения сигнала Р1 (1) на границу сред 2 и 3 принят в ка­

честве 1 = 0, а составляющая Р1 (1) Я23 опущена. Число п имеет смысл дискрет-

70

ного времени в масштабе 2й3 / С3 . Коэффициенты 0 ^ , Р^к - прозрачности и

отражения на границах сред по давлению (первым индексом обозначена среда,

из которой падают волны). Величины 0 ^ и определяют по известным

формулам [70]:

0 Нк2рЬСЬ ■ р _ рНСН + РкСк ■

> ^крНС Н + ркС к ™ рНС Н + ркС к

где р - плотность среды; С - скорость распространения волн УЗК.

Рис. 3.2. Схема волновой сетки процесса отражения волн УЗК от слоя

Принцип суммирования импульсов, претерпевших многократные отра­

жения от поверхностей слоя, использован также в работе [85]. Слой выполняет

операцию дискретизации непрерывного сигнала Р1 (!).

Теперь примем, что на слой 3 падает типовой сигнал

Р(‘ ) = {0 (I < 0);

ехр^ю*) (I > 0).

Для этого сигнала выражение (3.1) примет вид

(3.2)

71

4

да СР20 ш ,() _ 023032 X Р ^ ’ехЙ М - 2л С а .)] _

п_0 С3

да_ 0230320хр(]ю 1) X Р32(л-1)ехр( - ^ с^п ) ,

л_0

(3.3)

где К3 _ ю / С3 - волновое число, Р2 (|юД) представляет собой дискретный сиг­

нал в области 1, т.е. множитель ехр(|ю1) можем опустить и, пользуясь форму­

лой геометрической прогрессии, функцию (3.3) можно записать в виде

1р2()ю) _ 0 23°32й о / чх ол \ , (34)1 - Рэ2 * ехр( - ^ 2 С3)

где Рз2ехр(- ]К32С3) - знаменатель прогрессии.

Заметим, что выражение, аналогичное (3.4), получено в работе [86].

Однако нас интересует переходный процесс функции (3.4), т.е. исполь­

зуем формулу частичной суммы геометрической прогрессии и запишем (3.4) в

виде

л IР2 (|ю,л) _ 0230 3 2X Р32 - ехр(- .К 3 2 С3П) _

(л 10 (3.5)_ 0 0 1 - Р32 - ехр( - ]К3 2 С3л)

23 32 1 -Р ^ 2 ехр( - ]К32С3) .

Согласно теории линейных систем [75] функцию (3.4) можно предста­

вить в виде структурной схемы (рис. 3.3.), в основе которой физические пред­

ставления о процессе отражения ультразвуковых волн от слоя, то есть анало­

гично тому, как составлена волновая сетка. Кроме этого, процесс отражения

УЗ волн от слоя можно изобразить в виде граф-схемы (рис. 3.4), которая имеет

более простой вид, чем волновая сетка.

Сигнал, падающий из среды слоя на границу сред 3-2, расщепляется:

часть сигнала приходит в среду 2, а другая часть отражается обратно в среду

слоя 3, то есть граница сред 3-2 является точкой разветвления (выходная по­

верхность) .

72

Рис. 3.3. Структурная схема слоя, отражающего волны УЗ колебаний

Выражение (3.4) обозначим буквой "А" и функцию (3.5) запишем в ином

виде, учитывая, что | Р32 1<1, т.е. ^32 _ е'П̂32 _ е_а

Р?(|юДл) _ А[1 - ехр(- < - \К32С3л)] , (3.6)

где 1л - время в масштабе 2С3 / С3, т.е. в собственном масштабе времени слоя 3.

Выражение (3.6) имеет вид функции, описывающей переходный и ста­

ционарный режим линейной системы. Второй член в скобках описывает пе­

реходный процесс.

Рис. 3.4. Граф-схема слоя, отражающего волны УЗК

Введем обозначение 1 / а _ тл, где тл — дискретная постоянная времени

слоя в масштабе 2С3 / С3. Видно, что характер переходного процесса в основ­

ном зависит от параметра К32С3. В случае резонанса волн в слое, то есть при

К3С3 = р, выражение (3.6) принимает простой вид

73

Р М = Л[1 - е х р ( (3.7)ТП

Функция (3.7) является собственной резонансной переходной функцией

отражающего слоя и имеет вид ступенчато-экспоненциального апериодиче­

ского процесса, нарастающего до предельного значения, то есть до величины

А. В сущности при резонансе имеет место явление “просветления” на отраже­

ние. В оптике широко используются просветляющие слои на прохождение

волн, например, в объективах фотоаппаратов. В остальных случаях переход­

ный процесс имеет колебательный характер, что обусловлено наличием мни­

мого члена в показателе экспоненты выражения (3.6).

Наиболее ярко колебательный характер выражен при К3й3 = п /2 (режим

динамического торможения колебаний, то есть "антирезонанс"). Тогда (3.6)

принимает вид

Р>(1„) = ]А[1 - ехр( - ̂ - )пп)]. (3.8)Т П

Приведенные выше выражения справедливы для входного сигнала,

удовлетворяющего условию (3.2), то есть для ступенчатого гармонического

сигнала.

Однако полученные теоретические результаты можно экспериментально

проверить, используя гармонический сигнал приближенно прямоугольной

формы достаточно большой длительности (квазиступенчатый сигнал) так,

чтобы входной и выходной сигналы были разделены во времени, то есть зву-

копровод (рис. 3.2) должен иметь большую протяженность.

Для практического применения, целесообразно рассмотреть особенно­

сти отражения от слоя экспоненциального гармонического сигнала малой дли­

тельности. Такие сигналы обычно излучаются демпфированной пьезопласти­

ной при её возбуждении ударным электрическим импульсом. Для этого при­

мем, что сигнал, падающий из среды 2 на поверхность слоя 3, имеет вид

74

г 0 ( К 0);Р (-) = { 1 (3.9)

1 И *ехр( - - + ]®1)(1: > 0),т

где ю — основная резонансная частота пьезопластины, а 1/т — показатель зату­

хания экспоненты (огибающей амплитуд гармонических колебаний).

Согласно (3.1) и (3.5) сигнал, отражённый от слоя 3, можем записать в

виде

п / 1 НР ^ юДп) = °23°321^32(П )ехр(- ^ с̂ п) ^ — (1 - 2П -3 )]. (3.10)

0 т О3

Выражение (3.10) описывает процесс суммирования элементарных экс­

поненциальных запаздывающих сигналов, амплитуда которых уменьшается по

экспоненте, то есть согласно 1/тП. Таким образом, характер отражённого сиг­

нала, кроме зависимости от параметра К3 2Н3 , зависит еще от соотношения

параметров т и тП. Известно, что экспонента за время (3 — 5) т затухает почти

полностью. Можно принять, что излучаемый пьезопластиной сигнал имеет

9 колебаний, то есть, т равен трем периодам колебаний и характеризует сте­

пень демпфирования пьезопластины.

Задача существенно упрощается для случая, когда справедливо неравен­

ство:

> 3т . (3.11)О3

Условие (3.11) означает, что сигналы, претерпевшие различное число

отражений в слое, не налагаются друг на друга, ибо разделены промежутком

времени, превышающим их длительность (процесс реверберации). В этом слу­

чае знак суммы выражения (3.10) означает совокупность сигналов, отражён­

ных от слоя, т.е. серии донных импульсов { О,}.

Фазовый множитель ехр(- _|К32Н3) можно опустить, и (3.10) станет

П 1 Н- 32 1 (1 - 2пО30 т О3

Р2 (1п ) = О23 О321 К52(П-,)бхр[ - -!■ (I - 2 пН> )]. (3.12)

75

Для практики представляют интерес амплитудные значения серии дон­

ных импульсов, то есть (3.12) можем записать в виде

Р2(*п) = О23О32 * еХР( ~) , (3.13)т п

где 1/тп = а п показатель затухания { О,}.

Выражение (3.13) описывает случай, когда отражающий слой преобра­

зует падающий на его поверхность сигнал в серию импульсов, огибающая ам­

плитуд которых имеет вид затухающей экспоненты, то есть отраженный сиг­

нал имеет вид экспоненциального решетчатого сигнала, длительность которо­

го равна (3...5) тп.

Условие (3.11), в сущности, определяет величину й3, для которой можно

получить отраженный сигнал в виде серии { О,}. Если принять, что основная

резонансная частота пьезопластины равна 5 МГц и, изученный ею сигнал име­

ет 6 периодов колебаний, то отражённый решётчатый сигнал можно получить

от стального слоя толщиной 3 мм и более, что вполне приемлемо для выявле­

ния участка сечения трубы, содержащего сварной шов.

Отметим, что рассмотрены случаи падения на слой 3 гармонических

экспоненциальных сигналов, удовлетворяющих условию (3.2) или (3.9). Одна­

ко, могут быть случаи, когда форма падающего на слой 3 сигнала не удовле­

творяет условию (3.2) или (3.9). Эти случаи целесообразно рассматривать в

частотной области. Пусть спектр входного сигнала имеет вид

Р„х( и = / Р,(() ехр(- ]ю1)Л. (3.14)0

Для определения спектра выходного сигнала необходимо иметь выра­

жение акустической передаточной функции слоя. Из рассмотрения (3.4) мож­

но видеть, что оно имеет смысл передаточной функции слоя 3 на отражение,

то есть спектр отражённого сигнала можно записать в виде

76

даР1 (!)ехр(- ,М)с1{ I Р32(п'1)ехр(- ]Кз2^зП).

п=0

(3.15)

Знак суммы и интеграла можем переставить местами

Выражение (3.16) показывает, что спектр отражённого (выходного) сиг­

нала представляет собой сумму периодически смещенных во времени спек­

тров входного сигнала. Наличие этого периодического смещения приводит к

тому, что в спектре выходного сигнала обязательно присутствуют составляю­

щие кратные параметру К32С3 .

Приведенные выше выражения не учитывают затухание волн УЗК в

среде слоя 3. Известно, например [76], что в стали марки У 12 затухание волн

УЗК на частоте 4 МГц равно 0,1 неп/см и, как правило, с ростом частоты су­

щественно возрастает, то есть затухание волн в среде слоя 3 (у) является неко­

торой функцией ю. Для амплитудных значений серии донных импульсов вы­

ражение (3.12) с учетом у можно записать в виде:

пР2(̂ п) = ° 2 3 °3 2 * ехр[ - у(ю)2С3]1 ехр{ - [ + а (п -1) + у(ю)2С3(п -1)]}. (3.17)

о

Для некоторой фиксированной частоты ю (17) примет более простой

вид

пР2 «п) = ° 2 3 0 32*ехр(-у2С3)!ехр[ - в (п -1)], (3.18)

о

где в = а + у — показатель полного затухания амплитудных значений элемен­

тарных экспоненциальных сигналов УЗК в слое 3. Следовательно, постоянная

времени тп = 1/р существенно уменьшается относительно случая без учета за­

тухания волн УЗК в среде слоя 3.

да

в̂ых ( .Iю) = Рвх ( .Iю) Р2 ( .Iю) = ^23^32 [

77

Затухание волн УЗК в металле сварного шва трубы, изготовленной из

стальной полосы, например, марки У 12, существенно больше значения

0,1 неп/см вследствие большей величины среднего диаметра зёрен металла

сварного шва относительно среднего диаметра зёрен металла стенки трубы

вблизи сварного шва [92].

На рис. 3.5 показана качественная характеристика затухания амплитуд

донных сигналов для случая, когда пучок волн УЗК облучает участок стенки

трубы, содержащей сварной шов (экспонента "а") и для случая облучения

стенки трубы вблизи сварного шва (экспонента "б"). Число П = 1, 2, 3 ... обо­

значает "первый", "второй", "третий" и так далее донные эхосигналы.

иДэч ч -ч

0 1 2 3 4 5 6 пТ

Рис. 3.5. Затухание амплитуд серии донных сигналов:экспонента “а” — озвучивание участка стенки трубы, содержащей сварной шов;

экспонента “ б” — озвучивание участка трубы без сварного шва

С ростом числа П и различие амплитуд донных эхосигналов существен­

но возрастает. Ширина зоны металла сварного шва по длине окружности тру­

бы обычно равна 1 0 . 1 2 мм, то есть, используя пьезопластины диаметром

1 0 .1 5 мм можно по амплитудному признаку донного эхосигнала надежно

различать участок трубы по окружности, содержащий сварной шов, от участ­

ков без сварного шва [176]. При аппаратурной реализации принципа выявле­

ния и слежения за сварным швом по минимуму амплитуды Пго донного эхо-

сигнала желательно, чтобы минимальный Пыи сигнал не исчезал полностью, то

78

есть согласно рис. 3.5 для слежения желательно использовать третий или чет­

вертый донный сигнал.

Оборудование, используемое для зачистки грата сварного шва с внут­

ренней и наружной поверхностей трубы, как правило, не обеспечивает полную

зачистку. Здесь зачастую остаются продольные риски глубиной 0,1 мм и бо­

лее. Протяженность рисок различна, но все они ориентированы вдоль сварно­

го шва и по сечению трубы обычно находятся в зоне сварного шва. Ширина

рисок и их форма в плоскости, перпендикулярной образующей трубы, различ­

ны. Тем не менее, наличие рисок не нарушает принцип слежения за сварным

швом по минимуму амплитуды Пго донного эхосигнала.

В практике контроля тонкостенных труб с полностью зачищенным

сварным швом, не удовлетворяющих условию (3.11) могут быть случаи, когда

необходима более высокая чувствительность для различения структуры ме­

талла шва относительно структуры металла стенки трубы вблизи сварного

шва.

Более чувствительным является метод, использующий резонанс волн

УЗК в слое 3, так как в случае резонанса, как известно, слой накапливает наи­

большую колебательную энергию. Для общего случая выражение (3.5), с уче­

том функции у(ю) примет вид

Р2(1Ш П) = Р23Р 1 - « Р К - т р у п - 1)] е ф [ - У И З Д вхр( - ;К32 ^3П) (3 1 9 )1 - ехр( - 1пр2) ехр[ - у(®) 2 <э] ехр( - \ К3 2 С3)

По аналогии с (3.6) введем обозначение А ,

Р 23 Р32где А = --------------------1 - ехр( - 1 пруехр[ - у(ю)2су ехр(- \ К32<3)

Теперь (3.19) запишем в виде

РО®т) = А'ехр[-у(ю)2 <3]{ 1 - ехр(- 1пР32*п)ехр[- К ю ^ п ] е х р ( - ^ а д , (3.20)

где множитель ехр[-_| (ю)2С3] вынесен за скобки для сохранения единства дис­

кретного времени 1П.

79

В случае резонанса волн в слое 3 фазовый множитель ехр[-] К32С3П] ра-

1вен единице и, введя обозначение------------------- = тП, выражение (3.20) примет

[|пр32 + У(®)]

вид

Р,(*п) = Аехр[ - у(ш) 2 <3 ][1 - ехр( А )]. (3.21)ТП

Можно видеть, что дискретная постоянная времени т'П, при учете затухания

волн ультразвуковых колебаний в среде слоя 3, существенно уменьшается от­

носительно случая без учета затухания, то есть в сравнении с выражением

(3.7). При !П = ( 3...5) ТП экспоненциально нарастающий процесс почти дости­

гает предельного значения, то есть величины А ехр [ - у(ю)2<3] (амплитуды

сигнала, отраженного от слоя 3).

Отметим, что справедливо неравенство А < А, то есть амплитуда отра­

жённого сигнала от участка стенки трубы, содержащего сварной шов, сущест­

венно меньше амплитуды отражённого сигнала от участка, не содержащего

шов. Кроме выявления сварного шва трубы, приведенная теория может быть

полезной при оценке структуры металлических листов или отклонения струк­

туры от заданного значения, что в ряде случаев представляет практический

интерес.

3.1.2. Выявление и слежение за сварным швом по шумовым сигналам

Участок стенки трубы, содержащей шов, в котором возбуждена серия

УЗ импульсов {Р|}, является излучателем волн различного типа (рис.3.1), ко­

торые распространяются вдоль стенки, многократно отражаясь от ее поверх­

ностей. Эти волны могут быть приняты ПЭП2 и ПЭП3 акустического блока, и

усилены усилителями с постоянным коэффициентом усиления. Выходной

сигнал, например ПЭП2, длительность которого зависит от длительности се­

рии { Р,} и условно показан в виде огибающих принятых шумовых сигналов

(рис. 3.6).80

Огибающая имеет вид некоторой случайной функции и повторяется в

каждом такте возбуждения серии. На рис. 3.6 момент начала приема первого

шумового сигнала обозначен ^, а \2 ■■■ 1п - последовательность тактов повторе­

ния сигналов, которая задана частотой повторения излучаемого ПЭП1 зонди­

рующего импульса. При движении трубы возможны поперечные смещения

шва, что приводит к изменению амплитуды принятого шумового сигнала и

изменению его формы. Последовательность амплитуд шумовых сигналов

представляет собой некоторую случайную дискретную функцию, которую

обозначим

Л

О 4 /

Рис 3.6. Последовательность огибающих шумовых сигналов:1 = 0 — начало приема шумовых сигналов; п — порядковый номер последовательности

Хп = X (пт,с.). (3.22)

Выбор промежутка времени, в котором ПЭП1 и ПЭП2 акустического

блока находятся в режиме приёма шумовых сигналов, зависит от заданной

скорости перемещения трубы и допустимого неконтролируемого участка шва

по его оси, например, равного 2 мм. Выбор этого участка обусловлен тем, что

во время формирования серии { О,} дефектоскоп не выявляет дефекты шва.

Заметим, что в выбранном участке шва может быть дефект малой протяжен­

ности, например, пора. В этом случае не возникает серии шумовых сигналов,

т.е. необходимо использовать серию { О,} предыдущего участка. Наличие оди­

ночной поры не нарушает качества шва. В промежутке времени, за который

труба перемещается на 2 мм, принятые шумовые сигналы представляют собой

множество значений Хп. В стенке трубы в соответствии с (3.13) серия {О,} за­

тухает медленно. Примем, что серия { О,} состоит из 20 донных эхосигналов

81

( = 20). Для толщины стенки й, равной 10 мм длительность серии равна

2 6 \ ~ 80 мкс (Со — скорость ультразвука в стали равная 5,5 мм/мкс). С цельюСс

исключения наложения серий шумовых сигналов друг на друга, примем дли­

тельность периода повторения зондирующих импульсов равной 100 мкс, т.е.

частота равна 10 кГц. При скорости движения трубы 1 мм/мс время излучения

зондирующих импульсов равно 2 мс. За это время ПЭП2 (ПЭП3) принимает

20 шумовых сигналов (рис.3.6). Можно вычислить среднее арифметическое

функции (3.22) из

20и 20

= — У х (3.23)20 1

знаком * обозначаем, что (3.23) представляет собой оценку математического

ожидания функции (3.22) [46] .

Если шов по периметру трубы (рис. 3.1) расположен симметрично отно­

сительно ПЭП2 и ПЭП3, то имеет место равенство

ХП ЭП 2 = ХП ЭП 3 , (3.24)

Нарушение симметрии приводит к нарушению равенства (3.24) и появ­

ляется разность

А = ± ХП ЭП 2 - ХПЭП 3 , (3.25)

знак разности (3.25) определяет направление смещения шва относительно но-Т Ч * ^ * Г "минального положения. Если хПЭП 2 < хПЭП 3 ,это означает, что шов приблизился

к ПЭП2, а ПЭП1 возбуждает участок стенки без шва. В этом случае амплиту­

ды шумовых сигналов, принимаемых ПЭП3, существенно больше амплитуд

сигналов принимаемых ПЭП2, ибо сигналы проходят через металл шва,

имеющего более крупную структуру, а, следовательно, и затухание. В соот­

ветствии с (3.25) формируется управляющее напряжение для следящего уст­

ройства, которое возвращает акустический блок в номинальное положение

(3.24).

82

Используемые для формирования серии {О,} участки шва равные 2 мм,

осуществляют дискретизацию шва на равномерные отрезки. Длина отрезка за­

висит от выбора соотношения времени работы ПЭП2 и ПЭП3 в режиме выяв­

ления дефектов шва к времени приёма шумовых сигналов { О,}. Если принять

это соотношение равным 50, то длина отрезка шва, в котором выявляются де­

фекты, равна 100 мм. Выбор длины этого отрезка зависит от быстродействия

следящего устройства. Если на некотором участке движущегося шва появи­

лось управляющее напряжение для следящего устройства в соответствии с

(3.25), то ПЭП1 переходит в режим постоянного излучения зондирующих им­

пульсов, ПЭП2 и ПЭП3 принимают шумовые сигналы и в следящем устройст­

ве постоянно формируется управляющее напряжение. Перемещение акустиче­

ского блока прекращается, когда он оказывается в номинальном положении

(3.24). После этого все ПЭП переходят в нормальный режим работы. Во время

поперечного (следящего) перемещения акустического блока дефекты шва не

выявляются. Длина неконтролируемого участка шва определена быстродейст­

вием следящего устройства. Отметим, что каналы ПЭП2 и ПЭП3 в режиме

приёма шумовых сигналов должны быть идентичными. Выравнивание кана­

лов необходимо осуществлять в статике, но возможна их коррекция и в дина­

мике. На участке наличия протяжённого дефекта отсутствует возможность

формирования управляющего напряжения, и положение акустического блока* *определено прежними значениями хПЭП 2 и хП Э П 3 , полученными на безде­

фектном участке шва.

При длительной эксплуатации ПЭП2 (ПЭП3) на его рабочей поверхно­

сти образуется пленка твердых частиц, ухудшающая условия прохождения

сигналов ультразвука. Кроме этого, в КСЖ иногда попадают пузырьки возду­

ха, что приводит к уменьшению общей площади рабочей поверхности ПЭП.

Следовательно, возникает необходимость слежения за изменениями хПЭ П 2 и

хП ЭП 3 и выравнивания каналов. Выравнивание каналов можно выполнить с

83

помощью устройств АРУ, например, согласно рекомендаций работы [48, 53]

или других известных способов построения устройств АРУ.

В п.3.1.1 и п.3.1.2 теоретически рассмотрены два способа выявления

участка периметра стенки трубы, содержащей сварной шов со снятым гратом

заподлицо, и формирования управляющего напряжения для следящего уст­

ройства [177]. Эти способы взаимно дополняют друг друга и на практике оба

могут быть использованы. Реализация теоретических рекомендаций возможна

при выполнении соответствующих экспериментальных исследований.

Вопрос контроля сварного шва труб (толщиной стенки до 6 мм) со сня­

тым гратом существенно упрощается при волноводном распространении зон­

дирующего импульса, т.е. при отсутствии осцилляции функции А (Ь). Это

применимо, когда нет необходимости определять выход выявленной трещины

металла шва на наружную или внутреннюю поверхность стенки. Примем, что

в момент 1 = 0 (рис.3.1) ПЭП2 излучает импульс ультразвука, распространение

которого после нескольких отражений от поверхностей стенки трубы, приоб­

ретает волноводный характер и озвучивает металл шва. На рис. 3.7 условно

показаны наблюдаемые на выходе усилителя шумовые эхосигналы структуры

(Ащ.с) металла шва и околошовной зоны между ПЭП2 и швом.

Уровень амплитуд шумовых эхосигналов структурной реверберации ме­

талла шва (ШСР) сущест­

венно больше уровня ам­

плитуд эхосигналов в око-

лошовной зоне. Используя

временной и амплитудный

признаки, можно выявлять

дефекты металла сварного

шва. Зона контроля (строб-

импульс) устанавливается с

учетом допустимых смеще­

Ы

Рис. 3.7. Наблюдаемые шумовые эхосигналы металла стенки трубы:

в - возбуждаемые ПЭП1; ш — зона металла шва

84

ний шва. Наличие существенного затухания ультразвука в металле шва сни­

жает уровень амплитуд шумовых эхосигналов структуры металла стенки, рас­

положенной за швом.

Для контроля акустического контакта ПЭП2 с поверхностью трубы можно ис­

пользовать ПЭП3 в режиме приёма (теневой метод). В следующем такте

ПЭП3 излучает зондирующий импульс, и процесс контроля сварного шва по­

вторяется. В этом такте ПЭП2 переходит в режим приёма также с целью кон­

троля акустического контакта.

3.1.3. Выявление непроваров и продольных трещин в сварном шве трубы дельта-методом

Отсутствие грата на наружной и внутренней поверхности трубы дает

возможность использовать дельта-метод для выявления продольных плоско­

стных дефектов сварного шва, ориентированных перпендикулярно поверхно­

стям трубы. Дельта-метод контроля сварных швов широко применяется при

использовании ручных дефектоскопов, но может найти применение и для ав­

томатизированного контроля сварных швов труб в потоке их производства.

При использовании локально-иммерсионного ПЭП1 согласно рис. 3.1 воз­

можность применения дельта-метода оказывается очевидной.

В течение промежутка времени, когда осуществляется попеременное

зондирование металла сварного шва парой наклонных ПЭП, локально­

иммерсионный ПЭП1 может принимать УЗ импульсы продольных волн, воз­

никающие в результате трансформации сдвиговых волн, падающих на по­

верхность плоскостного дефекта. В работе [78] показано, что для возникнове­

ния продольных волн в металле шва, содержащего плоскостной дефект, при

отражении сдвиговых волн от поверхности дефекта необходимо, чтобы вектор

смещения частиц в сдвиговой волне имел компоненту, направленную перпен­

дикулярно поверхности дефекта. Можем принять, что в большинстве случаев

такая компонента имеется, т.е. имеет место появление УЗ импульса продоль­

ных волн.

85

В работе [81] показано, что направление оси диаграммы направленности

трансформированных продольных волн зависит от размера и ориентации

“ блестящего” участка поверхности плоскостного дефекта (участка, перпенди­

кулярного оси падающего пучка сдвиговых волн). Нас интересуют волны, на­

правленные перпендикулярно поверхностям стенки трубы, от которых они

могут многократно отражаться, то есть на вход ПЭП1 (рис. 3.1) в некоторых

случаях поступает серия УЗ импульсов (серия донных сигналов). Заметим, что

дельта-метод применим в случае озвучивания поверхности плоскостного де­

фекта хорошо направленным пучком сдвиговых волн, т.е. нельзя использовать

много отражений от поверхности стенки трубы. Выбор параметра 1_о для

ПЭП2 и ПЭП3 обычно осуществляется из условия приемлемой зоны контроля

металла шва. Заметим, что целесообразно использовать не более 3х пиков ос­

циллирующей функции А) (Ц.

3.1.4. Выявление поперечных трещин сварного ш ва трубы

В практике автоматизированного УЗ контроля сварного шва труб для

выявления поперечных трещин обычно используют пару наклонных ПЭП,

акустические оси которых ориентированы в плоскостях, направленных под

некоторым углом к оси шва и навстречу друг другу. При этом ПЭП работают в

раздельном режиме, то есть такой вариант работы пары ПЭП можно рассмат­

ривать как аналог тандем-метода контроля сварного шва [1, 7].

Однако в частном случае, при контроле труб со снятым гратом заподли­

цо, можно использовать опыт УЗ контроля бесшовных труб [69, 83, 84]. В ра­

боте [69] описана автоматизированная установка "Днепр-1", в акустическом

блоке которой использованы призматические ПЭП для выявления поперечных

трещин на поверхностях трубы. Схему, приведенную на рис. 2.2, можно рас­

сматривать как схему многократных отражений импульса сдвиговых волн при

использовании наклонного ПЭП для зондирования металла сварного шва

вдоль его оси [90, 91]. Для этого случая также справедливы рассмотренные в

главе 2 особенности осциллирующей функции А) (Ца), однако имеются осо-86

бенности при выявлении поперечных трещин сварного шва одним наклонным

ПЭП.

Нас интересуют трубы 0 219 — 1420 мм, для которых можно применять

наклонный ПЭП с круглой пьезопластиной 0 6 — 12 мм. На рис. 3.8 показана

схема экспериментальной проверки возможности выявления поперечных тре­

щин сварного шва с помощью наклонного локально-иммерсионного ПЭП.

Образец стальной мелкозернистой трубы 0 279 мм, ф 8 мм длиной 0,8 м

перемещается относительно неподвижного ПЭП. На внутренней и наружной

поверхности образца выполнены поперечные риски, которые обозначены ППВ

и ППН, соответственно. Глубина рисок 1,5 мм, длина 10 мм. При перемеще­

нии образца трубы так, что риска ППВ или ППН перемещается в плоскости

преломления акустической оси пучка волн, на экране осциллографа наблюда­

ются эхосигналы от рисок осциллирующей амплитуды. Огибающая амплитуд

эхосигналов показана на рис. 3.9: сплошная линия — огибающая амплитуд эхо-

сигналов от ППН, пунктирная линия — от ППВ, при перемещении образца по

стрелке Д. Использованный в эксперименте наклонный совмещённый ПЭП

имеет пьезопластину 0 6 мм, 5 МГц. Длина пути продольных волн в воде рав­

на 30 мм (изменения длины пути весьма мало влияют на амплитуду эхосигна-

лов).

I

Рис 3.8 Схема выявления поперечных трещин шва:1 — наклонный локально-иммерсионный ПЭП; 2 — стенка трубы 0279 мм ф 8 мм;

ППН — поперечная наружная риска (глубина 1,5 мм, раскрытие 0,5 мм, длина 10 мм); ППВ — поперечная внутренняя риска; ПТ — поперечная трещина;Д — направление движения трубы; а — угол ввода сдвиговых волн;

Р - угол падения волн; 1_0 — оптимальное расстояние «риска — точка ввода волн»

87

Угол ввода а сдвиговых волн в металл стенки трубы равен 65°. Момент

появления первого эхосигнала от ППН принят в качестве 1 = 0 (рис. 3.8). Мак­

симальная амплитуда этого эхосигнала принята за норму для изображения

графиков огибающих амплитуд эхосигналов. Параметр 1_0 определен для

третьего пика огибающей амплитуд эхосигналов от ППН, то есть для трех зер­

кальных отражений (Ь0̂ 40 мм).

При прозвучивании цилиндрического отражателя пучком сдвиговых

волн всегда имеется "блестящий" участок поверхности в виде прямоугольни­

ка, и отражённый импульс возвращается по тому же пути, по которому про­

шел зондирующий импульс [109]. При наличии поперечной трещины с пло­

ской поверхностью путь отражённого сигнала оказывается смещённым, и сиг­

нал может пройти мимо ПЭП. Этот недостаток предложенного метода можно

устранить, если выбрать большее число зеркальных отражений, например,

равным пяти, то есть использовать участок функции А (I.) с малой глубиной

осцилляции.

П -сигналРис 3.9. Огибающая амплитуд эхосигналов при изменении расстояния

«риска - точка ввода волн в металл»:от ППН (сплошная линия) и от ППВ (пунктирная линия);П-сигнал — эхосигнал от шероховатой поверхности трубы

Более целесообразно выполнить условия, при которых отсутствует ос­

цилляция функции А (Ь), например, как показано на рис. 2.8 и 2.9. При отсут­

ствии осцилляции А А) существенно увеличиваются допустимые изменения

1,0 10,75

0,5

0,25

-й ------1—~~ - »•50 I, мкс

88

угла а относительно оптимального значения. При этом теряет смысл стабили­

зировать параметр 1_0. Однако это более просто можно реализовать для толщи­

ны стенки трубы до 6 мм.

Изложенное показывает, что предложенный метод имеет преимущество

относительно обычного метода выявления поперечных трещин парой ПЭП,

установленных под некоторым азимутальным углом к оси шва и навстречу

друг другу. Локально-иммерсионные ПЭП, показанные на рис. 3.8 и 3.1 могут

иметь единую локальную ванну, то есть конструктивно могут быть изготовле­

ны по принципу раздельно-совмещённых локально-иммерсионных ПЭП.

3.2. КОНТРОЛЬ СВАРНОГО ШВА ТРУБ С ГРАТОМ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

3.2.1. Регулировка канала дефектоскопии по контрольным образцам и эхосигналам от грата движущегося ш ва

При правильно налаженном процессе производства труб контактной

сваркой грат есть всегда, при этом его форма и размеры (рис. 2.14, а) хоть и

изменяются в широких пределах, но в среднем они оптимальны. Сварочный

узел (рис. 3.10) в установившемся (стационарном) режиме сохраняет стабиль­

ные параметры, то есть характеризуется некоторой статистически стационар­

ной функцией. Очень важно соблюдать непрерывность установившегося ре­

жима, так как остановки процесса сварки всегда приводят к неустановивше-

муся (нестационарному) режиму.

89

После пуска стана имеет место неустановившийся режим, в течение ко­

торого в сварном шве возникает большее число дефектов, чем в установив­

шемся режиме. На рис. 3.11 в виде условного графика функции И(1) показано

измене ние плотности появления дефектов в неустановившемся и установив­

шемся режимах. Протяжённость неустановившегося участка в отдельных слу­

чаях может достигать 100 м. На начальном участке шва (до 15 м) значение И

обычно не менее десяти дефектов на метр (принято для нормировки). Про­

дольный сварной шов трубы в области поперечного стыка полос всегда со­

держит дефекты, что обусловлено скачкообразным изменением режима свар­

ки, например, из-за перепада толщины полосы. Протяжённость этого допол­

нительного нестационарного участка равна 10-20 м.

В качестве примера, на рис. 3.12

изображены три случая непровара шва:

а — частичный непровар с выходом на

внутреннюю поверхность трубы (в

этом случае грат отсутствует); б — час­

тичный непровар с выходом на наруж­

ную поверхность трубы (в этом случае

грат на внутренней поверхности имеет­

ся); в — полный непровар, то есть кром-

I

7 1непровар

а)

грат непроварб)

Рис 3.12. Три случая непровара сварного шва

90

ки сомкнуты, а сверху «замазаны» гратоснимателем (грат отсутствует).

Предварительную регулировку положения ПЭП в акустическом блоке

осуществляют по контрольному образцу трубы, содержащему отражатель в

виде продольного паза, имитирующего непровар шва, или в виде сквозного

отверстия 0 1,6 — 3,2 мм. Могут быть использованы образцы трубы, шов ко­

торых содержит реальные дефекты. Контроль обычно осуществляют парой

призматических совмещённых ПЭП, установленных по обе стороны шва со­

осно и ориентированных перпендикулярно оси шва (рис. 3.13, а). Из опыта

контроля сварных труб известно, что имеется высокая чувствительность кана­

лов ИП1, ИП2 к отклонениям от перпендикулярности относительно оси шва

[129].

Изменения перпендикулярности на ± 1° приводят к изменениям ампли­

туды эхосигнала от контрольного отражателя в виде паза до 50%. При перехо­

де акустического блока от контрольного образца на контролируемую трубу,

всегда имеет место нарушение отрегулированного положения. Даже фиксация

стопорных винтов ПЭП дает нарушение достигнутой регулировки. После ус­

тановки акустического блока на контролируемую трубу на экране дефекто­

скопа наблюдается эхосигнал от внутреннего грата (Агр) . При движении трубы

амплитуда А гр существенно флуктуирует (рис. 3.13, б), что обусловлено флук­

туацией формы и размера грата, а также поперечными смещениями шва, кото­

рые достигают ± 5 мм [93].

Селекция эхосигналов от дефектов шва (Ад) относительно эхосигналов

Агр возможна только по амплитудному признаку. Следовательно, необходимо

рассмотреть особенности флуктуации сигнала Агр и определить критерии ре­

гулировки канала дефектоскопа: установка порога амплитудной селекции.

Амплитуда сигнала Агр принимает разные значения, то есть является

дискретной случайной функцией, которую обозначим А гр [У, где !п - дискрет­

ные моменты времени появления сигнала Агр (п = 1, 2, ... да). Момент начала

наблюдения сигнала Агр (начало первой развертки монитора, рис. 3.14, а) обо­

91

значим 1 = 0. Нас интересует среднее значение амплитуды Агр за некоторый

конечный промежуток времени 10 - 1П, то есть П имеет конечное значение

[122]. Далее, индекс П примем в качестве аргумента. Случайные значения

функции Агр [п] соответствуют случайным изменениям формы и размера грата

(рис. 3.14, б). Сигнал Агр, наблюдаемый оператором на мониторе, всегда имеет

некоторое максимальное значение (рис. 3.13, б), относительно которого необ­

ходимо установить порог селекции эхосигналов А д. Понятно, что порог дол­

жен быть выше Агр тах, то есть установка порога селекции должна быть выпол­

нена с учетом некоторого запаса. Редко возникающие сигналы Агр большей

амплитуды не наблюдаются на экране монитора, то есть наблюдаемый Агр тах

является средним значением некоторого множества амплитуд Агр.

2,0 ___________________________ порог

б)Рис 3.13. Контроль сварного шва трубы с гратом на внутренней поверхности:

а — схема контроля сварного шва; б — эхосигналы от грата (пунктир — средний уровень Агр)

Пусть скорость движения трубы равна 1 мм/мс. Кроме этого, примем,

что на участке 1 мм амплитуда сигналов А гр неизменна. При частоте синхро­

импульсов равной 3 кГц (эта частота повторения зондирующих импульсов ис­

пользуется для канала дефектоскопа) плотность сигналов Агр равна 3 имп/мм.

Известно, что возникновение на экране сигнала Агр с частотой 20 Гц и более

наблюдается как неподвижное изображение. Следовательно, на отрезке шва

1000 мм из полученных 3000 сигналов Агр в виде Агр тах наблюдается не менее

20, то есть не менее чем от шести участков шва получены сигналы Агр тах.

Оператор может осуществить регулировку параметров канала дефектоскопа

(установку уровня усиления и порога амплитудной селекции А д) в течение

92

времени прохождения 100 м шва (1 — 2 мин). Период, равный 100 сек, можем

принять за период (Тинх) определения среднего значения, то есть математиче­

ского ожидания дискретной случайной функции Агр[п]

1 тинт /тст [п]^ , _ 2, [п], (3.26)

Тинт / тс п=1

где Тс — период повторения Агр (в примере — Тс = 0,3 мс, а Тинт / Тс = 3 ■ 105).

Дисперсия функции Агр [п] примет вид

О[п] = ^ А Т (А, [п]- т[п])2 . (3.27)т / т п=1инт с 11-1

На мониторе наблюдается разность (рис. 3.13, б)

А Агр = Агр тах — Агр тт . (3.28)

Значение т[п] можно определить расчетом по (3.26), но по экрану монитора

полезно провести линию на уровне ААгр/2, то есть выполнить оценку матема­

тического ожидания, которую обозначим тП [п] и примем за норму

(рис. 3.13, б). Дисперсия Э[п] на экране монитора не наблюдается, однако ус­

ловно можем принять, что О[п] пропорциональна А Агр. При малом значении

А Агр, например, не более 0,5, мала вероятность появления ненаблюдаемых

сигналов Агр, амплитуда которых больше Агр тах. С целью уменьшения вероят­

ности регистрации каналом дефектоскопа этих редко возникающих ненаблю­

даемых сигналов Агр, порог амплитудной селекции сигналов А д (рис. 3.13, б)

выше уровня Агр тах, не менее чем на 30%.

Следует отметить, что регулировку параметров канала дефектоскопа не­

обходимо выполнять на стационарном участке случайной функции Агр [п].

Протяжённость нестационарного участка после пуска сварочного стана может

достигать 100 м (рис. 3.11).

Кроме определения уровня амплитудной селекции сигналов А д относи­

тельно уровня сигналов Агр тах, дискретную функцию Агр[п] целесообразно ис­

пользовать для ориентации ПЭП канала дефектоскопа перпендикулярно оси

93

движущегося шва. Расстояние между сварным швом и ПЭП равно 70 - 100 мм

и выбирается, в основном, из условия непопадания импульсов-помех от ка­

пель воды, имеющихся на поверхности трубы в строб-импульс, используемый

для временной селекции сигналов Агр и Ад. Контроль труб с толщиной стенки

4-6 мм целесообразно осуществлять при отсутствии осцилляции функции

Ад(Ца), например, как показано на рис. 2.8.

В этом случае длительность строб-импульса (зоны контроля) выбирается

только из условия, чтобы шов оставался в пределах зоны контроля при его по­

перечных смещениях. Угол а выбирается равным приблизительно 65°, изме­

нения которого в пределах ± 5° не оказывает существенного влияния на ре­

зультат контроля шва.

Рис 3.14. а — процесс формирования последовательности сигналов Агр:(Агр1, Агр2, ... АгрП - начальная последовательность,

А'гр1, . , А'грп - промежуточная последовательность); б - участок трубы с гратом на внутренней поверхности

Процедура ориентации призматического ПЭП при равномерном движе­

нии сварного шва осуществляется следующим образом. Наблюдая за экраном

монитора дефектоскопа, приближённо запомнить уровень сигнала Агр тах. Ос­

лабить стопорные винты акустического блока с целью получения возможно­

сти вращения призматического ПЭП вокруг его оси, перпендикулярной к по­

верхности трубы. Вращая ПЭП влево и вправо найти положение, соответст-94

вующее наибольшему уровню сигнала Агр тах. При найденном положении но­

вый уровень Агр тах больше прежнего уровня либо равен ему. Закрепляя сто­

порные винты необходимо следить, чтобы найденный уровень оставался не­

изменным до полной фиксации ПЭП.

Каждый ПЭП (рис. 3.13, а) регулируют раздельно, при этом соосность

пары ПЭП необязательна, так как теневой УЗ сигнал не используется. Однако

потактовая работа пары ПЭП обязательна. После фиксации ПЭП часто возни­

кает необходимость в корректировке порога амплитудной селекции сигналов

А д. После окончания процедуры регулировки необходимо проследить за рабо­

той каналов дефектоскопа в течение 30 мин, особенно обращая внимание при

прохождении через зону контроля поперечного шва. Заметим, что регулировка

каналов дефектоскопа может быть осуществлена без применения каких-либо

устройств АРУ. При прохождении через зону контроля поперечного шва, де­

фектоскоп обязательно должен регистрировать дефекты, в том числе эхосиг-

нал от поперечного шва, то есть этот дополнительный нестационарный уча­

сток используется для самоконтроля дефектоскопа.

Дефект типа непровар с выходом на наружную поверхность

(рис. 3.12, б) выявляется легче, так как имеет место аддитивный (суммарный)

сигнал, как результат интерференции двух сигналов Агр и Ад. Так как непровар

имеет определённую протяжённость, то аддитивный сигнал на некотором уча­

стке по оси шва имеет амплитуду больше Агр тах. Значительно труднее выяв­

ляются непровары с выходом на внутреннюю поверхность (рис. 3.12, а), так

как исчезает сигнал Агр.

Если в составе дефектоскопической аппаратуры отсутствует устройство

АРУ, то оператор должен следить за уровнем сигнала Агр тах и при необходи­

мости вручную регулировать уровень усиления канала дефектоскопа так, что­

бы длительное время сохранять неизменным уровень Агр тах. Стабильность

Агр тах обусловлена стационарностью (в широком смысле) неслучайной функ­

ции т[п] (3.26).

95

3.2.2. Использование эхосигналов от грата при автоматическойрегулировке усиления

Во второй главе отмечено, что для формирования управляющего напря­

жения, поступающего на вход устройства АРУ, необходимо использовать ин­

тегратор на выходе усилителя канала дефектоскопа [ 122]. Период интегриро­

вания необходимо выбирать достаточно большим, так чтобы краткое исчезно­

вение сигнала Агр или появление сигнала А д не влияли на работу устройства

АРУ. При определении формулы (3.26) период интегрирования принят рав­

ным 100 сек, что соответствует непрерывной последовательности сигналов Агр,

равной 3 1 05.

В формуле (3.26) п имеет конечное значение, то есть фактически опре­

деляется некоторое приближённое значение, для которого сохраним обозначе­

ние т*[п]. Задача выбора оптимального Тит состоит в соблюдении условия

т*[п] » т[п]. (3.29)

Условно выбранное значение Тит = 100 сек необходимо проверить на

соответствие условию (3.29). Расчет т* [п] , а также т[п], приняв, например,

п ® 30 ■ 105 ’, можно осуществить с помощью процессора. Если окажется, что

условие (3.26) не соблюдается, то необходимо сделать шаг в сторону увеличе­

ния Тщх. Может оказаться, что Т ^ = 100 сек является излишне большим, то

необходимо сделать шаг в сторону уменьшения Т ^ . Структурная схема уст­

ройства АРУ показана на рис. 3.15.

Эхосигналы с выхода усилителя поступают на вход временного селек­

тора, на управляющий вход которого поступает строб-импульс с выхода фор­

мирователя строб-импульсов. Смесь эхосигналов Агр и А д поступает на вход

интегратора и на вход амплитудного селектора. Напряжение, пропорциональ­

ное значению т*[п], с выхода интегратора, поступает на вход узла сравнения,

на другой вход которого подано опорное напряжение. Сигнал рассогласования

с выхода узла сравнения поступает на вход операционного усилителя (ОУ),

выходное напряжение которого используется для изменения коэффициента

усиления канала дефектоскопа. Примем, что в некоторый момент времени96

1 = 0 (рис. 3.14, а) появился участок с возросшим значением т*[п] на выходе

интегратора, то есть на выходе узла сравнения после окончания Т'инт имеет

место скачок сигнала рассогласования, который после усиления ОУ уменьша­

ет коэффициент усиления усилителя канала дефектоскопа. В следующем пе­

риоде интегрирования имеет место некоторое увеличение коэффициента уси­

ления и после некоторых дополнительных периодов интегрирования коэффи­

циент усиления восстанавливается, то есть стабилизируется амплитуда сигна­

лов Агр и А д.

Длительность времени восстановления зависит от длительности колеба­

тельного процесса в контуре АРУ. Остаток сигнала рассогласования, который

всегда имеется на входе ОУ, определяет точность стабилизации среднего зна­

чения сигналов Агр и Ад. Желание увеличить точность стабилизации приводит

к необходимости увеличивать коэффициент усиления ОУ (Коу), а вследствие

этого увеличивается длительность колебательного процесса в контуре АРУ.

Рис 3.15. Структурная схема контура АРУ канала дефектоскопа

Для практики контроля сварного шва труб, в потоке их производства

можно принять Коу = 1000, в этом случае длительность колебательного про­

цесса не более 5Тинх, а точность стабилизации не хуже 10%. Для рассматри­

ваемого нами случая Тит = 100 сек, то есть участок интегрирования (рис. 3.14,

б) равен 100 м при скорости движения трубы 1м/сек.

97

3.3. КОНТРОЛЬ СВАРНОГО ШВА ТРУБ С НОРМ ИРОВАННОЙ ФОРМ ОЙ ВАЛИКОВ УСИЛЕНИЯ

3.3.1. Слежение зоны контроля по эхосигналам от дальней кромкивалика усиления шва

Сложность задачи автоматизированного контроля сварного шва трубы в

потоке ТЭСА обусловлена тем, что имеют место случайные поперечные сме­

щения шва (флуктуации) до ± 10 мм относительно стационарного среднего

положения оси сварного шва. Наличие этих смещений приводит к необходи­

мости применения сложных устройств, обеспечивающих слежение акустиче­

ским блоком за смещениями шва, то есть эти устройства стабилизируют пара­

метр ^ . Однако, изменения угла а из-за воздействия многих факторов приво­

дят к тому, что выбранный параметр 1_д изменяется со временем и в результа­

те использование следящих устройств оказывается недостаточно эффектив­

ным.

В разделе 2.3 рассмотрено влияние температуры окружающей среды на

параметры контроля 1_д и а. Изменения температуры приводят к изменению

скорости УЗК в металле стенки трубы. Кроме того скорость УЗК зависит от

структуры и химического состава стали, а также от текстуры металла стенки и

может изменяться при некоторой постоянной температуре для одной марки

стали от партии к партии до 2% [11, 12, 13]. В [1] отмечается, что вариация

скорости УЗК в металле стенки от воздействия различных факторов может

достигать 10%. Изменения толщины стенки трубы в пределах допуска также

могут приводить к заметным изменениям параметра 1_0. Для призматических

ПЭП одного типа всегда имеет место разброс угла падения волн на поверх­

ность контролируемой трубы, а в ряде случаев необходимо учитывать воз­

можность изменения угла а и из-за износа рабочей поверхности призмы ПЭП.

Для коррекции параметра 1_д в зависимости от изменений а при отсутствии

поперечного смещения шва относительно неподвижного ПЭП можно исполь­

зовать эхосигналы от дальней кромки валика усиления шва (Ак). При селекции98

эхосигналов А к целесообразно использовать не более трех отражений зонди­

рующего импульса от стенок трубы, так как это позволяет сохранить высокую

направленность пучка сдвиговых волн (волноводный характер распростра­

нения УЗ пучка в этом случае недопустим). Это условие приводит к тому, что

используется пик осциллирующей функции ^ (Ца) с крутым подъёмом и спа­

дом (рис. 2.3, б), то есть, велика вероятность временного несовпадения пика

функции ^ (Ца) со временем прозвучивания металла шва.

Таким образом, задача сводится к необходимости обеспечить постоян­

ное совпадение металла шва и зоны контроля, то есть выбранный пик осцил­

лирующей функции ^ (Ца) при движении трубы должен быть постоянно в

средней части зоны контроля канала дефектоскопа, при этом в зону контроля

не должен попадать сигнал Ак (рис. 2.14, г).

В качестве примера использования отражения зондирующего импульса

от поверхности шва для регулировки параметра Ц отметим работу [64], в ко­

торой описана схема контроля сварного шва трубы из нержавеющей стали

0350 мм, ф 6 — 12 мм. Пара наклонных совмещенных ПЭП установлена по

обеим сторонам шва и ориентирована перпендикулярно его оси (рис. 3.16).

Зондирующий импульс только дважды отражается от стенок трубы. Выбор

оптимального расстояния пары ПЭП относительно оси шва осуществляется по

максимальной амплитуде эхосигнала от основания валика усиления шва в ус­

ловиях неподвижной трубы. При движении трубы стабильность этого рас­

стояния обеспечивается с помощью следящего устройства.

Рис. 3.16. Регулирование параметра 1_01 и 1_02 по эхосигналу от основания сварного шва в условиях неподвижной трубы 0350 мм, ф12 мм

99

Используемый в [64] способ регулировки параметра 1_0 непосредственно

по эхосигналу от поверхности шва содержит положительный эффект, но в

процессе движения шва сохраняется возможность несовпадения металла шва с

зоной контроля канала дефектоскопа из-за изменений а.

Осциллирующая функция Ак (Ь) также может быть использована для ре­

гулировки 1_0. Но параметр 1_0 не остается длительное время постоянным при

движении шва, то есть этот параметр необходимо корректировать с целью

уменьшения влияния изменений а на результат контроля труб в потоке ТЭСА.

Амплитуда сигналов А и Ак зависит от изменений угла а, то есть задача сво­

дится к стабилизации значения амплитуды сигнала А к [56]. Изменения а при­

водят к тому, что пик осциллирующей функции А (Ца) смещается относи­

тельно номинального параметра 1_0 (рис. 3.17), что недопустимо при контроле

движущегося шва. На рис. 2.3, б показан график осциллирующей функции

А (Ц для цилиндрического отражателя (рис.2.3,а). Из этого графика следует,

Рис. 3.17. Смещение пика функции Ак(^,а) относительно 1_о при изменении а:сплошная линия — номинальное положение пика; пунктирная и

осевая — отклонение пика от номинального положения

что после выбора рабочего пика функции А к (Ь) зона контроля определяется

значениями 1_0 т,п и 1_0 тах, соответствующие, например, уровню 0,8 А д тах. Зна­

чения 1_0 т,п и 1_0 тах определяют длительность строб-импульса, приемлемую100

длительность которого можно определить по контрольным образцам. Дли­

тельность также можно определить непосредственно по движущемуся свар­

ному шву.

Из изложенного следует, что следящее устройство должно стабилизиро­

вать значение Ак тах в определенных пределах и, соответственно, корректиро­

вать параметр 1_0, при отсутствии поперечных смещений шва. При этом можно

использовать известные следящие устройства, но формирование управляюще­

го напряжения должно поддерживать значения амплитуды сигнала Ак тах.

Известные следящие устройства, например, использующие световой

луч, стабилизируют параметр _0 при поперечных смещениях шва, но отсутст­

вует коррекция параметра 1_0 при изменениях угла а. Следовательно, следящее

устройство необходимо дополнить возможностью коррекции параметра _0,

используя множество сигналов Ак движущегося шва. Необходимо отметить,

что регулировка параметра 1_0 в статике по Ак тах осуществляется по некоторо­

му множеству одиночных сигналов Ак тах, используя отрезок шва приемлемой

длины. Кромка даже нормированного валика усиления не является прямой ли­

нией, т.е. имеет место изменение амплитуды одиночного Ак тах относительно

среднего значения при смещении шва относительно неподвижного ПЭП. Та­

ким образом, используемый параметр Ак тах есть среднее значение множества

одиночных сигналов Ак тах на участке шва, например, длиной 100 мм.

Ниже рассматривается возможность работы следящего устройства по

сигналу Ак при движении трубы в потоке ТЭСА. В первую очередь нас инте­

ресует возможность работы следящего устройства для стабилизации парамет­

ра 1_0, то есть расстояния от ПЭП (точка 0 на рис. 3.17) до оси шва (точка 1_0).

Поперечные смещения шва приводят к отклонению расстояния _ от параметра

1_0, то есть появляется разность \А_\ = (_0 - 1_). В результате работы следящего

устройства \АЬ\®0. При \А_\ = 0 вновь имеет место совпадение металла шва и

зоны контроля канала дефектоскопа при условии, что а = СОП31.

101

Исследован, разработан и внедрен в промышленность способ слежения

за швом [56, 160] по среднему значению множества Ак[п Тзс]. Примем, что это

множество равно 1000 значений амплитуд эхосигналов Ак. Если в каждом так­

те зондирования Тзс. появляется Ак, то есть имеется случайная дискретная

функция Ак[п Тзс] (п = 1, 2, 3, ...го.), то выбор множества означает выбор по­

стоянного периода усреднения (Т ^). При постоянной скорости движения тру­

бы Тит соответствует отрезку шва, на котором определено среднее значение

А к.

На практике возможен случай, когда не в каждом Тзс. имеется сигнал Ак,

а по принятому условию нужно усреднить 1000 значений Ак, то есть в этом

случае Тит не является постоянной величиной. Кроме этого, возможно непо­

стоянство скорости перемещения трубы, следовательно, ряду операций усред­

нения будет соответствовать неравномерный ряд Тинт и неравномерный ряд

отрезков шва, используемые для усреднения, но это обстоятельство не имеет

существенного значения для решения задачи.

Для упрощения рассуждений примем, что скорость перемещения трубы

равномерна и равна 1мм/мс, а также примем постоянство Т ^ = 1000 мс. При

Тзс. = 1 мс отрезок шва для интегрирования равен 1000 мм. В течение первого

периода Т^ - 1 по формуле1 1000

п Тз „ ] = ПС, (3.30)

получим первую оценку среднего значения функции Ак[п Тзс] (рис. 3.18). Не­

обходимо проверить наличие отклонения т *1 от действительного среднего

значения т (математического ожидания). Для этого необходимо получитьч|. I ̂I ̂ ^

следующую оценку и вычислить разность | А т | = т^1 - т 2 . Если

Дт* ф 0, то нужно увеличить множество Ак. Соблюдение условия АЩ* » 0 оз­

начает, что для выбранного множества Ак имеет место равенство т 2 » т .

Ряд значений математического ожидания т представляет собой стационар­

102

ную решетчатую функцию Гк [|Тинт], где I = 1, 2, да. Процессор постоянно

вычисляет разность первого порядка

д г ! [(| + 1) Тинт] = Г к - Гс(|+1). (3 3 1 )1

Каждое значение А Г^ +1) можно преобразовать в постоянное напряже­

ние и подать его на вход устройства слежения. Значение А Г^ +1) сохраняется

неизменным до появления следующего значения А Г^ +2). При наличии после­

довательности одинаковых значений ГК (рис. 3.18) справедливо условие

ЛщС [| Т ,„ ]» о, (3.32)

то есть устройство слежения находится в покое.

Условие (3.32) обычно соблюдается при отсутствии движения трубы.

При наличии движения трубы имеет место медленная флуктуация расстояния

^, то есть имеет место смещение шва относительно пика функции Ак (Ца). Пик

остается на месте, а шов смещается в одну или другую сторону. Это смещение

приводит к уменьшению значения Гк( I+1) относительно Г к , то есть появляется

положительное приращение первой разности (3.31) и на входе устройства

слежения имеется управляющее напряжение, так как условие (3.32) не соблю­

дается. Чтобы определить направление регулирования нужно вычислить раз­

ность второго порядка

Рис.3.18. Отображение последовательности случайных значений функции Ак[пТз.с.], оценок средних значений (Щ*) и ряда действительных средних значений т к

ДЩ [( I + 2 )Тинг. ] = ДЩ [( | + 1)Тинт. ] - ДЩ [( | + 2 )Тинг. ] . (3.33)

103

Возможен случай, показанный на рис. 3.19, когда

Ат2 [(1 + 2 )Т1ШТ ] < 0, (3.34)

то есть имеет место увеличение разности между 1_ и 1_0, а для компенсации

смещения шва необходимо уменьшение разности, то есть необходимо выпол­

нение условия \А 1_\ = (_ - 1_0)® 0. Условие (3.34) означает, что нужно изме­

нить направление регулирования на обратное, то есть необходимо соблюдение

условия

Ат2 [(1+ 2)Тинт ] > 0. (3.35)

Устройство слежения останавливается при выполнении условия

Ат2 [0 + 2 )Тинт ] » 0, (3.36)

то есть когда _ » Ь0 (рис. 3.17).

Далее рассмотрим работу устройства слежения при изменении угла а

при _ » 1_0 = СОП31. Изменение угла а приводит к смещению пика функции

Ак(Ь,а) относительно прежнего положения, обозначенного на рис. 3.17 сплош­

ной линией. Новое положение пика обозначено пунктирной линией или

обозначено осевой линией, то есть значение параметра _0 не соответствует ус­

ловию совпадения пика функции Ак (Ца) с металлом шва. Следовательно, уст­

ройство слежения должно осуществить смещение ПЭП по периметру трубы

так, чтобы ось шва совпала с пиком функции Ак ( М , то есть по рис. 3.17 не-104

обходимо совпадение с точкой _ или Ь". Медленное смещение пика функции

А к (Ца) в одну или другую сторону относительно Ь0 также приводит к появле­

нию положительного приращения первой разности (3.31), то есть на входе

устройства слежения появляется управляющее напряжение. Для определения

направления регулирования также необходимо вычислить разность второго

порядка и при выполнении условия (3.36) имеет место совпадение пика функ­

ции Ак (Ца) с металлом шва. Теперь оптимальное расстояние по периметру

трубы от наклонного ПЭП до оси шва равно 0 — Ь0 или 0 —1_0. Таким образом,

устройство слежения компенсирует случайные поперечные смещения шва и

изменения угла а.

Зондирующий импульс сдвиговых волн может отражаться от переходно­

го участка: поверхность трубы — поверхность передней кромки валика

(рис. 3.20), при этом возможно возникновение волны другого типа, например,

Рис. 3.20. Схема контроля шва двумя наклонными ПЭП:1 и 2 — первый и второй ПЭП; 3 — стенка трубы; 4 — пара роликов-демпферов;

5 — сварной шов; 6 — дефект сварного шва

поверхностной. Следовательно, возможно появление эхоимпульсов от перед­

ней кромки валика шва, что нежелательно, так как они маскируют полезные

сигналы ^ . С целью уменьшения амплитуды возможных эхосигналов от пе­

редней кромки валика усиления предложен способ [96] демпфирования пере­

ходного участка поверхности шва с помощью пары соосно закрепленных эла­

105

стичных роликов. Ролики-демпферы с усилием прижаты к поверхности дви­

жущегося шва и существенно уменьшают уровень эхосигналов от передней

кромки валика усиления.

УЗ контроль прямошовных труб осуществляют дискретной подачей

труб в зону контроля. Длина трубы 9 - 12 м, 0 508 - 1420 мм, ф 7 - 48 мм. В

исходной позиции труба ориентируется сварным швом в зенит, и после входа

переднего конца в зону контроля наклонные ПЭП опускаются, подается кон­

тактная жидкость и создаётся акустический контакт с поверхностью трубы. До

начала движения трубы пары наклонных ПЭП, установленные по обе стороны

шва ориентируются перпендикулярно его оси и приближённо устанавливается

значение параметра _0. Эти режимы предусмотрены конструкцией акустиче­

ского блока. После получения сигнала Ак необходима некоторая вариация па­

раметра 1_0 с целью автоматического определения и фиксации точного значе­

ния _0. Решение этой задачи можно выполнить по аналогии с изложенным

выше алгоритмом компенсации случайных поперечных смещений шва и из­

менений а. После фиксации 1_0 можно осуществлять перемещение трубы отно­

сительно акустического блока. После разгона (0,5 - 1) м труба продолжает

двигаться равномерно. При подходе заднего конца трубы к зоне контроля ско­

рость снижается, и ПЭП акустического блока поочередно поднимаются и вы­

водятся из зоны контроля шва.

Рассмотрим особенности формирования зоны контроля для контроля

движущегося сварного шва, имеющего валики усиления. В каждом периоде

зондирующего импульса (Тзс.) имеется сигнал Ак и можем определить измери­

тельный импульс ИИк (рис. 3.21).

Последовательность значений ИИк представляет случайную дискретную

функцию ИИк [п Тзс], где п = 1, 2 , . да. Нас интересует среднее значение неко­

торого множества значений функции ИИк [п Тзс]. Для интегрирования (усред­

нения) можно выбрать интервал Тинт, на котором имеется, например, 5000 зна­

чений этой функции (рис. 3.21, б).

В первом периоде счета (Тинт1) получим 5000 значений ИИк и вычислим106

1 5000

среднее значение, которое обозначим ИИк: ИИк = — — X ИИК [ ПТз.с. ] .

Во втором периоде (Тин^) необходимо осуществить выборку значений

Рис.3.21. Способ формирования строб-импульса:а) — пунктирные линии — зона контроля для ПЭП1, штрих-пунктирные линии —

зона контроля для ПЭП2; б) — отображение последовательности случайных значений ИИк и формирования оптимальной длительности строб-импульса

ИИк [П Тзс], которые меньше ИИк1 (число значений приблизительно равно

2500). Усредняя это новое множество в конце Тинт2 , получим второе значение* * *ИИк2 , которое меньше ИИк1. Для определения минимального ИИк можно

продолжить процедуру выборки усреднения, но для упрощения вычислений* *

примем, что ИИк т|п = 0,8ИИк 2 . Теперь можем сформировать строб-импульс и

использовать его для селекции дефектов шва, начиная с Ти^. Значение

107

*ИИк т|п на рис. 3.21 условно показано пунктирной линией в пределах зоны

шва, и эта линия соответствует заднему фронту строб-импульса. Расстояние от*

ПЭП до этой линии в микросекундах равно ИИк т|п. Примем, что по перимет­

ру трубы это расстояние равно 100 мм. Ширину зоны контроля для шва и око-

лошовной зоны примем равной 20 мм, то есть длительность строб-импульса *

равна 0,2ИИк т ,п. Следовательно, задержка строб-импульса относительно мо­*

мента возбуждения ПЭП равна 0,8ИИк т ,п. Зоны контроля (рис.3.21, а) пока­

заны пунктирной и штрих-пунктирной линиями. Так как для контроля шва ис­

пользуются ПЭП1 и ПЭП2 (рис. 3.21, а), то весь металл шва находится в пре­

делах общей зоны контроля.*

Предложенный алгоритм расчета значения ИИк т|п и длительности

строб-импульса [41, 66] составлен из условия минимизации вероятности попа­

дания случайного сигнала Ак в строб-импульс, но некоторая вероятность лож­

ного срабатывания канала дефектоскопа сохраняется. Однако одновременное

ложное срабатывание двух каналов дефектоскопа — почти невозможное собы­

тие. При наличии в металле шва плоскостного дефекта (непровар, продольная

трещина и др.), расположенного в средней части сечения шва, он, как правило,

регистрируется обоими каналами дефектоскопа.*

При движении трубы процессор постоянно вычисляет значение ИИк т|п

и корректирует длительность строб-импульса и его задержку относительно*

момента возбуждения ПЭП. На результат расчета ИИк т|п могут повлиять де-*

фекты металла шва: имеет место уменьшения ИИк т|п относительно случая

отсутствия дефектов. Влиянием дефектов шва можно пренебречь при условии,

что их общая условная протяженность по оси шва не более 2% от протяженно­*

сти шва, на котором выполнен расчет ИИк т|п.

108

3.3.2. Исследование способов помехозащиты и регистрации эхосигналов от дефектов металла шва

В настоящем подразделе исследованы способы использования одиноч­

ного сигнала Ак в качестве опорного, относительно которого осуществляется

временная селекция сигналов А д [41, 94, 95]. В ряде известных работ, напри­

мер, [8, 9, 13], используют строб-импульс малой длительности. Понятно, что

при малой длительности строб-импульса меньше вероятность попадания в не­

го индустриальных помех.

Если Тзс. - период повторения зондирующих импульсов, а 10 - длитель­

ность строб-импульса, то вероятность попадания в него импульса-помехи Р

равна т10 / Тзс., где т - средняя плотность импульсов-помех за промежуток

времени Тзс. Величина т зависит от цеховых условий и может быть определе­

на экспериментально. Однако, при использовании строб-импульса малой дли­

тельности возможно попадание в него сигнала Ак, то есть возможна перебра-

ковка труб по ложным эхосигналам от валика усиления [103, 104].

Кроме наличия поперечных смещений шва относительно неподвижных

пьезопреобразователей, важно учитывать нестабильность ширины валика уси­

ления. Плавное изменение ширины валика усиления шва в процессе его дви­

жения приводит к плавному изменению расстояния от дальней кромки валика

до ПЭП, что можно рассматривать как изменение параметра 1_0. Некоторые

устройства слежения за сварным швом могут частично компенсировать эти

изменения. Однако с помощью предлагаемых способов [41, 94, 95, 97] задача

временной селекции сигналов А д решается более рационально. Эти способы

основаны на использовании одиночного сигнала Ак, задачу формирования ко­

торого необходимо рассмотреть отдельно.

На рис. 3.22 строб-импульс показан на диаграмме 1. На диаграмме 2 по­

казаны сигнал Ад и сигнал Ак, которые попадают в строб-импульс, то есть, нет

временной селекции Ад и А к. Нас интересует временной интервал между пе­

редними фронтами А д и А к на определенном уровне (пунктирная линия на диа­

грамме 2). Используя известные электронные устройства этот интервал можно109

сформировать в виде измерительного импульса ИИд (диаграмма 3) и измерить

его длительность. Кроме ИИд, в некоторых тактах зондирующего импульса

будут формироваться ложные измерительные импульсы (ИИл), обусловленные

наличием индустриальных импульсных помех. Для решения задачи помехо-

защиты используем признак синхронности сигналов А д и несинхронности им­

пульсов помех, то есть сигнал А д появляется в каждом последующем такте

зондирующего импульса, а импульс-помеха этому условию не удовлетворяет

[41, 94, 95].

Пусть в некотором такте появился ИИд или ИИЛ. По разработанному ал­

горитму [158] этот такт промается за первый. Измеренное значение интерва­

лов ИИд или ИИл запоминается в первой ячейке специальной секции памяти

дефектоскопа. В следующем такте измеренное значение ИИд или ИИл сравни­

вается с предыдущим значением и, если оно не равно, то первая и вторая

ячейки секции очищаются и новый такт, если в нем появился ИИд или ИИл,

вновь принимается за первый. Если же имеется равенство значений интерва­

лов ИИд первого и второго тактов, то аналогичная операция выполняется в

третьем такте. Если полученное значение ИИд в третьем такте равно значению

второго такта, то дефектоскоп регистрирует сигнал А д, то есть первый эхосиг-

нал, имеющийся в строб-импульсе (диаграмма 2). При отсутствии равенства

значений интервалов ИИд третьего и второго тактов ячейки секции очищают­

ся, а четвертый такт вновь принимается за первый, если в нем имеется ИИд110

или ИИл, то есть цикл повторяется. С помощью специального счетчика можно

задать число последовательных тактов М в которых должно быть одно и тоже

значение ИИд, то есть можно увеличить надежность помехозащиты регистри­

руемых сигналов А д. Число N на практике выбирают равным 3 — 6 . Заметим,

что увеличение числа N приводит к необходимости иметь большую плотность

сигналов А д на каждый мм движущегося шва, то есть необходимо увеличивать

частоту зондирующих импульсов (скорость движения трубы задана потоком

их производства).

Таким образом, если в строб-импульс попадают несинхронные импуль­

сы индустриальных помех, то они не регистрируются дефектоскопом. Следо­

вательно, в каналах дефектоскопа можно использовать строб-импульсы, дли­

тельность которых определяется только размером пика осциллирующей функ­

ции А д (Ь), например, на уровне 0,8 А д тах. Требование к точности слежения за

поперечными смещениями шва существенно снижается. Допустимое попереч­

ное смещение шва в этом случае определяется выбором параметров Ь0 т|п и

_ 0 тах при выбранном числе отражений зондирующего импульса от стенок

трубы. На рис. 3.22 показаны диаграммы для одного канала дефектоскопа, но

они справедливы и для другого канала. Два канала дефектоскопа работают

попеременно и независимо друг от друга.

Следует отметить, что при использовании этого способа число отраже­

ний зондирующего импульса от стенок трубы не может быть большим (не бо­

лее трех). Это условие следует из того, что необходимо получить одиночный

сигнал А к и, недопустимы другие отражения от поверхностей шва. В этом за­

ключается существенный недостаток предложенного способа. Другой недос­

таток состоит в том, что при появлении в сварном шве протяженных дефектов,

которые маскируют сигнал Ак (сквозной непровар и др.), алгоритм не работа­

ет, то есть дефектоскоп не регистрирует протяженные крупные дефекты.

Отмеченные недостатки частично устраняются при использовании спо­

соба контроля шва с помощью двух наклонных ПЭП, расположенных по обе

стороны шва и жестко закрепленных между собой и направленных навстречу1 1 1

друг другу (рис. 3.23) [41, 95, 97]. Этот способ основан на измерении времен­

ных интервалов попеременно для канала с ПЭП1 и канала с ПЭП2. По разра­

ботанному алгоритму [ 158] определяется сумма сумма временных интервалов

при отсутствии дефекта в металле движущегося шва, которая изменяется во

времени медленно из-за возможных изменений ширины шва. При появлении

дефекта в металле шва сумма временных интервалов существенно уменьшает­

ся, что и служит признаком дефектной ситуации, регистрируемой дефектоско­

пом.

Пусть в момент 1 = 0 (рис. 3.23, диаграмма 1) ПЭП1 излучает зондирую­

щий импульс и принимает сигнал ^ к1, отраженный от дальней кромки валика

при отсутствии дефекта в металле шва. Временная селекция ^ к1 осуществляет­

ся с помощью строб-импульса С1, длительность которого устанавливается

также, как было описано выше. Момент 1=0 и момент приема сигнала ^ к1 оп­

ределяют длительность измерительного импульса ИИк1 (диаграмма 2 ), кото­

рый измеряется и запоминается в ячейке секции памяти дефектоскопа. В сле­

дующем такте возбуждается ПЭП2, который принимает сигнал ^ к2 (диаграмма

1 ) от другой кромки валика и формируется измерительный импульс ИИк2

(диаграмма 2 ).

Значение ИИк2 запоминается в другой ячейке секции. Селекция ^ к2 осу­

ществляется с помощью строб-импульса С2.

Сумма значений интервалов ИИк1 и ИИк2 хранится в отдельной ячейке

памяти дефектоскопа. ПЭП1 и ПЭП2 могут быть установлены на разных рас­

стояниях от средней оси шва, но ориентированы в плоскости, перпендикуляр­

ной оси шва, и жестко связаны.

При движении трубы сумма интервалов ИИк1 и ИИк2 остается постоян­

ной при некоторых поперечных смещениях шва и медленно изменяется при

медленном изменении ширины шва. Для выявления дефектов шва необходимо

определить минимально возможное значение суммы ИИк1 и ИИк2, что соот­

ветствует минимально возможной ширине шва на некотором участке трубы,

например, 1 м.112

Уменьшение ИИк1 и ИИк2 при уменьшении ширины шва на диаграмме 2

и 2" условно показано пунктирной линией. Это минимальное значение суммы

а)

б)Рис. 3.23. Временные диаграммы двух каналов дефектоскопа:

а —канала ПЭП1; б —канала ПЭП2

ИИк1 и ИИк2 запоминается в отдельной ячейке памяти и используется в каче­

стве порога для временной селекции эхосигналов от дефекта шва.

При появлении дефекта в движущемся сварном шве в строб-импульсе С 1

появляется сигнал Ад1, а в строб-импульсе С2 — сигнал А д2. Соответственно по­

является измерительный импульс ИИд1 (диаграмма 3"). Если сумма значений

интервалов ИИд1 и ИИд2 меньше установленного порога селекции, то дефекто­

скоп регистрирует амплитуду сигнала Ад1 и отдельно амплитуду сигнала А д2.

Из изложенного видно, что во втором способе дефектоскоп регистриру­

ет короткие и протяженные дефекты, так как формирование измерительных

113

импульсов ИИк1 и ИИк2 осуществляется без постоянного использования сигна­

лов Ак1 и Ак2. Допустимое поперечное смещение шва относительно средней

осевой линии также как и в первом способе определяется длительностью

строб-импульса в каждом канале дефектоскопа, то есть зависит от ширины

пика осциллирующей функции Ак(Ь) (выбор пика можно осуществить экспе­

риментально) . В этом случае также сигнал Ад1 или А д2 может иметь вид сово­

купности нескольких эхосигналов. Измерительный импульс ИИд1 или ИИд2

формируется по первому эхосигналу совокупности.

При возможном появлении других отражений от поверхностей шва,

кроме А к1 и А к2, также возможно ложное срабатывание регистрирующего уст­

ройства дефектоскопа.

Задача помехозащиты от несинхронных помех может быть решена ана­

логично решению по первому способу (рис. 3.22). При появлении в строб-

импульсах С1 и С2 импульсов-помех Л 1 или Л2 (на рис. 3.23 не показаны) в ин­

тервале времени от начала строб-имульса до импульсов Ак1 и Ак2, соответст­

венно, формируются ложные измерительные импульсы ИИл1 и ИИл2, сумма

значений длительностей которых запоминается. В следующих двух тактах

зондирующего импульса из-за несинхронности помех суммарное значение

ИИл1 и ИИл2 оказывается существенно другим, а при наличии ИИд1 и ИИд2

суммарное значение интервалов не изменяется. Этот признак используется

для надежного определения наличия дефекта в металле шва и регистрации

сигналов А д1 и А д2.

3.3.3. Компенсация нестабильности акустического тракта устройством автоматической регулировкой усиления

В работах [48, 53] рассмотрена возможность использования серии {Ъ }

продольных волн, возникающих на участке ввода в металл стенки трубы им­

пульсного пучка сдвиговых волн. Амплитуда огибающей множества последо­

вательных серий {Э,} не изменяется синхронно с изменением амплитуды сиг-

114

нала А д, что неприемлемо для АРУ канала дефектоскопа. При прохождении

наклонного пучка продольных волн через КСЖ существенно изменяется ам­

плитуда прошедшей волны из-за случайных изменений толщины КСЖ [40]:

влияние интерференции продольных волн в наклонном слое жидкости. Про­

дольные волны серии эхосигналов интерферируют в КСЖ, но слой жидкости

для них не является наклонным, то есть имеет место другой результат интер­

ференции.

В работе [101] также отмечено, что изменения толщины наклонного

слоя КСЖ влияют на амплитуду зондирующего импульса сдвиговых волн, что

приводит к изменению чувствительности дефектоскопа. Показано, что кор­

рекция чувствительности дефектоскопа по донным эхосигналам нежелательна.

Как отмечено ранее, при контроле сварного шва с валиками усиления

для определения состояния КСЖ и управления устройством АРУ можно ис­

пользовать сигналы Ак, по аналогии с использованием сигналов Агр при кон­

троле сварных труб с гратом на внутренней поверхности. Но сигналы А к, со­

гласно решению, изложенному ранее, используются для работы следящего

устройства, то есть возникает необходимость применения отдельного усили­

теля сигналов А к для устройства АРУ. Для устройства АРУ отпадает необхо­

димость в получении одиночных сигналов А к. Дополнительно к сигналам А к

могут быть использованы, например, сигналы шумовой структурной ревербе­

рации (ШСР). Интегрируя множество эхосигналов от шва, можно сформиро­

вать управляющее напряжение для АРУ компенсационного типа.

3.3.4. Схема прозвучивания ш ва и структурная схема дефектоскопа

На рис. 3.24 показана акустическая схема контроля шва с помощью трех

пар наклонных ПЭП.

Излучатель-приёмник ИП1 и излучатель-приёмник ИП2 ориентированы

перпендикулярно шву и навстречу друг другу, излучатели-приёмники ИП3 и

ИП4 ориентированы под некоторым азимутальным углом к оси шва.115

Два наклонных приёмника П5, П6 также ориентированы под азимуталь­

ным углом к оси шва. Оси УЗ пучков всех ПЭП пересекаются в одной точке,

то есть область металла, в которой пересекаются все пучки, является общей

зоной контроля. Выбор параметра 1_0 для ИП1 и ИП2 осуществляется, как

обычно, для наклонного ПЭП. Тройка ПЭП (ИП1, ИП3, П5) жёстко связаны

между собой. Аналогично связаны другая тройка ПЭП (ИП2, ИП4, П6). Сле­

дящее устройство обеспечивает совпадение металла шва с общей зоной кон­

троля при поперечных смещениях шва и изменениях угла а зондирующего

пучка сдвиговых волн, излучаемых ИП1 и ИП2.

Особенность схемы рис.3.24, в отличие от известных Ж- схем [27] , со­

стоит в том, что используются два наклонных приемника (П5, П6 ), которые

установлены на большем расстоянии от оси шва [67], чем ИП3 и ИП4.

Воспользуемся рекомендациями работы [102] относительно классифи­

кации всех дефектов шва в виде трех типов: плоскостные, объемно­

плоскостные и объемные.

Рис.3.24. Схема контроля сварного шва с валиком усиления

К плоскостным дефектам относятся несплавления по кромкам полосы и

некоторые трещины, обладающие свойством зеркального отражения пучка

сдвиговых волн, то есть когда отражённый пучок имеет выраженную направ­

ленность. Если характерные размеры отражающей поверхности существенно

больше Х1, то отражение происходит по лучевому закону акустики.

116

К объемно-плоскостным дефектам относятся непровары и трещины с

развитой пространственной конфигурацией: поверхность имеет выпуклые и

вогнутые участки. Эти дефекты обладают свойством диффузного и зеркально­

го отражения, т.е. одинаково отражают волны в обратном направлении и зер­

кально.

К объемным дефектам относятся поры, шлаковые включения и «пауко­

образные» трещины, имеющие индикатрису рассеяния волн, близкую к круго­

вой форме при малых размерах дефекта. Если характерный размер, например,

шлакового включения значительно больше X*, то на поверхности формируется

«блестящий» участок, индикатриса рассеяния которого имеет главный лепе­

сток [108]. Радиус «блестящего» участка отражающей поверхности больше

длины падающей волны, при этом эффективно отражающую поверхность де­

фекта можно аппроксимировать в виде плоскости, перпендикулярной оси па­

дающего пучка волн [109].

Для выявления плоскостных дефектов существенное значение имеет

угол падения пучка сдвиговых волн на поверхность дефекта: при некоторых

углах зеркального отражения может не быть и имеет место некоторое слабое

диффузное отражение [110]. В работах [102, 110, 111] рассматриваются вопро­

сы выявления дефектов сварных швов применительно к условиям ручного

контроля и показано, что выявление плоскостных дефектов возможно при ис­

пользовании двухпозиционной схемы контроля, то есть когда излучатель и

приемник используются раздельно.

В п.3.3.1 основное внимание уделено вопросу формирования и приема

эхосигнала от дальней кромки валика усиления (сигнала Ак), используя приз­

матический ПЭП, ориентированный перпендикулярно оси шва [161]. При

этом, с целью получения одиночного сигнала Ак, число отражений от стенок

трубы рекомендовано использовать не более трех. В этом случае зондирую­

щий пучок сдвиговых волн сохраняет направленность, но, в случае отражения

пучка от плоскостного продольного дефекта, часто имеет место вторичное от­

ражение от поверхностей валика усиления. Так как поверхности валика усиле-117

ния не ровные, эхосигнал после вторичных отражений от стенок трубы, попа­

дает на пьезопластину совмещённого ПЭП.

Кроме ИП1 и ИП2 на рис. 3.24 показаны еще две пары (ИП3, ИП4 и П5,

П6). Необходимость использования пары призматических совмещённых пре­

образователей ИП3, ИП4 для выявления поперечных трещин не вызывает со­

мнения. Вследствие того, что ИП3 и ИП4 наклонены к оси шва под углом 45°,

то зеркальные отражения от всех кромок валика усиления не попадают на пье­

зопластину ПЭП, а имеет место прием диффузных отражений, то есть селек­

ция эхосигналов от дефектов шва возможна по амплитудному признаку. Заме­

тим, что для слежения за поперечными смещениями шва, можно использовать

диффузное отражение от передней кромки валика усиления: формируются два

измерительных импульса ИИк1 и ИИк2, соответствующих расстоянию ПЭП —

кромка передняя валика усиления. ИИк1 формируется в канале ИП3, а ИИк2 в

канале ИП4. По условию равенства измерительных импульсов можно осуще­

ствить слежение за швом. В канале ИП3 и ИП4 не используется эхосигнал Ак.

Полезность пересечения всех пучков в одной области металла шва за­

ключается в следующем. При появлении дефекта в этой области в каждом так­

те зондирующего импульса, он облучается одним излучателем, а в качестве

приемников эхосигнала могут быть использованы все ПЭП, то есть в каждом

периоде Тз с. от дефекта шва можно получить несколько сигналов А д. Анализи­

руя совокупность принятых эхосигналов с учетом пространственного распо­

ложения излучателей и приёмников, можно определить тип выявленного де­

фекта. Эта возможность рассмотрена ниже.

Кроме определения типа дефекта, необходимо определить его условную

протяжённость по оси шва. При прохождении зоны контроля, например кана­

ла ИП1, точечным дефектом типа «пора» число сигналов А д, принятых этим

ПЭП зависит от частоты повторения зондирующих импульсов, от скорости

движения трубы и от ширины диаграммы направленности ПЭП на уровне 0,5

по оси шва (ширина зоны контроля). Примем, что ширина зоны контроля рав­

на 1 0 мм, скорость движения трубы равна 1 мм/мсек, частота повторения зон-118

дирующих сигналов равна 1 кГц. В этом случае получим 10 сигналов А д, то

есть условная протяженность поры равна ширине диаграммы направленности

ПЭП. В работе [103] показана возможность «сужения» диаграммы направ­

ленности ПЭП электронным способом. Однако, этот способ неэффективен для

определения реальных размеров плоскостных продольных дефектов: непрова-

ры, трещины и др.

При прохождении плоскостным продольным дефектом зоны контроля

принятые сигналы А д представляют собой конечную последовательность слу­

чайных амплитуд. Для практики представляет интерес число принятых сигна­

лов А д. Число принятых сигналов определяет условную протяженность дефек­

та (_д) при известной скорости движения трубы и частоте повторения зонди­

рующих импульсов. Рассмотрим особенности структурной схемы многока­

нального дефектоскопа для контроля сварного шва с валиками усиления

(рис.3.25).

Работа канала ИП1. При рассмотрении работы канала ИП1 основное

внимание уделено формированию строб-импульса (СТИ), определяющего зо­

ну контроля металла шва.

После излучения зондирующего импульса, эхосигналы усиливаются

усилителем I и поступают на вход селектора I, на другой вход которого посту­

пает строб-импульс с выхода формирователя строб-импульсов ФСТИ I. Дли­

тельность этого строб-импульса выбирается так, чтобы в него попал эхосигнал

Ак. Значения амплитуды Ак формируются на выходе соответствующего АЦП.

В [56] показана возможность получения напряжения, для следящего

устройства, обеспечивающего совпадение пика осциллирующей функции

Ак(Ь,а) с зоной металла шва. Рассматриваемые ниже особенности схемы

(рис.3.25) справедливы при совпадении пика функции Ак(Ь,а) с зоной металла

шва.

В момент возбуждения ИП1 осуществляется пуск счетчика ИИк, форми­

рующего измерительный импульс ИИк. Счётные импульсы поступают на вход

счетчика ИИк с выхода генератора счётных импульсов. Счетчик ИИк останав-119

ливается в момент появления на выходе селектора I сигнала А к. Значения ИИк

и А к поступают в память процессора в каждом такте возбуждения ИП1 (Тзс).

На участке движущегося шва, равном, например, 100 мм, в памяти процессора

регистрируется множество значений ИИк. Из этого множества (Тзс.) осуществ­

ляется выборка ИИк т^. Эта выборка необходима, потому что дальняя кромка

валика шва не является прямой линией. Формирование строб-импульса для

селектора II осуществляется так, чтобы на его выходе не возникали эхосигна-

лы А к [66]. В конце участка 100 мм процессор выдает значение 0,9 ИИк т;п (ко­

эффициент 0,9 принят условно, для большей надежности селектирования эхо-

сигналов А д). Параметр 0,9 ИИк т^ поступает на вход первого элемента сравне­

ния, на другой вход которого поступает текущее значение ИИк. В момент сов­

падения с 0,9 ИИк т;п на выходе первого элемента сравнения появляется им­

пульс, поступающий на вход формирователя ФСТИ II, на выходе которого

формируется импульс, соответствующий заднему фронту СТИ. Для формиро­

вания переднего фронта СТИ используется цифровая уставка (уставка зоны

контроля металла шва). Значение 0,9 ИИк т;п поступает на вход сумматора, на

другой вход которого поступает отрицательное значение уставки СТИ. На вы­

ходе сумматора появляется малое значение ИИк т;п, например, 0,7ИИк т;п. Зна­

чение ИИк т;п, определяемое размером уставки СТИ, с сумматора поступает на

вход второго элемента сравнения, на другой вход которого поступает текущее

значение ИИк. В момент совпадения ИИк со значением выхода сумматора,

вырабатывается импульс, поступающий на другой вход ФСТИ II. Этот им­

пульс соответствует переднему фронту СТИ. Сформированный строб-импульс

поступает на управляющий вход селектора II, на выходе которого могут поя­

вится эхосигналы А д, поступающие на вход соответствующего АЦП.

Выход ФСТИ I соединен с входом формирователя импульса, соответст­

вующего заднему фронту СТИ (ЗСТИ). Этот импульс поступает в шину про­

цессора и используется в качестве сигнала-разрешения регистрации цифрово­

го значения Ак в каждом Тзс. на бездефектном участке шва, например, 100 мм.

При появлении эхосигнала Ад на выходе селектора II с помощью другого1 20

ЗСТИ формируется сигнал-разрешение записи цифрового значения А д, посту­

пающего с выхода АЦП на шину процессора. Сигнал, разрешающий запись

цифрового значения Ад появляется в конце СТИ, сформированного на выходе

ФСТИ II.

Во множестве Тзс., в которых на выходе селектора II имеются эхосигна-

лы Ад, цифровые значения Ак не записываются в памяти процессора и не осу­

ществляется выборка ИИк т;п, а используется значение ИИк т^ предыдущего

бездефектного участка. Заметим, что имеется некоторая вероятность появле­

ния эхосигнала Ак на выходе селектора II, то есть возможна ложная регенера­

ция эхосигнала от дефекта шва каналом ИП1. Но ложное срабатывание кана­

лов ИП1 и ИП2 одновременно представляет собой невозможное событие. Этот

факт целесообразно использовать для распознавания ложных регистраций.

В структурной схеме (рис.3.25) предусмотрена возможность использо­

вания множества эхосигналов от шва для АРУ канала ИП1 дефектоскопа. Для

этого могут быть использованы эхосигналы от передней и задней кромок ва­

ликов усиления, а также эхосигналы шумовой структурной реверберации ме­

талла шва. Эхосигналы с выхода усилителя II выделяются селектором III и по­

сле интегрирования поступают на третий элемент сравнения, с выхода которо­

го напряжение поступает на вход АРУ усилителя I.

Работа канала ИП3.

Излученный зондирующий импульс направлен к оси шва под углом 45°.

При появлении в зоне контроля поперечной трещины (ПТ), эхосигнал от нее

будет принят каналом ИП4, работа которого аналогична каналу ИП3 в режиме

приёма. Если в зоне контроля имеется объемный дефект (пора, шлаковое

включение и др.), то эхосигнал от дефекта может быть принятым и каналом

ИП3. В случае появления продольного плоскостного дефекта эхосигнал ока­

зывается принятым только каналом П5 (рис.3.24).

Эхосигналы, обусловленные, диффузным отражением от передней

кромки валика усиления шва с выхода временного селектора поступают на

вход амплитудного селектора.121

Рис.3.25. Структурная схема многоканального дефектоскопа122

ШИН

А П

РОЦ

ЕС

СО

РА

Л‘А

Г /ПУп .1 0

1*<—

1

—► -2

1г

1

3

АШ1

4 1г (

Рис.3.26. Временные диаграммы эхосигналов и строб-импульсов СТИ:1 — эхосигналы на выходе селектора канала ИП3; 2 — импульс-задержка;

3 — строб-импульс; 4 — эхосигналы на выходе селектора канала П5; пунктир — порог амплитуды Ад

Уставка порога селектирования устанавливается экспериментально, на­

блюдая по экрану дефектоскопа эхосигналы от кромок движущего шва. Про­

цедура выбора порога селектирования аналогична, рассмотренной в подразде­

ле 3.2.2 для сварных труб с гратом на внутренней поверхности. Сигнал А д с

выхода амплитудного селектора поступает на вход АЦП, на выходе которого

фиксируется значение амплитуды. На основе измерения усреднённого значе­

ния совокупности диффузных эхосигналов с выхода временного селектора ка­

нала ИП3 (рис.3.26, диаграмма 1) исследован и разработан способ формирова­

ния СТИ канала П5 [67].

Приёмник П5 установлен на большем расстоянии от оси шва, чем ПЭП

канала ИП3, поэтому эхосигналы в канале ИП3 оказываются принятыми

раньше (диаграмма 1 на рис. 3.26), чем эхосигналы в канале П5 (диаграмма 4).

Первый эхосигнал, появившийся в момент {1 на выходе селектора канала ИП3,

используется для запуска импульса-задержки (диаграмма 2). Задний фронт

импульса-задержки регулируемой длительности формирует передний фронт

СТИ для селектора канала П5.

123

Длительность СТИ выбирается с учетом возможности выявления про­

дольных плоскостных дефектов шва. При таком формировании СТИ, его дли­

тельность существенно меньше длительности СТИ канала ИП3. Угол наклона

ПЭП канала П5 к оси шва выбирается из условия минимизации амплитуд эхо-

сигналов от кромок шва, то есть из условия увеличения отношения сигналов

А д к эхосигналам от кромок шва, обусловленных, в основном, диффузным от­

ражением зондирующего импульса. Для селектирования сигнала А д из смеси

эхосигналов на выходе временного селектора в канале П5 также используется

амплитудный селектор. В общем случае азимутальный угол ПЭП канала П5 к

оси шва отличается от азимутального угла ПЭП канала ИП3.

3.3.5. Вероятностный и корреляционный способы повыш ения достоверности контроля сварного ш ва труб

Внедрение компьютеризированных комплексов в процессы автоматизи­

рованного ультразвукового контроля сварных швов труб в потоке производст­

ва существенно увеличивает возможности обработки регистрируемого потока

случайных амплитуд эхосигналов, пришедших из зоны сварного шва. Однако,

во многих случаях, используемые в настоящее время дефектоскопы ограничи­

ваются выборкой эхосигнала максимальной амплитуды из общего числа реги­

стрируемых эхосигналов, то есть обрабатывающие возможности компьютера

используются явно недостаточно. Обработка потока случайных амплитуд эхо-

сигналов с целью повышения достоверности контроля сварного шва может

быть основана на теоретическом анализе определения типа дефекта согласно

оценке характера его отражающей поверхности [169, 177].

Существенным параметром выявленного дефекта сварного шва является

его условная протяженность А^. При определении А^ в качестве меры исполь­

зуется активная ширина зондирующего пучка ультразвука [1 ]. По значению

А^ различают дефекты компактные (пора, шлаковое включение и др.) и про­

тяженные (непровар, смещение кромок свариваемой полосы, цепочка пор и

др.), т.е. различают вид дефекта.124

Чтобы определить компактный или протяженный выявлен дефект свар­

ного шва, предварительно вычисляют параметр АЬ0 = 0 ,1 у, где д — расстояние

от пьезоэлемента до поверхности дефекта вдоль УЗ луча (д = дм + дпр, где дм -

расстояние в металле, а дпр — расстояние в призме ПЭП). Для протяженных де­

фектов справедливо неравенство А^ > АЬ0, а для компактных дефектов

М < АЬ0. При контроле труб с толщиной стенки < 30 мм, учитывая размеры

обычно используемых ПЭП, принято АЬ0=10 мм, т.е. протяжённые дефекты

имеют значение А^ более 10 мм. Кроме определения вида выявленного дефек­

та, нас интересует характер отражающей поверхности протяженного дефекта,

т.е. оценка гладкости и ровности поверхности. Далее важно установить вид

дефекта.

Задача определения типа дефекта рассмотрена Щербинским В.Г. приме­

нительно к условиям контроля сварных швов с помощью ручных дефектоско­

пов [24]. Как отмечалось выше, множество реальных дефектов можно разде­

лять на три типа: плоскостные, объемные и объемно-плоскостные.

На рис. 3.27 изображена схема тандем-пьезопреобразователя (ТПЭП),

предназначенного для контроля сварного шва, например, трубы 1. Конструк­

ция ТПЭП составлена из двух совмещённых наклонных ПЭП (обозначены 2,

3), жестко связанных между собой. Направление излучения-приема обоих

ПЭП ориентировано перпендикулярно оси сварного шва. Расстояние между

ПЭП 2 и ПЭП 3 зависит от толщины стенки трубы. Все электроакустические

характеристики обоих ПЭП должны быть идентичны.

Принцип работы ТПЭП заключается в следующем. В некоторый момент

времени * = 0 оба ПЭП излучают под углом а в металл стенки трубы импульс­

ный пучок сдвиговых волн ультразвука. Зондирующий импульс, излучённый

ПЭП 3, после отражения от гладкого участка внутренней поверхности стенки

трубы и отражения от поверхности плоскостного продольного дефекта Д ока­

зывается принятым ПЭП 2. Вначале будем рассматривать случай выявления

плоскостного продольного дефекта, отражающая поверхность которого парал­

125

лельна осевой плоскости шва. Зондирующий импульс, излучённый ПЭП 2, по­

сле отражения от поверхности дефекта Д и от того же участка внутренней по­

верхности стенки трубы оказывается принятым ПЭП 3. Оба ПЭП в режиме

приёма ориентированы перпендикулярно оси пучка ультразвука, отражённого

от дефекта Д. В этом состоит основное преимущество прозвучивания сварного

шва по тандем-схеме. Время от момента 1 = 0 до момента приема эхосигнала

ПЭП 2 (обозначим 11) и до момента приема эхосигнала ПЭП 3 (обозначим 12)

задано длиной пути и скоростью распространения волн ультразвука. Из

рис. 3.27 видно, что оба зондирующих импульса проходят одинаковый путь,

обозначенный точками а, б, в, г, т.е. 11= 12. На рис. 3.28 показано изображение

импульсов на экране дефектоскопа в случае выявления плоскостного про­

дольного дефекта с помощью ТПЭП. Показан зондирующий импульс и зер-

М н о го ка н ал ь н ы й дефектоскоп

установки АУЗК

Рис.3.27. Схема контроля сварного шва тандем-преобразователем:1 — контролируемое изделие; 2 — пьезопреобразователь ПЭП 2;

3 - пьезопреобразователь ПЭП 3

кальный эхосигнал, выделяемый с помощью специального селектора.

При движении трубы относительно неподвижного ТПЭП дефектоскоп

принимает конечное множество эхосигналов от дефекта шва. В ряде последо­

вательных тактов повторения зондирующего импульса амплитуды принятых

эхосигналов (Ап) изменяются случайным образом, т.е. имеет место дискретная

случайная функция

126

А п = А(пТзс) (3.37)

где п 1 , 2 , 3 ... птах, а Тз.с.Зондирующий

о ьныйгнал

период повторения зонди­

рующего импульса.

♦ верхности дефекта [163]. Но

эти параметры могут зави­

сеть и от других звеньев аку­

стического тракта. Другие

Статистические пара­

метры функции (1 ) связаны с

характером отражающей по-

оРис.3.28. Вид А-развертки на экране

дефектоскопа при обнаружении ТПЭП продольного плоскостного дефекта

звенья, например, акустический контакт ТПЭП с поверхностью трубы и шеро­

ховатость отражающего участка внутренней поверхности трубы, не оказывают

существенного влияния в промежутке времени, в котором выявляется дефект

шва, т.е. примем, что амплитуда каждого эхосигнала из последовательности А п

зависит от особенностей отражающей поверхности дефекта. Однако последо­

вательность А п является ограниченной функцией, ибо реальные дефекты име­

ют ограниченную протяженность вдоль оси шва. Следовательно, определение

параметров последовательности Ап представляет собой оценки, которые в той

или иной степени приближаются к установившимся статистическим парамет­

рам при п ® да.

Примем, что скорость движения трубы Ухр равна 0,1 мм/мс, а частота по­

вторения тактов равна 1кГц. Если условная протяжённость дефекта более

10 мм, то в этом случае число эхосигналов от дефекта оказывается более 100.

Таким образом, задача сводится к определению возможности оценки характе­

ра отражающей поверхности дефекта при птах > 100. На рис. 3.29 изображен

график последовательности Ап. Можно вычислить среднее арифметическое по

формуле (3.38)

127

здесь звездочкой обозначена оценка математического ожидания, отмеченная

на рис. 3.29 пунктирной линией.

Рис.3.29. График отображения амплитуд принятых эхосигналов Ап в ряде последовательных тактов пТзс.

Далее нас интересуют центрированные значения случайной последова-0

тельности Ап, которые обозначим ^ (рис. 3.30)

А = ( А, - т * ) . (3.39)

Оценим дисперсию последовательности А, по формуле

1 птаx̂ 0 Л ,*2 1 ^ »0 = — Е Ап , (3 40)

Птах п=1 V У

и среднее квадратичное отклонение

О* = ±Т0*2 . (3.41)0

Параметр ± С * есть постоянная величина случайной последовательности А ,.

При нормальном распределении вероятностей центрированных значений слу­

чайной величины её математическое ожидание равно нулю [46], т.е.

-С* +0*. Целесообразно выбрать единицу размерности для амплитуды

0эхосигналов таким образом, чтобы в последовательности Ап были значения

0 0 0| А, I < 1. При малости значений | ± А, I , т.е. когда | ± А, 1<< 1, оказывается

справедливым приближение128

0

2

С*2 » 0. (3.42)

Если поверхность плоскостного дефекта удовлетворяет условию (3.42),

А„

>/

>/!Ч

\' Г к

\ ^' 6 7 8 9 пА п '

0 1 2 3 4 5 \ \ ' пТ$А

0

Рис.3.30. График распределения центрированных значений Аслучайной последовательности значений Ап

то это означает, что плоскостной дефект гладкий и ровный. В этом случае

можно принять, что последовательность А п составлена из одного и того же

числа, т.е. отпадает необходимость в определении статистических параметров.

Однако на практике часто условие (3.42) не удовлетворяется и необходимо

определять статистические параметры, по которым можно судить о характере

отражающей поверхности дефекта.

Особый интерес представляет оценка автокорреляционной функции (да­

лее “авто” опустим), определяемой по формуле

1 П тах ~ т п 0 0

К*(т„ ) = - X А А , (3.43)Птах - Т п п=1

0где Ап+т — значение центрированной величины, сдвинутое по оси пТзс. на ве-

0личину тп относительно Ап (рис. 3.30). Величина смещения тп , при которой

К* (тп' ) » 0, равна длительности корреляционной функции (3.43). Примем, что

в некотором периоде пТзс. = 1 появился первый эхосигнал от протяжённого

дефекта. При перемещении дефекта большой протяжённости относительно

неподвижного ТПЭП получим последовательность цифровых значений А п, ко­

торую необходимо запомнить в памяти дефектоскопа. Далее, по соответст­

вующей программе вычисляется т*и С*2. Термином «большая протяжён-

129

ность» отмечаем случай, когда последовательность А ,, после окончания не­

стационарного участка, имеет некоторый стационарный участок. Где прибли­

жённо заканчивается нестационарный участок, можно определить, вычисляя

дисперсию С*2 на небольшом начальном участке, например, первые 3 — 4 зна-0 0

чения последовательности А ,. Далее, увеличивая число А, начального участ-

0ка, можно установить момент, когда включение нового А, не приводит к су-

*2 0щественному изменению дисперсии 0* . Это значение А, определяет начало

стационарного участка. Известно, что параметр С*2 на стационарном участке

функции (3.43) сохраняется неизменным [46]. На практике часто имеет место0

малое число регистрируемых эхосигналов от дефекта шва, т.е. значения А, на­

ходятся в области нестационарного участка. Определение параметра С*2 даже

для нестационарного участка целесообразно, ибо он характеризует различие

отражающей поверхности выявленных дефектов сварного шва.

Известно, что вероятности значений стационарной случайной функции0

сохраняются неизменными и, при этом, вероятности А, и А, совпадают [46,

47]. Возможна оценка вероятности любого значения А,, используя относи­

тельную частоту повторения данного А, во всей последовательности тактов

Р‘( А )= , А^/ ̂ тах , (3.44)

где - число тактов, в которых появилось данное значение А,. При большом

значении , тах справедливо приближенное равенство

р‘ ( А )» Р ( А ), (3.45)

т.е. оценка мало отличается от действительной вероятности, определяемой по

формуле (3.40) при , тах ® да (теорема Бернулли) [49]. С помощью вычислен­

ных относительных вероятностей по формуле (3.44) можно более точно оце­

нить математическое ожидание случайной последовательности А, по формуле130

0

птах

т* = Т .А „ р’ (Л ,). (3.46)п=1

Для сокращения объема вычислений следует принимать во внимание

только конкретные значения Ап, достаточно часто повторяющиеся в последо­

вательности Ап. Например, для конкретных значений Ап вне интервала от

(т* - 30") до (т* + 3 0 *) вычисление относительных вероятностей нецелесооб­

разно ввиду малости числа их повторения в общей последовательности Ап. Ве­

роятность того, что используемые значения А п находятся в заданном интерва­

ле приближённо равна 0,9 (неравенство Чебышева) [50]. Значение корреляци­

онной функции, вычисленное даже при минимальном сдвиге сомножителей

(тп тт _ 1 ), как правило, оказывается меньше О*2. При тп т,п = 1 в ряде произве- 0 0

дений Ап • Лп+1 всегда найдется хотя бы одна пара сомножителей, имеющих

разные знаки или два произведения равные нулю, т.е. между этими сомножи­

телями отсутствует временная связь. При перемещении дефекта в сварном

шве относительно неподвижного ТПЭП поверхность дефекта озвучивается

множеством последовательных импульсов ультразвука и принимается множе­

ство последовательных эхосигналов А п. Неровная отражающая поверхность

приводит к ослаблению временной связи между значениями последовательно- 0

сти Ап.

Таким образом, статистические временные параметры последовательно- 0

сти Ап характеризуют статистические пространственные параметры отра­

жающей поверхности дефекта. Для случая, изображённого на рис. 3.30, при0 0 0 0

тп = 1 произведение А5 • А6 = 0 и А6 А 7 = 0. При тп = 2 произведение

0 0 0 0 0 0А4 • Аб = 0 , Аб • А8 = 0 , А5 • А7 < 0 , а остальные произведения больше нуля.

Для последовательности значений функции (3.39) справедливо неравен­

ство

0*2> Р*(Тп=1)> Р!*(Тп=2)>...> К*(Тп)> КЧтпн) > •••> К*(Тп тах)- (3.47)131

Неравенство (3.43), в сущности, отмечает затухание корреляционной0

функции, которое в рассматриваемой последовательности А, происходит по

экспоненте. Для определения коэффициента затухания экспоненты а доста­

точно вычислить значение (3.43) при т, = 0, т.е. С*2 и значение при т, т,п= 1.

Заметим, что для функции (3.43) справедливо условие ^ ( т ,^ ) > 0. Коэффици­

ент затухания экспоненты можно определить, используя любую пару значений

экспоненты, учитывая расстояние между ними. Можем записать равенство

К*(Тгн) / С*2 = е ° ̂= е-а (3.48)К * ( ̂ , = 1 У С * 2

Знак «минус» обусловлен тем, что ^ ( т ,^ ) < С*2. Теперь функцию (3.43) мо­

жем записать в виде

РГ(т,)= С ^ е - ^ . (3.49)

Коэффициент а различен для отражающих поверхностей различного ха­

рактера. Ровные отражающие поверхности имеют малые значения а, т.к. имеет

место малый разброс значений А,: в каждом новом Тзс. амплитуда эхосигнала

мало отличается от амплитуды эхосигнала в предыдущем Тзс.. В этом случае

значения последовательности А , сильно связаны между собой, т.е. все после­

дующие значения полностью определены предыдущими. Большие значения а

соответствуют существенно неровным отражающим поверхностям: в каждом

новом Тзс. имеет место новый процесс отражения зондирующего импульса ма­

ло похожий на процесс отражения в предыдущем Тзс.. Это приводит к ослаб­

лению временной связи последовательности А , .

Учитывая, что К*(т,) имеет вид затухающей экспоненты (3.49), можем

определить условную длительность корреляционной функции по соотноше­

нию

V » (3-..5) т , , (3.50)

где т, = 1/ а — постоянная времени затухающей экспоненты в масштабе Тзс..

Значение т , является максимально приемлемым сдвигом сомножителей кор-132

реляционной функции (3.47), т.е. текущий сдвиг тп представляет собой ряд чи­

сел: 0, 1, 2, 3, ..., п= тп. Следовательно, аргумент функции (3.49) можем обо­

значить в виде п

РТ(п)=0% ап. (3.51)

Функция (3.51) представляет собой геометрическую прогрессию [49],

текущую сумму которой можно вычислить по формуле

_ п „ 1 _ е_ап5 ( п) = О*2Т е_ ап = О *2 ' е а . (3.52)

0 1 _ е а

При п = п'полагаем, что е-ап » 0, т.е. сумма (3.48) достигает предела

1

5 ,= О*2- 1 ^ . (3.53)1 _ е а

т.е. отражающие поверхности протяженных дефектов, кроме коэффициента а,

можно характеризовать значением суммы (3.53).

Можно оценить длину участка поверхности протяженного дефекта, на

котором сохраняется связь значений А п

1*в » Тп' ■ Тзс -р з.с.~( 3 5 ) Тзс -р з.с., (3.54)а

где р з с. — плотность зондирующих импульсов по оси движущегося шва.

При малых значениях а имеют место большие значения 1*в , что харак­

терно для ровных отражающих поверхностей. Обратно, малые значения I

характерны для неровных отражающих поверхностей. Если а » 0, т.е. когда

справедливо условие (3.42), то ряд (3.52) не сходится. В этом случае тп> ® го,

т.е. последовательность значений Ап неэргодична [49]. Заметим, что рассмат­

риваемые последовательности Ап являются эргодичными, т.е. всегда имеет ме­

сто условие К*(п) » 0 (условие эргодичности). На практике, с целью повыше­

ния производительности контроля труб, обычно используют большую ско­

рость движения трубы относительно неподвижного ТПЭП так, что в режиме

*

св

133

реального времени, не всегда удается осуществить полную обработку регист­

рируемых цифровых значений Ап. Возможности используемой аппаратуры по­

зволяют сделать это с некоторой задержкой после прохода дефектной зоны

трубы относительно ТПЭП и не нарушать заданного ритма производительно­

сти контроля.

Необходимо отметить, что функция (3.37) и рассмотренная, соответст­

вующая ей теория, справедлива для зеркальных эхосигналов при отсутствии

обратных сигналов (рис.3.31). Однако, функция (3.37) имеет место при кон­

троле труб, имеющих малую толщину стенки (до 10 мм). В этом случае обыч­

но используют совмещенный наклонный ПЭП, располагаемый относительно

шва так, чтобы зондирующий импульс, вводимый в металл стенки, много­

кратно отражался от поверхности стенки. Следовательно, имеет место эффект,

похожий на волноводный и в каждом такте зондирующего импульса от дефек­

та имеется один эхосигнал.

Рис.3.31. Обратные и зеркальные эхосигналы на А-развертке дефектоскопа при определении вида дефекта корреляционным способом в сварном шве,

контролируемом ТПЭП:СИ1, СИ2, СИ3 — строб-импульсы дефектоскопа

Рассмотрим случай выявления дефектов сварного шва, когда при про-

звучивании металла шва ТПЭП кроме зеркального отражения от поверхности

дефекта имеются существенные обратные отражения (рис. 3.31). В каждом Тзс.

может появиться несколько эхосигналов от поверхности дефекта. Зондирую­

щие импульсы, излучённые одновременно ПЭП 2 и ПЭП 3 (рис. 3.27), озву-

134

чивают дефект с разных сторон [162]. Первый обратный эхосигнал проходит

двойное расстояние а—б, а второй обратный эхосигнал проходит двойное рас­

стояние в—г—а. Прямой зеркальный эхосигнал есть сумма зондирующего им­

пульса, излученного ПЭП 2 и зондирующего импульса, излученного ПЭП 3,

после отражения от поверхностей, обозначенных точками а , г . Каждый им­

пульс проходит одно и тоже расстояние б—а—г—в. В каждом такте эхосигналы

выделяются с помощью трех строб-импульсов: СИ1, СИ2, СИ3. На выходе

каждого селектора (СИ1, СИ2, СИ3) максимальная амплитуда сигналов, по­

павших в соответствующий строб-импульс, оцифровывается. При одной по­

следовательности тактов ( , = 0, 1, 2, ... птаx) в память дефектоскопа записы­

ваются три независимые последовательности сигналов: А ,, А, > .

В работе [7] соотношение амплитуд зеркальных эхосигналов и обратных

эхосигналов используется в качестве коэффициента формы дефекта. Если ам­

плитуда зеркального эхосигнала существенно превышает амплитуды обрат­

ных эхосигналов, то можно учитывать только зеркальный эхосигнал. Напри­

мер, если в любом Тзс. соблюдается условие А, \ / А ( А О - 2,5, то эхосигналом

А, ( АО можно пренебречь. Это условие можно рассматривать в виде цифро­

вого порога для последовательности А . Эхосигналам А, , превышающим этот

порог, присваивается значение 1, а эхосигналам А, , А, , если они существуют

и не удовлетворяют данному условию, — значение 0, т.е. выход каждого селек­

тора (СИ1, СИ2, СИ3) рассматриваем в виде бита. Если принятое условие не

соблюдается, то имеем комбинацию битов 111 (порядок битов соответствует

порядку селекторов). Отдельно можно принять условие для соотношения

А ( АО/ А , например, А ( А ') / А > 1,5. Если в каждом Тзс. это условие со­

блюдается, то эхосигналу А , А присваивается значение 1, а эхосигналом А

можно пренебречь, т.е. имеет место комбинация битов 101. Если принятое ус­

ловие не соблюдается, то имеем комбинацию битов 111.

135

Таким образом, три последовательности эхосигналов Ап, А', А преобра­

зуются в одну последовательность комбинаций трёх битов. Применение раз­

ных условий для образования последовательности комбинаций трёх битов за­

висит от приоритета определения вида дефекта сварного шва.

Изложенное показывает, что задача преобразовния трёх последователь­

ностей амплитуд эхосигналов А , ап, А? в одну последовательность комбина­

ций трёх битов не является простой и может быть решена способом построе­

ния различных моделей дефектов сварного шва. Следует отметить следующее:

средний уровень амплитуд зеркальных эхосигналов ( Л,') существенно больше

среднего уровня амплитуд обратных эхосигналов. Учитывая, что последова­

тельности А ,, А , А независимы друг от друга во времени, то усиление эхо-

сигналов можно осуществить раздельными каналами дефектоскопа с разными

коэффициентами усиления. Выбором коэффициента усиления эхосигналов

можно осуществить необходимое преобразование значений амплитуд после­

довательности эхосигналов в последовательность значений одного бита. При

усилении эхосигналов любой последовательности нельзя допускать ограниче­

ния их амплитуд.

Такты, в которых имеет место комбинация битов 000, назовем неэффек­

тивными, а такты, соответствующие остальным комбинациям — эффективны­

ми тактами. Комбинация битов в каждом такте зависит от направленности ин­

дикатрисы рассеяния волн от поверхности данного дефекта. Так, индикатриса

рассеяния объёмного дефекта, например поры, не имеет направленности [24].

При перемещении в зоне контроля ТПЭП компактного или протяжённого де­

фекта некоторые комбинации будут более часто повторяться в последователь­

ных тактах, а другие комбинации — менее часто. По повторяемости комбина­

ции в общей последовательности тактов можно определить относительную

вероятность данного типа дефекта шва.

Примем, что через зону контроля ТПЭП перемещается компактный де­

фект и нужно определить его тип. Поверхность дефекта с двух сторон озвучи­

136

вается в определенном количестве последовательных тактов. Это количество

тактов зависит от скорости перемещения трубы Утр и активной ширины зонди­

рующего пучка ультразвука. Как отмечено выше, для труб с толщиной стенки

не более 30 мм условная протяженность А^ компактных дефектов меньше 10

мм. Примем А^ = 5 мм (активная ширина, пучка ультразвука). При частоте по­

вторения тактов 1 кГц и V = 0 ,1 мм/мс количество последовательных тактов,

в которых формируются эхосигналы, может быть равным 50. Это число обо­

значим птах к, (где к — компактный дефект). В некоторых последовательных

тактах могут полностью отсутствовать эхосигналы, назовем пустыми, в про­

тивном случае — непустые такты.

Сумма относительных вероятностей всех комбинаций равна 1, т.е. спра­

ведлива формула

п000 , П101 , П001 , П100 , П010 , П111 , П110 , П011+ ' 101 + ' '001 + ' 100 + ' '010 + 1 111 + ' 110 + ' '011 _ 1 (3 5 5 )Птах к Птах к Птах к Птах к Птах к Птах к Птах к Птах к

Числитель каждой дроби (3.55) есть число повторений комбинаций в

общем числе испытаний (тактов) и равен относительной вероятности одной

комбинации, например, р(101) = п,01/п тах к . Тип дефекта, прошедшего через

зону контроля ТПЭП, определяется по комбинации, имеющей относительную

вероятность более 0,5. Непрерывность последовательности эффективных так­

тов даже при выявлении компактного дефекта может быть нарушена из-за

воздействия индустриальных помех.

При озвучивании поверхности дефекта зондирующим импульсом фор­

мируется индикатриса рассеивания волн, которая определяет комбинацию би­

тов. Две комбинации 111 и 101 соответствуют объемному дефекту. Три ком­

бинации 1 1 0 , 1 0 0 , и 0 0 1 соответствуют объемно-плоскостному дефекту, а

комбинация 010 соответствует плоскостному дефекту. При эксперименталь­

ных исследованиях с использованием соответствующих образцов можно по­

лучить более точное соответствие комбинаций битов видам дефектов сварного

шва.137

При рассмотрении описанных случаев выявления дефектов движущего­

ся сварного шва предполагалось, что в каждом такте работы дефектоскопа в

строб-импульсы СИ1, СИ2, СИ3 (см. рис. 3.31) возможные эхосигналы от

дальних кромок наружного и внутреннего валика усиления не попадают, а

попадают эхосигналы только от дефектов шва, т.е. предполагалось отсутствие

ложных эффективных тактов, а также отсутствие ложных неэффективных так­

тов. Однако эхосигнал от дальней кромки внутреннего валика может попасть в

СИ2. В целях уменьшения вероятности попадания эхосигнала от внутреннего

валика в строб-импульс СИ2 можно рекомендовать выбор соответствующего

промежутка времени между задним фронтом СИ1 и передним фронтом СИ2.

При движении шва относительно ТПЭП эхосигнал от внутреннего валика не

должен выходить за пределы этого промежутка времени, выбор которого за­

висит от толщины стенки трубы и средней ширины внутреннего валика уси­

ления.

Возможен наиболее приемлемый случай контроля сварного шва, когда

зондирующий импульс, излученный ПЭП 2, полностью отражается от внут­

ренней поверхности стенки трубы (при отсутствии дефекта в шве), а зонди­

рующий импульс, излученный ПЭП 3, полностью отражается от внутренней и

наружной поверхностей стенки трубы. В этом случае на вход дефектоскопа

поступают только возможные эхосигналы от дефектов шва, т.е. отсутствуют

ложные эффективные такты работы дефектоскопа, обусловленные эхосигна-

лом от внутренней кромки.

3.3.6. Возможность определения вида дефекта сварного шва

Вид дефекта можно определить, если имеется возможность определения

индикатрисы рассеяния волн ультразвука, при озвучивании поверхности де­

фекта зондирующим импульсом. Такая возможность может быть реализована

при использовании схемы контроля согласно рис. 3.24. В этой схеме зона кон­

троля металла шва является общей для всех ПЭП. При излучении зондирую­

138

щего импульса одним ПЭП эхосигналы могут принимать несколько ПЭП [152,

154, 159]. Согласно общим физическим представлениям об отражении волн

ультразвука от поверхности дефекта примем следующее сочетания излучателя

— приёмников:

Излучатель ИП 1 - приёмники ИП 1, ИП 3, П 5 (1-й такт);

Излучатель ИП 2 - приёмники ИП 2, ИП 4, П 6 (2-й такт);

Излучатель ИП 3 - приёмники ИП 3, ИП 4, П 5 (3-й такт);

Излучатель ИП 4 - приёмники ИП 4, ИП 3, П 6 (4-й такт);

Выход приёмника каждого канала рассматриваем в виде бита двоичного кода:

эхосигнал есть - 1, эхосигнала нет - 0. В каждом такте излучателя на выходах

приёмников появляется сочетание трёх битов. Возможное число сочетаний

равно 8 . Сочетание 000 можно не учитывать — отсутствие эхосигналов.

Один цикл контроля шва состоит из четырех тактов. При прохождении

дефектом зоны контроля, он озвучивается некоторым конечным множеством

циклов N. Число циклов зависит от скорости движения трубы, от эффективно­

го размера сечения зондирующего пучка ультразвука и от частоты повторения

циклов. Каждому дефекту шва присуще свое число N.

В первом такте излучает ИП 1 и имеет место следующее сочетание би­

тов по видам дефекта шва: 10 0 и 1 1 0 — плоскостной, ориентированный вдоль

оси шва (обозначим буквой П); 111 и 101 — объемный (О); 011, 010, и 001 -

объемно-плоскостной (ОП).

Во втором такте излучает ИП 2 и имеет место такое же распределение

битов, ибо ИП 1 и ИП 2 расположены симметрично относительно оси шва.

В третьем такте излучает ИП 3 и имеется следующее сочетание битов:

0 1 0 и 100 — поперечная трещина (ПТ); 110 — торец поперечной трещины

(ТПТ); 111 — объемный (О); 101, 011 и 001 — объемно-плоскостной (ОП).

Сочетание битов в четвертом такте совпадает с третьим тактом. Распре­

деление сочетаний битов в соответствии с видом дефекта можно представить в

виде табл. 3.1 и 3.2.

139

Представляет интерес максимально возможное число сочетаний битов,

соответствующих определенному виду дефекта. Примем, что дефект вида П

проходит зону контроля. Дефект в N тактах озвучивается излучателем ИП 1 и

соответственно можно получить N сочетаний 100 (110). Этот же дефект озву­

чивается в N тактах излучателем ИП 2 и можно получить N сочетаний 100

(110). Следовательно, максимально возможное число сочетаний 100 (110) рав­

но 2№ Аналогично для дефекта любого другого вида максимально возможное

число соответствующих сочетаний битов также равно 2 №

Таблица 3.1 — Распределение сочета- Таблица 3.2 — Распределение сочетанийний битов работе в качестве излуча- битов при работе в качестве излучателятеля ИП 1 и ИП 2 ИП 3 и ИП 4

Излуча­тель ИП 3 ИП 4

Сочетание битов0 1 1 1 1 0 0

1 0 1 1 0 1 0

0 0 0 1 1 1 1

Виддефекта ПТ ТПТ О ОП

Излуча­тель ИП 1 ИП 2

Сочетание битов1 1 1 1 0 0 0

0 1 1 0 1 1 0

0 0 1 1 1 0 1

Виддефекта П О ОП

Реальное число появления определённых сочетаний битов часто сущест­

венно отличается от максимального значения. В случае, когда реальное число

равно 0,5 максимально возможного значения, имеет место неопределенность.

Для уменьшения влияния фактора неопределенности можно принять условие,

чтобы реальное число заметно было больше 0,5 максимального значения, на­

пример, на 10%. Такой способ определения вида дефекта сварного шва назо­

вем комбинационным.

3.3.7. Многоэлементный пьезопреобразователь для контроля сварного шва труб большого диаметра

С целью обеспечения требований по повышению надёжности автомати­

зированного ультразвукового контроля сварных швов толстостенных труб

большого диаметра (толщина до 50 мм, 0 1020 — 1420 мм) применяют комби­

нированные акустические системы, состоящие из множества одиночных ПЭП,

размещаемых симметрично на разных расстояниях от оси сварного шва так,140

чтобы обеспечить выявление дефектов в различных зонах шва [137, 144].

Одиночные ПЭП размещаются в специальных башмаках, которые защищают

ПЭП от истирания и создают локальную иммерсионную ванну для акустиче­

ского контакта. Башмаки в свою очередь закрепляются в специальных элек­

тромеханических приводах, обеспечивающих возможность настройки и на­

дежное удержание ПЭП в строго заданных координатах при сканировании

акустической системы вдоль сварного шва. Акустическая система в целом —

это сложное механоакустическое устройство протяжённостью до 5 м, дости­

гающее весом до одной тонны. При механизированном контроле толстостен­

ных обечаек и труб большого диаметра используют также способ поперечно­

продольного сканирования сварного шва одиночным ПЭП, что усложняет

процесс контроля. Теория и практика этого способа рассмотрена в [4].

Исследована и предложена конструкция многоэлементного ПЭП, ос­

новное назначение, которого состоит в том, чтобы исключить механическое

поперечное сканирование [153, 165, 166]. В сущности, вместо механического

сканирования предложено использовать электронное сканирование. Данный

многоэлементный ПЭП позволяет существенно упростить конструкцию аку­

стической системы при значительном уменьшении её габаритов и веса.

Для проведения исследований были изготовлены несколько лаборатор­

ных образцов восьмиэлементных ПЭП.

Рис. 3.32. Схема размещения пьезоэлементов на призме:а — вид на ПЭ 1,3,5,7; б — вид на ПЭ в плане.

На рис. 3.32 показано размещение пьезоэлементов (ПЭ) на общей приз­

ме, установленных под углом к общей рабочей поверхности ПЭП. Вопросы

выбора оптимальных углов распространения зондирующего импульса сдвиго­

вых волн в металле стенки трубы (а) в зависимости от различных условий

контроля сварного шва рассмотрены в [4]. Например, если принять, что опти­

мальный угол а равен 45°, и необходимо определить соответствующий угол

падения излученного импульса продольных волн (в) на границу сред оргстек­

ло-сталь, то согласно закона Снеллиуса:

с^. з т в = р орг. з т а , (3.56)

где С^. — скорость распространения сдвиговой волны в стали; Сорг. — скорость

распространения продольной волны в оргстекле. Так, при Сорг. = 2500 м/сек и

С[ст. = 2900 м/сек, расчетный угол в = 37°, но экспериментально он оказывает­

ся меньше расчетного. В результате исследований установлено, что допусти­

мый разброс угла в равен ± 1 °.

“Зона захвата” по оси X каждого ПЭ на уровне 0,5 максимальной ампли­

туды эхосигнала на глубине 100 мм в стали на рис. 3.32, б показана в виде

штриховки. Понятие “зона захвата” определяет интервал перемещения ПЭ по

оси X, соответствующий уменьшению амплитуды эхосигнала от контрольного

отражателя (КО) до уровня 0,5 относительно максимального значения. “Зона

захвата” определена следующим способом. Многоэлементный ПЭП закрепля­

ется в специальном механизме, обеспечивающем сканирование ПЭП по осям

X, у (рис. 3.32) и ориентацию оси зондирующего пучка УЗ волн относительно

поверхности плоскопараллельного стального образца, содержащего КО —

плоскодонного отверстия 0 2 мм. Сканирование и ориентация ПЭП осуществ­

ляется в иммерсионной ванне. Для любого ПЭ выполняется поиск положения

ПЭП, соответствующего максимальному значению амплитуды эхосигнала от

КО (Атах). При Атах имеет место ориентация акустической оси ПЭП по норма­

ли к поверхности образца. Смещая ПЭП по оси X до значений 0,5 Атах, опреде­

142

ляем “ зону захвата” по оси X. Аналогично определяем “ зону захвата” по оси у.

Экспериментальная проверка “ зоны захвата” по КО 0 2 мм на разной глубине

показывает, что “зона захвата” сохраняется неизменной до глубины 10 0 мм.

По оси у на глубине более 50 мм начинается некоторое расширение “ зоны за­

хвата” , обусловленное тем, что размер ПЭ по оси у равен 4 мм, а по оси X ра­

вен 18 мм. Существенного значения это расширение не имеет и, поэтому, на

рис.3.32 оно не показано.

При ориентации общей рабочей поверхности ПЭП параллельно по­

верхности образца каждый наклонный ПЭ может работать в совмещённом ре­

жиме, назовём “ наклонный совмещённый”. Примем, что генератор дефекто­

скопа в каждом такте возбуждает один ПЭ, а приём эхосигналов можно осу­

ществить несколькими ПЭ. Любую пару ПЭ, размещенных в одну линию,

можно рассматривать, как ПЭП типа "тандем", назовем режим “ тандем" . Лю­

бую пару ПЭ ближайших друг к другу, но размещённых в соседних линиях,

можно рассматривать, как наклонный раздельно-совмещённый ПЭП назовем

режим “наклонный раздельно-совмещённый”. В п.3.3.6 рассмотрена возмож­

ность определения вида дефекта сварного шва на основе приёма эхосигналов

тремя ПЭП при возбуждении одного ПЭП. Эта возможность может быть реа­

лизована и при использовании восьмиэлементного ПЭП. Для лабораторных

испытаний был использован генератор ударного возбуждения с длительно­

стью импульса на уровне 0,5 амплитуды импульса, равной 0,1 мкс и амплиту­

дой 150 В, усилитель приёмника с полосой усиления 0,5 -т 30 МГц и коэффи­

циентом усиления 200, осциллограф. Для проверки ПЭП в разных режимах в

качестве контрольного отражателя использовано сквозное отверстие 0 2 мм в

плоскопараллельном стальном образце толщиной 30 мм. Работа одного ПЭ в

режиме “наклонный совмещённый” показана на рис. 3.33.

Эхосигналы, наблюдаемые на выходе усилителя, показаны на рис. 3.34.

В момент 1 = 0 ПЭ возбуждается, импульс продольных волн, излучённый в

оргстекло призмы, проходит слой воды и падает на поверхность стального об­

разца. Угол в, соответствующий выбранному оптимальному углу а, определен143

без рассмотрения влияния контактного слоя жидкости. Экспериментальная

проверка показывает, что при достаточной толщине КСЖ, т.е. когда в слое во­

ды при прохождении зондирующего импульса отсутствует интерференция

волн, определение угла в остается справедливым. В металле возникает зонди­

рующий импульс сдвиговых волн, который отражается от донной части КО.

На рис. 3.34 этот эхосигнал обозначен буквой д. Буквой П 1 обозначен первый

эхосигнал от поверхности образца, а П2 — второй эхосигнал от поверхности

образца. При определении временного интервала между П 1 и д необходимо

фиксировать момент появления П 1 не по амплитуде, а по первому появивше­

муся пику, наблюдаемому на экране осциллографа. Момент появления перво­

го пика 0 ' соответствует времени прохождения продольной волны туда и об­

ратно по прямой линии между краем ПЭ и поверхностью образца. Этот мо­

мент можно принять за начало отсчёта времени (на рис. 3.28 обозначен

стрелкой).

Момент времени 1 = 0' определяет начало зоны контроля металла. При

использовании режима “ наклонный совмещённый” эхосигнал П2 обычно ока­

зывается в зоне контроля. Следовательно, необходимо принимать меры по

существенному уменьшению амплитуды П2 относительно амплитуд полезных

эхосигналов. Исключить влияние эхосигнала П2 можно двумя способами.144

Первый

— увеличить толщину слоя воды так, чтобы эхосигнал П2 оказался вне зоны

контроля. Для толщины металла 40 мм слой воды должен быть » 60 мм. По­

нятно, что этот способ может создать сложности при проектировании и экс­

плуатации акустического блока. Второй способ — уменьшить толщину слоя

воды так, чтобы задний фронт эхосигнала П2 определял начало зоны контроля.

В этом случае эхосигнал П будет совпадать с возбуждающим импульсом. Од­

нако этот способ приводит к уменьшению зоны контроля. Для каждой кон­

кретной толщины стенки трубы толщина слоя воды должна обеспечивать не­

обходимую зону контроля. Для толщины стенки 30 мм оптимальная толщина

слоя контактной жидкости равна 1 0 мм.

Результат проверки зоны захвата любого ПЭ в режиме “наклонный со­

вмещённый” по осям X, у для разных случаев отражения зондирующего им­

пульса от КО в виде сквозного отверстия приведен на рис. 3.35. На рис. 3.35, а

показана зона захвата при непосредственном отражении от донной части КО:

зона по оси X равна 13 мм, а по оси у равна 9 мм; интервал времени между эхо-

сигналами П и д равен 28 мкс. Рис. 3.35, б соответствует одному зеркальному

отражению от донной поверхности образца: зона по оси X равна 13 мм, по оси

у —16 мм; интервал времени между П и д равен 56 мкс. Рис. 3.35, в соответст­

вует двум зеркальным отражениям: зона по оси X равна 13 мм, а по оси у — 20

мм; интервал времени между П и д равен 84 мкс. Зона захвата по оси X остает-145

ся неизменной, по оси у изменяется, т.е. имеет место расширение зондирую­

щего пучка сдвиговых волн (расширение увеличивается с ростом пути, прой­

денного зондирующим импульсом).

Отметим, что в режиме “наклонный совмещённый” можно регистриро­

вать эхосигналы только от донной или верхней части КО. При лабораторной

проверке наблюдались следующие уровни амплитуд эхосигналов: АП1 = 0,2 В;

Ап2 = 0,1 В; А д = 0,7 В согласно рис. 3.35, а и А д = 0,3 В согласно рис. 3.35, б.

Рис.3.35. Оценка зоны захвата ПЭ в режиме " наклонный совмещённый’ по осям х,у.

а — при непосредственном отражении зондирующего импульса от донной зоны КО; б — эхосигнал от верхней зоны КО при одном зеркальном отражении; в — эхосигнал от

донной зоны КО при двух отражениях; г — ориентация ПЭП относительно осей х,у.

На рис. 3.36 показаны пути отражения пучка сдвиговых волн при ис­

пользовании ПЭ3 и ПЭ5 в режиме “тандем” (ПЭ3-излучатель, ПЭ5-

приёмник). В режиме “тандем” можно получить эхосигнал только от ци­

линдрической части КО. Рабочая поверхность ПЭП ориентирована парал­

лельно поверхности стального образца. В режиме “ тандем” эхосигнал П2 поч­

146

ти отсутствует, а уровень амплитуды эхосигнала П 1 существенно меньше, чем

в случае работы ПЭ в режиме “ наклонный совмещ ённый . Интервал времени

между эхосигналами П 1 и д приближённо равен 62 мкс.

В режиме “тандем” (рис. 3.36) амплитуда эхосигнала Ад равна 0,6 В, а

амплитуда АП1 ~ 0,1 В. При рокировке пары ПЭ, т.е. когда ПЭ5 — излучатель, а

ПЭ3 — приёмник, имеет место уменьшение амплитуды АП1 более чем в 2 раза.

Также уменьшается амплитуда эхосигнала Ад.

При изготовлении ПЭП (рис.3.32) необходимо обеспечить идентичность

всех ПЭ. Проверку на идентичность можно осуществить, используя режим

“наклонный совмещённый” при наблюдении эхосигналов от КО в стальном

образце. При использовании ПЭ3 в качестве излучателя, а ПЭ4 или ПЭ2 (рис.

3.32, б) в качестве приёмника, имеем вариант схемы “наклонный раздельно-

совмещённый” . Лабораторные испытания показывают, что этот вариант схемы

имеет незначительные отличия от схемы рис. 3.36: здесь имеет место больший

уровень амплитуды эхосигнала П2, из-за чего им нельзя пренебречь. В сущно­

сти, любую пару ПЭ (рис. 3.32, б) можно рассматривать как «тандем ПЭП»,

т.е. режим “ наклонный раздельно-совмещённый” является малозначительным.

Отметим, что можно реализовать большое число вариантов схем режима

“ тандем” и каждый вариант имеет свои особенности регистрации эхосигналов

от отражателя определенного вида.

ПЭ7 ПЭ5 ПЭЗ ПЭ1

Рис. 3.36. Схема режима " тандем' :И — излучатель; П — приёмник; КО — сквозное отв. 0 2 мм

147

На рис. 3.37 показан возможный вариант схемы прозвучивания металла

восьмиэлементным ПЭП. Часть зондирующих пучков ПЭП отражается от

нижней поверхности стенки трубы, обеспечивая более полное прозвучивание

металла шва. При автоматизированном контроле необходимо использовать,

как минимум, два ПЭП, прозвучивающих шов с двух сторон и ориентирован­

ных перпендикулярно относительно оси шва. В этом случае весь объём метал­

ла шва оказывается прозвученным.

Рис.3.37. Схема прозвучивания металла шва толстостенной трубывосьмиканальным ПЭП:

д — плоскостной дефект в центре шва

Сущность электронного поперечного сканирования совместно с механи­

ческим продольным состоит в следующем. Восьмиэлементный наклонный

ПЭП установлен так, чтобы общая зона захвата по оси X была ориентирована

перпендикулярно оси сварного шва (рис.3.26). Возбуждение ПЭ осуществля­

ется поочерёдно, например, начиная с первого по восьмой. Размер общей зоны

захвата по оси X равен 75 мм. Длительность цикла работы восьми ПЭ зависит

от выбора длительности работы одного ПЭ. Из практики УЗ контроля сварных

швов известно, что максимальная тактовая частота зондирования может быть

5 кГц. Следовательно, любой ПЭ в режиме “наклонный совмещённый” может

работать на частоте 5 кГц при его использовании в качестве одиночного ПЭП.

При поочерёдной работе восьми ПЭ в режиме “наклонный совмещённый” час­

тота повторения циклов равна 625 Гц. Однако из ранее рассмотренного сле­

дует, что при излучении зондирующего импульса одним ПЭ приём эхосигна-

лов целесообразно осуществлять несколькими ПЭ, т.е. ПЭП в каждом такте

может работать в нескольких режимах выявления дефектов сварного шва. Эта148

особенность работы ПЭП приводит к необходимости увеличить длительность

периода повторения зондирующих импульсов, уменьшив частоту повторения

циклов, например, до 200 Гц. В каждом периоде цикла осуществляется кон­

троль продольного участка шва, равного поперечному размеру ПЭ, т.е. можно

принять равным 4 мм. По окончании каждого цикла поочередной работы ПЭ

можно переместить ПЭП вдоль шва на 4 мм. Правила, известные в [4] для ме­

ханического поперечно-продольного сканирования, справедливы и для про­

дольного механического сканирования с электронным поперечным сканиро­

ванием, заменяющим поперечное механическое сканирование. Однако, учи­

тывая большую скорость электронного поперечного сканирования, можно

осуществлять перемещение ПЭП вдоль шва непрерывно с постоянной ско­

ростью.

Результаты лабораторных исследований экспериментальных образцов

многоэлементных ПЭП показывают возможность использования электронно­

го сканирования с целью существенного упрощения громоздкой механоаку-

стической системы, в которой используется множество одиночных ПЭП. По­

лученные результаты использованы при разработке многоэлементных ПЭП.

3.4. ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ СВАРНОГО ШВА ТРУБ С НЕНОРМ ИРОВАННОЙ ФОРМ ОЙ ВАЛИКА УСИЛЕНИЯ

В практике автоматизированного контроля сварных швов труб имеют

место случаи, когда форма валиков усиления шва существенно отличается от

нормированной формы. В качестве примера отметим спиральношовные трубы

0 530 -1620 мм, ф 6 - 12 мм, производства румынского завода “ НеМ-ТиЬе”, на

котором авторами были внедрены установки автоматизированного ультразву­

кового контроля сварного шва многоканальной установкой НКУ-108. На рис.

3.38 показана форма сечения шва плоскостью, перпендикулярной его оси. Вы­

сота наружного валика усиления в среднем равна 4 мм и форма приближенно

имеет вид трапеции с углом наклона граней » 45°. Валики усиления содержат

множество отражающих поверхностей, эхосигналы от которых маскируют149

эхосигналы от дефектов металла шва, делая сварной шов малоконтролепри-

годным.

На рис. 3.38 в виде лучей показан наклонный пучок сдвиговых волн и

возможные отражения от поверхностей валика усиления шва, содержащего

плоскостной продольный дефект. Акустическая ось наклонного ПЭП ориен­

тирована перпендикулярно оси движущегося шва. При контроле сварного шва,

такого характера с помощью ручного эхоимпульсного дефектоскопа УД2-12,

по данной схеме не удается выявлять плоскостные продольные дефекты, так

как эхосигналы от этих дефектов невозможно селектировать ни по временно­

му, ни по амплитудному признаку. Эта особенность является следствием того,

что в процессе движения шва относительно неподвижного ПЭП на экране де­

фектоскопа наблюдаются флуктуирующие по амплитуде эхосигналы от мно­

жества отражающих поверхностей валиков усиления шва, то есть наблюдается

совокупность эхосигналов случайных амплитуд.

Акустическая схема, показанная на рис. 3.24, может быть использована

для контроля сварного шва с валиками усиления ненормированной формы. Из

данной схемы исключаются ИП1 и ИП2, при этом схема приобретает вид из­

вестной Х-схемы контроля сварного шва [27]. Отличие состоит в том, что при­

ёмники П5, П6 расположены на большем расстоянии от оси шва, чем излуча­

тели-приёмники ИП3, ИП4. В подразделе 3.3.4. показана целесообразность та­

Рис. 3.38. Возможный ход лучей УЗ-пучка сдвиговых волн в сварном шве с непроваром в центральной части

150

кого различия в расстояниях. На рис. 3.39 показана схема контроля спирально­

го шва трубы, при этом сохранены обозначения схемы рис.3.24.

Конструкция акустического блока для контроля спирального шва вы­

полнена таким образом, что обеспечивается позиционирование ИП3, ИП4 и

П5, П6 , а также регулирование углов ф и ф. С помощью этих регулировок

обеспечивается пересечение центральных лучей УЗ пучков всех наклонных

ПЭП в точке 0 на оси шва. Область пересечения пучков на рис. 3.39 заштри­

хована (зона контроля). Для акустической схемы рис. 3.39 справедливы вре­

менные диаграммы [67] , показанные на рис. 3.26. В момент 1 = 0 (диаграмма 1)

ИП3 (ИП4) излучает короткий (» 2 мкс) импульс на частоте 2,5 МГц. В мо­

мент 11 эхосигнал от передней кромки валика усиления принят ИП3 (ИП4), ра­

ботающем в совмещённом режиме. По амплитуде этого эхосигнала необходи­

мо отрегулировать угол ф.

Рис. 3.39. Схема контроля спирального шва трубы:ИП3 и ИП4 — наклонные излучатели-приёмники; П5 и П6 — наклонные приёмники;

ф — азимутальный угол оси ИП4-П5 к оси сварного шва; ф — азимутальный угол оси ИП3-П6 к оси шва; штрих-пунктирная стрелка — ось спирального шва

Принцип регулировки по эхосигналам от валиков усиления движущего­

ся шва состоит в следующем. В начале ИП3 (ИП4) ориентируется так, чтобы

амплитуда совокупности эхосигналов от поверхностей валиков усиления шва

была максимальной. В этом случае ИП3 (ИП4) оказывается ориентированным

перпендикулярно оси шва. Затем, плавно изменяя угол ф, наблюдают умень­

151

шение амплитуды совокупности эхосигналов до некоторого минимального

уровня, например, до 6 дБ относительно других шумовых сигналов, наблю­

даемых на экране дефектоскопа. Этот минимальный уровень должен быть

достаточным для формирования переднего фронта импульса-задержки (диа­

грамма 2) в момент 11. Задний фронт импульса-задержки регулируемой дли­

тельности используется для формирования переднего фронта СТИ (диаграмма

3). На диаграмме 4 показана совокупность эхосигналов, поступивших в мо­

мент \2 на П5 (П6) при наличии в сварном шве дефекта. В п. 3.3.4 отмечено,

что сформированный таким способом СТИ для канала П5 (П6) оказывается

следящим за поперечными смещениями шва. Угол наклона П5 (П6) к оси шва

(рис. 3.39, угол у) выбирается по условию лучшего селектирования сигнала Ад

по амплитудному признаку. Именно на этом заводе были выполнены экспе­

рименты с целью определения возможности использования временного при­

знака для селекции сигналов А д. В экспериментах варьировался угол у и рас­

стояние П5 (П6) от оси шва, а также в пределах ± 5° угол ввода пучка сдвиго­

вых волн в металл стенки трубы. Кроме этого, были проверены П5 (П6) с пье­

зопластиной 0 5, 8 и 12 мм. Результаты показали невозможность использова­

ния временного признака для селекции сигналов А д.

Отражения от поверхностей валиков усиления, принимаемые ИП3 (ИП4)

и П5 (П6) по схеме рис. 3.39, аналогичны эхосигналам от грата на внутренней

поверхности трубы, изготовленной контактной сваркой. Следовательно, реко­

мендации, приведенные в 3.2.2, приемлемы и для случая, рассматриваемого в

настоящем параграфе. В схеме рис. 3.39 не используется сигнал Ак, то есть

число отражений зондирующего импульса от стенок трубы может быть вы­

брано более трех. Кроме этого, в рассматриваемом случае отражения от по­

верхностей валиков усиления направлены в разные стороны, то есть весь объ­

ём металла шва озвучен волнами УЗК. Часть отраженных волн от поверхности

дефекта попадает на пьезопластины ИП3 (ИП4) и П5 (П6), формируя сигнал

от дефекта Ад, что позволяет в целом производить ультразвуковую дефекто­

скопию практически неконтролепригодного сварного шва.152

3.5. ВЫВОДЫ

1. Исследован и разработан способ выявления сварного шва со снятым

гратом, основанный на сравнении затухания серии донных сигналов в металле

сварного шва и в околошовной зоне трубы. Способ использован для формиро­

вания управляющего напряжения устройства слежения за сварным швом.

2. Исследован и разработан способ контроля состояния акустического

контакта по шумовым сигналам. Показана возможность использования шумо­

вых сигналов для управления устройством автоматической регулировки уси­

ления соответствующего канала дефектоскопа, а также для управления уст­

ройством слежения за сварным швом (пат. РМ № 2508).

3. Исследована возможность применения дельта-метода контроля свар­

ных швов на основе применения локально-иммерсионного нормального ПЭП

для приема импульсов продольных волн, трансформированных при падении

сдвиговой волны на поверхность плоскостного продольного дефекта.

4. Для труб со снятым гратом заподлицо исследован и разработан способ

выявления поперечных трещин шва наклонным совмещенным ПЭП, ориенти­

рованным по оси шва навстречу движению трубы.

5. На основе теории использования последовательности эхосигналов от

грата исследованы и разработаны способы регулировки параметров приемно­

го канала дефектоскопа, определения состояния акустического тракта и фор­

мирования управляющего напряжения для устройства АРУ, построенного в

виде замкнутого контура (пат. РМ № 2565).

6 . Исследован и разработан способ выделения эхосигнала от дальней

кромки валика усиления за счет демпфирования поверхности валика усиления

с помощью эластичных роликов (пат. РМ № 2534), на основе использования

которого разработаны алгоритмы реализации способов помехозащиты от син­

хронных помех, а также индустриальных помех несинхронного характера при

153

регистрации эхосигнала от дефекта при контроле сварных швов в условиях

помех большой интенсивности (а.с. № 826831, № 1098393).

7. Исследованы, разработаны и внедрены способы формирования сле­

дящей зоны контроля (строб-импульса) и автоматического слежения за швом,

выполненным сваркой плавлением, на основе оценки среднего значения мно­

жества эхосигналов от дальней кромки валика усиления на некотором отрезке

сварного шва, учитывающих изменения угла ввода ультразвуковых колебаний

в стенку трубы (патенты РМ № 3131, № 2889).

8 . Исследован и разработан способ формирования следящего строб-

импульса канала приемника дефектоскопического комплекса на основе изме­

рения усреднённого значения совокупности диффузных эхосигналов от пе­

редней кромки валика усиления трубы, выполненной сваркой плавлением

(пат. РМ № 3132).

9. Исследована и разработана методология распознавания вида выяв­

ленного дефекта комбинационным методом на основе приёма в каждом такте

зондирующего импульса эхосигналов от дефекта несколькими раздельными

приемниками (пат. РМ № 2839).

10. Исследован способ и разработан алгоритм оценки характера отра­

жающей поверхности выявленного дефекта в металле сварного шва с целью

идентификации его вида на основе фиксации в памяти ПК комплекса дискрет­

ного конечного множества случайных амплитуд эхосигналов.

11. Исследован и разработан алгоритм идентификации вида дефекта ме­

тодом вычисления параметров корреляционной функции для отделения це­

почки пор или другого дефекта объемного характера от любого плоскостного.

12. На основе интерпретации известных коэффициентов формы дефекта

в виде битов исследован и разработан алгоритм распознавания вида дефекта.

154

ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ КОНЦЕВЫХ УЧАСТКОВ ТРУБ

При строительстве и ремонте магистральных трубопроводов важную

роль играет качество концевых участков труб, поскольку наличие в них де­

фектов типа «расслоение» и «трещина» и отклонений толщины стенки трубы

приводит при сварке кольцевых швов к возникновению дефектов и снижению

прочности сварных соединений. Для выявления «расслоений и отклонений

толщины стенки в процессе производства потребовалось выполнить теорети­

ческие исследования и разработать способы УЗ дефектоскопии и толщиномет-

рии концевых участков труб.

4.1. ВЫЯВЛЕНИЕ РАССЛОЕНИЙ В СТАЛЬНЫХ ТРУБАХ ПРИ ЩЕЛЕВОМ СПОСОБЕ ВВОДА УЛЬТРАЗВУКА

Рассмотрим особенности выявления расслоений при использовании ще­

левого варианта акустического контакта р/с ПЭП с поверхностью трубы [125].

Целью исследований являются особенности выявления расслоений р/с ПЭП

согласно схеме (рис. 4.1). Известно, что наиболее сложной является задача вы­

явления подповерхностных расслоений на глубине < 2 мм.

В [56] к иммерсионному варианту акустического контакта отнесены слу­

чаи, когда справедливо условие

2̂ ж>Сж̂ и, (4.1)

где йж - толщина контактного слоя жидкости (КСЖ); сж - скорость ультразву­

ка в жидкости; (и - длительность импульса ультразвука.

На практике более часто иммерсионным вариантом акустического кон­

такта называют случай, когда временной интервал между первым и вторым

отражением импульса ультразвука от поверхности стенки трубы больше

2^ст/сс, где ^ст - толщина стенки; сс - скорость ультразвука в стали. При со­

блюдении условия (4.1) импульс ультразвука реверберирует между поверхно­

стями КСЖ, т.е. отсутствует явление интерференции.

155

К щелевому варианту акустического контакта в [56] отнесены случаи,

удовлетворяющие условию

А/4<2^ж<сж?и, (4.2)

где X - длина волны ультразвука в жидкости, например, в воде.

Однако, при соблюдении условия (4.2) в КСЖ (рис. 4.1) возникают резонанс­

ные и антирезонансные явления, которые существенно изменяют уровень ам-

Стенка трубы

Рис. 4.1. Схема выявления расслоений в стенке трубы р/с ПЭП:Г - и зл уч аю щ и й п ь езо эл ем ен т (П Э -Г ); П - п р и н и м аю щ и й п ь езо эл ем ен т (П Э -П );

Д - дем п ф и р ую щ ая среда; О Г - п р и зм а П Э -Г ; О П - п р и зм а П Э -П ; К С Ж - контактны й сл ой ж и дк ости ; Э - ак усти ческ ий экран; д - р ассл о ен и е м еталла стен к и тр убы

плитуды зондирующего импульса, вводимого в металл [40]. Поэтому, нас ин­

тересуют случаи, удовлетворяющие условию (4.1), при использовании малой

толщины КСЖ. В практике использования р/с ПЭП, рабочая частота которого

равна 5 МГц, для удовлетворительного выявления подповерхностных рас­

слоений толщина КСЖ обычно устанавливается не более 1 мм.

Рассмотрим особенности формирования импульса ультразвука, излу­

чаемого ПЭ-Г в оргстекло (рис. 4.2). Пьезопластина (пьезослой) приклеена к

призме (оргстекло) тонким слоем клея так, что можно пренебречь влиянием

этого слоя на процесс формирования импульса, излучаемого в оргстекло. Ме-156

жду демпфером и пьезопластиной отсутствует промежуточный слой при ис­

пользовании в качестве демпфера эпоксидной смолы. Следовательно, волно­

вое сопротивление сред удовлетворяет соотношению

р0со<р1с1>р2с2. (4.3)

— е----

Электроды пьезо­

пластины

Рис. 4.2. Схема пьезопластины размером 5х40 мм, нагруженной на среду демпфера и оргстекло:

0 - дем п ф ер ; 1 - п ьезосл ой ; 2 - оргстекло;/к - р ади ок абель , со ед и н я ю щ и й генер атор с П Э -Г

Примем, что в пьезопластине в основном возникают продольные волны

по толщине, например, используем пьезопластину, изготовленную из пьезоке­

рамики типа ТКС.

В [52] показано, что имеют место некоторые изменения параметров пье­

зокерамических пластин при изменении напряженности электрического поля,

то есть в общем случае пьезопластина представляет собой нелинейный эле­

мент. Но в данной работе пьезопластина рассматривается в качестве одномер­

ной линейной системы ввиду малости влияния нелинейных эффектов на инте­

ресующие нас особенности работы р/с ПЭП.

Пусть в момент { = 0 на выходе радиокабеля (рис. 4.2) с волновым со­

противлением (Жк), равным 50 Ом, появился возбуждающий видеоимпульс

П(1) (рис. 4.3, а), длительность которого на уровне 0,1 обозначена (в, и 1в при

этом удовлетворяет условию ^ < ^п/еп, (4.4)

157

где йп - толщина пьезопластины; сп - скорость звука в пьезосреде, то 0(0)

можно рассматривать в качестве ударного импульса. Очевидно, длительность

переднего фронта 0({) должна быть существенно меньше общей длитель­

ности

Рис. 4.3. Г рафики переходных режимов напряжения и давления в пьезослое:а) - ф ор м а и м п ульса 0(1) на в ы х о д е р ади ок абел я при отсутств и и П Э -Г ;

б) - ф ор м а и м п ул ьса давления, в озн и к аю щ его на гран иц е ср ед 1;2 и 1;0;в) - ф ор м а и м п ул ьса 0'(1), отр а ж ён н о го от П Э -Г об р а т н о в кабель

видеоимпульса, например, длительность переднего фронта ?п.ф. равна 0,5 дли­

тельности 0(0) на уровне 0,1. Источник возбуждающего импульса 0(0) с внут­

ренним сопротивлением Жк нагружен на электрическую емкость пьезоэлемен­

та ПЭ-Г (Со-г). В момент времени I = 0 напряжённость электрического поля в

пьезослое равна нулю, т.к. возникает ток смещения. В начальном промежутке

переднего фронта А?п.ф. пьезоэффект в пьезослое почти не возникает вследст-

158

вие малости напряжённости электрического поля. В промежутке времени А/п.ф.

радиокабель нагружен на сопротивление значительно меньшее Жк (режим

«короткого замыкания» источника импульса Щ/). В этом промежутке времени

соответствующая часть общей энергии импульса Ц /) отражается от емкости

Со-г обратно в кабель с изменением фазы (рис. 4.3, в). По окончании А/п.ф. по­

является напряжённость поля в пьезослое (рис.4.2) вследствие заряда ёмкости

Рис. 4.4. Волновая сетка для импульса р 0 (1) :К 10 - к оэф ф и ц и ен т отр аж ен ия от границы 1;0; К 12 - к оэф ф и ц и ен т отр аж ен ия от границы 1;2;

В 12 - к оэф ф и ц и ен т п р о х о ж д ен и я р 0 (1) ч ер ез

гран иц у 1;2 п о сл е отр аж ен и я от границы 1;0

Со-г импульсом и(/) и грани пьезослоя излучают ударные импульсы давления

в среды 0; 1; 2. Полный отражённый импульс от емкости Со-г (Ц р)) имеет би­

полярную форму (рис. 4.3, в). Импульс П'(1) можно наблюдать на входном

конце радиокабеля. Существенное значение имеет амплитуда первого пика

№(!), ибо она пропорциональна величине ёмкости Со_г. Если вместо ПЭ-Г

включить обычный конденсатор, то также имеется П'({) биполярной формы,

амплитуда первого пика которого пропорциональна величине ёмкости кон­

денсатора. Таким образом, методом сравнения можно определить величину

ёмкости Со-г.

Часть энергии импульса давления Р(/), возникающего на границе 1;2,

излучается в пьезосреду (обозначим р 0 ( 1)), другая часть в оргстекло р 0 ( 1).159

Импульс р 0 ( I) в момент времени ? = А?п.ф. + ^п/сп достигает границы 1;0 и

часть его энергии отражается с изменением фазы (условие (4.3)) обратно в

среду 1 (рис. 4.4). Процесс последовательных отражений импульса р 0(г) от

границы 1;0 и 1;2 можно изображать в виде волновой сетки [59]. С целью уп­

рощения рассмотрения процесса многократных отражений не будем учиты­

вать отражения импульса давления, излучаемого гранью 1 ;0 в среду 1 .

Коэффициенты К\0, Р 12, В 12 можно определить в соответствии с

РоСо;р\С\;р2с2 согласно [70]. Процесс первого отражения р 0(?) от границы 1;0

сопровождается возникновением электрического напряжения на Со-г, т.е. фор­

мируется первый «индуктированный» импульс, имеющий полярность, совпа­

дающую с полярностью П(1). На рис. 4.4 показан процесс последовательного

обхода импульсом р 0 (?) толщины пьезослоя. После первого возникает второй

«индуктированный» импульс, имеющий полярность обратную, относительно

полярности Ц(р. На рис. 4.3, в «индуктированные» импульсы не показаны, но

их можно наблюдать и непосредственно на ПЭ-Г на фоне напряжения разряда

Со-г (рис. 4.3, в). Поле каждого «индуктированного» импульса влияет на про­

цесс отражения р® (?) от границы сред 1;0 и 1;2. Эти границы становятся

«мягче», чем определенные согласно соотношений волновых сопротивлений

сред. Возникновение на обкладках ПЭ-Г совокупности «индуктированных»

импульсов в сущности означает, что возбуждённый пьезоэлемент является

пьезогенератором. Форма каждого последовательного импульса давления, от­

ражённого от границы сред 1 ;0 и 1 ; 2 несколько отличается от формы преды­

дущего отраженного импульса. Согласно волновой сетке формируется ряд

элементарных однополярных импульсов, прошедших в оргстекло. Возникно­

вение совокупности элементарных импульсов (обозначим Р2({)) происходит с

задержкой равной А?п.ф. относительно ? = 0 (рис. 4.3, б).

Процесс формирования Р2({), согласно волновой сетке можно записать в

виде

160

п

р2 (I ) = Р0 (I) + д 2 р° ({)]г К,; к - 1, (4.5)1

где п - порядковый номер обхода импульсом Р 0 ( I) двойной толщины пье­

зослоя.

Геометрическая прогрессия (4.5) сходится, т.к. Я10К12<1. Импульс Р20 ({)

не является членом геометрической прогрессии. Импульсы Р20 ({) и Р10 ({)

суммарного сигнала Р2( 0 соответствуют обратному пьезоэффекту пьезослоя

(рис. 4.2). Следовательно, возбуждённый ПЭ-Г излучает сигнал Р2(0 в орг­

стекло, излучает импульс ультразвука в среду демпфера и «излучает» сово­

купность «индуктированных импульсов» в соединительный кабель. В случае

применения длинных соединительных кабелей необходимо принять меры,

обеспечивающие отсутствие отражения сигнала П'({) от входного конца ра­

диокабеля.

Нас интересует возможность уменьшения длительности Р2 ({). Оги­

бающая амплитуд ряда элементарных импульсов, согласно геометрической

прогрессии (4.5), имеет вид спадающей экспоненты. Значение Р 12РХ (I) Кю

(первый обход импульса Р10 ({) двойной толщины пьезослоя) примем в каче­

стве амплитуды экспоненты. Длительность Р2 ({) можно определить, если из­

вестна постоянная времени экспоненты.

Найдем число обходов импульса Р10 ({) двойной толщины пьезослоя, не­

обходимое для уменьшения амплитуды в е раз. Это число обозначим N. Одна­

ко пьезослой представляет собой дискретную систему, собственный масштаб

времени которой равен 2^п/си = Т. Следовательно, промежуток времени, соот­

ветствующий числу N, есть дискретная постоянная времени пьезослоя

х = N7. (4.6)

Согласно (4.5), принимая Р Х2РХ ({) К10 = 1, получим

161

е =1/д;0'0 2 . (4.7)

Следовательно, значение N легко определить по формуле

№ о« 1 2 )Л' = 1/е. (4.8)

Но необходимо учитывать, что реально не существует одно значение N точно

удовлетворяющее (4.8). Можно найти два значения N согласно формуле (4.8).

Из этих двух значений необходимо выбрать одно, более соответствующее

(4.8), т.е. необходима аппроксимация. Найдем N удовлетворяющее неравен­

ству (О10О12 )^ > 1 /е (при этом разность между членами неравенства должна

быть минимально возможной) и N согласно неравенству (О10О12 )^ 2 < 1/е. По­

нятно, что ^ - N ^ 1 . Из N и N2,, например, выбираем ^ . Число N равно­

значно т1, т.е. т1 = N{1. Следовательно, длительность Р2({) приближенно равна

Т + 3т1. Можно записать временной дискретный коэффициент затухания ам­

плитуд элементарных импульсов (члены геометрической прогрессии) в виде

а 1 = 1 /т 1 . Нас интересует возможный случай, когда т1 = 1Т, т.е. случай мини­

мальной длительности Р 2(0 ~ 4Т. Согласно (4.8) для этого случая имеем

О 0О 2 = 1/е. Следовательно, для реализации минимальной длительности Р2({)

необходимо уменьшать О10 (уменьшение 0 12 не представляется возможным

ввиду неизменности р 1с1 и р2с2). Можно определить минимально возможную

добротность [60] сильно демпфированной пьезопластины по формуле

^= кЫ1 « 3. (4.9)

Выражение (4.5) для импульсов, излучаемых обеими гранями пьезопла­

стины, можно записать в виде

р2 ( ') = р2» ( ') + ( 2 0 о 0 ( ') е ■ *>0' , (4.10)

где ю0 = 2 п / Т = лтп / ^ - угловая частота. Заметим, что знак минус в (10)

появился т.к. О 0О 2 < 1 .

162

В комплексе Интроскоп-02.02 может быть сформировано и(Х)= 0,1мкс,

что удовлетворяет условию (4.4). В момент X = 0 выходной конец радиокабеля

оказывается в режиме короткого замыкания (к.з.), так как Со-г обычно более

2000 пФ. Режим к.з. длится Ахп.ф (рис.4.3, а), то есть в течение этого времени

некоторая длина радиокабеля, отсчитываемая от конца, находится под током

к.з. Этот отрезок кабеля обладает свойством обычной индуктивности, кото­

рую обозначим ^ к. Возникший импульс магнитного поля исчезает при оконча­

нии режима к.з. и возникает пик обратной полярности импульса [/'(X)

(рис. 4.3, в). Для практики наличие Ьк имеет существенное значение [171, 172],

так как возможно возникновение колебаний в последовательном контуре

ЬкСо-т, Заметим, что при использовании короткого радиокабеля, необходимо

принимать меры по уменьшению влияния колебаний контура ^ кСо-г. Однако, в

некоторых случаях можно использовать для увеличения амплитуды Р 2(Х), что

имеет место, когда период колебаний равен Т = 2РП / сп.

Импульс Р2(Х) проходит в оргстекло (рис. 4.1) и часть энергии отражает­

ся от границы сред оргстекло - вода (обозначим Р о-в(Х)), а другая часть отража­

ется от границы вода - сталь (обозначим Р в-с(Х)). Малая часть энергии Р2(Х)

проходит в сталь (зондирующий импульс) и отражается от поверхности рас­

слоения (акустический ^-сигнал). Акустический ^-сигнал через КСЖ и орг­

стекло Оп (призма ПЭ-П) попадает на поверхность ПЭ-П. На выходе ПЭ-П

формируется электрический ^-сигнал, усиливаемый радиоусилителем дефек­

тоскопа. Далее импульсы ультразвука, реверберирующие в КСЖ, будем обо­

значать без аргумента X. До появления ^-сигнала на выходе радиоусилителя

(рис. 4.5) появляется первый импульс Р в-с (первое отражение от границы вода-

сталь). Если подповерхностное расслоение находится на глубине 2 мм, то

промежуток времени между 1 -м Р в-с -импульсом и основным ^-сигналом равно

0,8 мкс. При отсутствии расслоения после 1-гоРв-с -импульса появляется

2-и Р в-с -импульс, а также возможны 3-и Р в-с и 4-и Р в-с -импульсы. Примем тол­

щину КСЖ равной 0,7 мм, что соответствует интервалу времени между 1-мРв-с

и 2-мРв-с -импульсами, равному 1 мкс. При наличии расслоения на глубине163

2 мм основной д-сигнал во времени расположен между 1-м Рв-с и 2-м Рв-с-

импульсами. Однако д-сигнал можно удовлетворительно наблюдать при от­

сутствии интерференции между 1-м Рв-с и 2-м Рв-с -импульсами. Это возможно

при малой длительности зондирующего импульса: Р 2(0 должен содержать не

более 4Т, то есть длительность Р2(0 должна быть равной 0,8 мкс. Использова­

ние акустического экрана в конструкции р/с ПЭП (рис. 4.1) обеспечивает ма­

лую амплитуду 2-го Рв-с -импульса (желательно меньше амплитуды основного

д-сигнала в 2 раза).

При разработке и изготовлении р/с ПЭП необходимо принять меры, ми­

нимизирующие электромагнитную связь между ПЭ-Г и ПЭ-П, так, чтобы уро-

Рис. 4.5. Осциллограмма импульсов, наблюдаемых на выходерадиоусилителя:

Р ^ в - им пульс, отр аж ён ны й от границы ор гстек л о-в ода , приняты й П Э -Г и н аведенн ы й

на П Э -П ; Рв_с - и м п ул ьс от границы вода-сталь, приняты й П Э -Г и н аведенн ы й на П Э -П ;

1-й Р-с и 2 -й Р _ с - первы й и втор ой и м пульсы от границы вода-сталь, приняты е П Э -П ;

д-си гн ал - эх о си гн а л от п л о ск о д о н н о го отв ерсти я 0 4 м м на гл уби н е 10 м м в стальном п л оскоп ар ал л ел ьн ом образц е; д '-си гн ал - повторн ы й д-си гн ал , о бусл ов л ен н ы й

т ол щ и н ой К С Ж ; Д -си гн ал - дон н ы й эх о си гн а л о б р а зц а ^ 25 м м

вень импульса напряжения, наведенный на ПЭ-П при возбуждении ПЭ-Г, был

минимальным. Экспериментально установлено, что амплитуда импульса, на­

веденная на ПЭ-П должна быть не более 0,002 амплитуды импульса возбуж­

дения ПЭ-Г. При нарушении этого условия ПЭ-П излучает нежелательный

импульс ультразвука и принимает мешающие эхосигналы, амплитудой кото­

рых нельзя пренебречь.

164

Как правило, время задержки импульса Р 2(0 в призме Ог (рис. 4.1)

меньше времени задержки импульса ультразвука в призме Оп. Отражения Р2({)

от границы оргстекло-вода и вода-сталь оказываются принятыми ПЭ-Г, на вы­

ходе которого формируется импульс Р о-в и импульс Рв-с, а на ПЭ-П в эти мо­

менты времени не поступают импульсы ультразвука. Однако, если коэффици­

ент усиления радиоусилителя не менее 2 0 0 , то на выходе наблюдается им­

пульс (рис. 4.5) малой амплитуды ( р Г ) вследствие наличия некоторой элек­

тромагнитной связи между ПЭ-Г и ПЭ-П. После рГ наблюдается рГс. Вре­

менной интервал между { = 0 и рГ равен 4 мкс (при толщине призмы 5 мм),

что соответствует времени между моментом появления Р2({) и моментом

приема ПЭ-Г отражения от границы оргстекло-вода. После основного

д-сигнала наблюдается д'-сигнал существенно меньшей амплитуды, обуслов­

ленный толщиной КСЖ. Кроме основного Д-сигнала (донного эхосигнала)

иногда наблюдаются повторные Д-сигналы меньшей амплитуды, также обу­

словленные толщиной КСЖ.

Для практики существенный интерес представляет 1-и Р в-с-импульс, су­

ществующий всегда при наличии КСЖ. Этот импульс целесообразно исполь­

зовать для формирования переднего фронта строб-импульса, используемого

для задания зоны контроля стенки трубы. Исчезновение строб-импульса озна­

чает отсутствие акустического контакта между р/с ПЭП и поверхностью стен­

ки трубы. Полезный эффект состоит в том, что имеет место стабильность за­

пуска строб-импульса, обусловленная отсутствием зависимости от толщины

КСЖ.

При выявлении подповерхностного расслоения, например, на глубине

2 мм, после основного д-сигнала возникают повторные д-сигналы вследствие

наличия толщины слоя металла (поверхность расслоения и поверхность стен­

ки трубы). Все повторные д-сигналы интерферируют с 2-м Р в-с, 3-м Р в-с и даже с

4-м Р в-с-импульсом. В результате интерференции формируется суммарный

д-сигнал значительно большей амплитуды, чем основной д-сигнал. В конст­

165

рукции акустического блока применяются «башмаки», используемые для за­

дания толщины КСЖ. Линию торца акустического экрана р/с ПЭП обычно

ориентируют параллельно образующей трубы. Отметим полезный эффект, за­

меченный во время проведения лабораторных исследований: при перемеще­

нии р/с ПЭП относительно стенки трубы амплитуда д-сигнала оказывается бо­

лее стабильной относительно амплитуд Р в-с-импульсов. Этот эффект обуслов­

лен тем, что отражающая поверхность расслоения в большинстве случаев

меньше отражающей поверхности границы вода-сталь.

Интервал времени между 1-мРв-с и 2-мРв-с -импульсами можно использо­

вать для контроля толщины КСЖ в процессе перемещения р/с ПЭП относи­

тельно неподвижной трубы (точность измерения должна быть не хуже

± 0 ,1 мм).

В дефектоскопическом комплексе Интроскоп-02.02 выход ПЭ-П соеди­

нен с входом радиоусилителя [173] (рис. 4.6) длинным радиокабелем, то есть

необходимо учитывать возможные отражения д-сигнала (и других эхосигна-

лов) от конца кабеля, соединенного с входом усилителя. Примем, что д-сигнал

имеет вид

д (х ) = А е" “1/+'/“о/. (4.11)

Электрический эхосигнал формируется на выходе ПЭ-П, то есть на

электрической ёмкости более 2000 пФ. Следовательно, источник д-сигнала

имеет внутреннее реактивное сопротивление равное 1/шСо-п, где ю2 = ю* - а*

(ю - угловая частота затухающих колебаний). Для частоты 5 МГц длитель­

ность 1-го полупериода д-сигнала равна 0,1 мкс. Вместо полного сигнала (4.11)

можно рассматривать процесс только для первого полупериода. Кроме того, с

целью упрощения задачи, 1 -й полупериод заменим видеоимпульсом Ц/п(Х) по

условию: длительность Ц/п(Х) существенно меньше 0 ,1 мкс, а амплитуда равна

А0.

Пусть в момент X = 0 в точке а (рис. 4.6) появился Щх). В момент време­

ни X = /к / ск, где ск - скорость распространения импульса в кабеле, Пп(1)

166

появится в точке б. Если входное сопротивление усилителя (Явх) равно Жк

(обычно Жк = 50 Ом), то нет отражения ЦУи(0 от конца кабеля, подключенного

к входу усилителя, то есть отсутствует реверберация П„({) между концами ка­

беля. Аналогично отсутствует реверберация при появлении на выходе ПЭ-П

реальных эхосигналов.

Однако могут возникнуть нежелательные НЧ колебания, обусловленные

Рис. 4.6. Схема соединения ПЭ-П с радиоусилителем:1/ш Со-п - и сточ ни к д -си гн ал а (в ы ход П Э -П ); /. - радиокабель;

точка а - в х о д н о й к он ец кабеля; точка б - в ы ход н ой к онец кабеля

наличием сосредоточенной индуктивности кабеля и ёмкости Со-п. Влияние НЧ

колебания можно устранить, шунтируя вход усилителя индуктивностью, на­

пример, равной 10 мкГ. Таким образом, амплитуда д-сигнала на выходе ра­

диоусилителя не зависит от длины кабеля при Жк = Квх. Однако в ряде случаев

процесс реверберации д-сигнала между концами кабеля можно использовать

для существенного увеличения его амплитуды.

Сущность процесса реверберации описана в [54]. Примем, что в момент

{ = 0 видеоимпульс и„({) в точке а имеет положительную полярность. В мо­

мент времени /к / ск импульс и„({) появляется в точке б. Если Жк <Квх, то и„({)

отражается без изменения фазы. Отраженный импульс Ц/'(') в момент времени

2 /к / ск появляется в точке а и отражается с изменением фазы, так как на прак­

тике более часто Жк >1/шСо-п. Значение 2 /к / ск представляет собой полпериода

процесса реверберации (0,5Тк). Полный период Тк равен 4 /к / ск. При

Тк * 2 / сп процесс реверберации, а точнее, процесс суммирования много­

167

кратных отражений эхосигнала от концов радиокабеля увеличивает амплитуду

д-сигнала на входе усилителя. При использовании р/с ПЭП рабочей частотой 5

МГц оптимальная длина радиокабеля равна 8 - 10 м. Экспериментальная про­

верка использования процесса реверберации (суммирования) для увеличения

чувствительности дефектоскопа показывает, что при Квх > 1 кОм имеет место

увеличение амплитуды д-сигнала в 3.. .5 раз по отношению к случаю, когда

Квх= Жк. Этот эффект полезен для увеличения соотношения “сигнал-шум” на

входе усилителя дефектоскопа.

Выполним сравнение описанного режима излучения р/с ПЭП с приня­

тыми терминами и определениями согласно ГОСТ 23702-90. Рассматривая

приложение 1 этого нормативного документа, отметим необоснованное ис­

пользование большого числа электрических параметров и характеристик ПЭП,

которые сложно измерить в условиях потребителя. Наибольшую сложность

представляет определение передаточной функции ПЭП. Например, переда­

точная функция « Кш » определена в виде комплексного отношения в функ­

ции частоты электрического напряжения холостого хода эхосигнала, разви­

ваемого ПЭП, к току возбуждения ПЭП. Понятие «ток возбуждения ПЭП»

применимо в случае непосредственного подключения ПЭП к выходу генера­

тора радиоимпульсов. Выходной импеданс генератора должен быть малым, то

есть необходимо использовать режим заданного напряжения. При резонанс­

ном возбуждении ток, протекающий через ПЭП, имеет максимальное значе­

ние, и излучаемый импульс ультразвука имеет максимальную амплитуду. Для

этого случая вполне приемлемо понятие передаточной функции « Кш ». Заме­

тим, что ток возбуждения должен содержать достаточное число колебаний

так, чтобы накапливаемая пьезопластиной колебательная энергия почти дос­

тигла предела, то есть генератор должен генерировать радиоимпульсы доста­

точной длительности. В комплексе Интроскоп-02.02 режим резонансного воз­

буждения р/с ПЭП не используется, а используется возбуждение видеоим­

пульсом Ц(1) длительностью 0,1 мкс (рис. 4.3, а). Ток, протекающий через

168

ПЭ-Г, содержит три составляющие: ток смещения, ток заряда и ток разряда

(рис. 4.3, в). При этом ток разряда направлен обратно току заряда и току сме­

щения. В промежутке времени существования тока смещения Ахп.ф (рис. 4.3, а)

разность потенциалов на обкладках пьезопластины (рис. 4.2) равна нулю, то

есть отсутствует давление на гранях пьезопластины (рис. 4.3, б). Отметим, что

электрические параметры и характеристики преобразователей, приведенные в

ГОСТ 23702-90, основаны на результатах работы [51]. Задачи определения пе­

редаточных функций ПЭП рассмотрены и в работе [124].

Можно констатировать, что имеются научные определения передаточ­

ных функций ПЭП, но потребителя интересуют параметры и характеристики

ПЭП, которые можно использовать в практике применения ПЭП.

В европейском нормативном документе ЕШ2668-2 отсутствует опреде­

ление передаточной функции ПЭП. Здесь определена относительная эхо­

импульсная чувствительность, что вполне приемлемо для практического при­

менения ПЭП. Все электрические параметры и характеристики ПЭП, приве­

денные в этом стандарте, обоснованы и легко измеряемы. Отметим некоторые

особенности настоящей работы в сравнении с требованиями стандарта

ЕШ2668-2. Пункт 6.1 содержит примечание: «Не рекомендуется использовать

кабели длиной более 2 м, поскольку они могут оказывать влияние на характе­

ристики преобразователя». В установке НК-362 используются кабели длиной

25 - 30 м. Режим излучения р/с ПЭП рассматривается с момента появления

возбуждающего видеоимпульса (рис. 4.3, а) на выходе кабеля (X = 0). В этом

случае отпадает необходимость определения выходного импеданса генерато­

ра, нагруженного на входное сопротивление кабеля, равное волновому сопро­

тивлению Жк.

В установках автоматизированного контроля применяют специальную

схему соединения р/с ПЭП с выходом генератора возбуждения и входом ра­

диоусилителя, используя длинные кабели. Применение короткого кабеля при­

водит к необходимости использования выносного электронного блока, экс­

плуатация которого в ряде случаев оказывается малоприемлемой. До установ-169

ки р/с ПЭП в акустический блок часто осуществляют его проверку, используя

ручной дефектоскоп, например, УД2-12. Однако, специальная схема соедине­

ния р/с ПЭП с аппаратурой существенно отличается от схем, используемых в

ручных дефектоскопах. Это различие приводит к некорректности результатов

проверки на ручном дефектоскопе. Более приемлема проверка ПЭП с исполь­

зованием системы АВГУР 5.4 фирмы «Эхо+» [35].

Длинный кабель, соединяющий выход генератора возбуждения с ПЭ-Г

(рис. 4.1), можно рассматривать в виде излучающей антенны, а кабель, соеди­

няющий ПЭ-П с входом радиоусилителя, можно рассматривать в виде приём­

ной антенны. При возбуждении ПЭ-Г неизбежно имеет место некоторое воз­

буждение ПЭ-П. На выходе ПЭ-П появляются нежелательные шумовые сиг­

налы. Уменьшение влияния этих шумовых сигналов возможно при уменьше­

нии связи между кабелями-антеннами. Кроме этого, имеется некоторая ёмко­

стная связь между этими кабелями, которую тоже необходимо уменьшать.

При разработке схемы и конструкции р/с ПЭП необходимо создавать

условия слабой электромагнитной связи между ПЭ-Г и ПЭ-П, а также условия

слабой возбуждаемости ПЭ-П при сохранении приемлемых условий приёма

эхосигналов. В состав электрических характеристик р/с ПЭП, предназначен­

ных для работы в автоматизированных установках, полезно включить харак­

теристику - «возможность работы при использовании длинных соединитель­

ных радиокабелей».

4.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЩЕЛЕВОГО АКУСТИЧЕСКОГО КОНТАКТА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ТРУБ

Как отмечено выше, толщинометрия краевых полос концов электросвар-

ных труб диаметром 520 - 1420 мм в потоке производства, становится обяза­

тельной сдаточной операцией, направлена на обеспечение стандартизованного

допуска по толщине стенки трубы и рекомендована к выполнению на участках

УЗ контроля сплошности металла на концах труб.

170

В известных в настоящее время ультразвуковых системах, применяемых

для измерения толщины стенки бесшовной трубы, используют прямые совме­

щенные иммерсионные ПЭП. При этом излучение и прием импульсов ультра­

звука осуществляют через достаточно толстый слой воды, так, для стенок 10 -

40 мм толщина слоя воды должна быть 12 - 15 мм. В этих установках в ПЭП

располагают под трубой, а их акустическую ось совмещают с диаметром тру­

бы, при этом рабочую поверхность ПЭП ориентируют горизонтально. Разме­

щение ПЭП над трубой имеет существенное ограничение в связи с образова­

нием пузырьков воздуха в воде и их «прилипанием» к рабочей поверхности

ПЭП. Даже существенное усложнение акустического блока, не устраняет это­

го явления и не позволяет вести ультразвуковой контроль с приемлемой дос­

товерностью.

При контроле сплошности металла стенки краевых полос в автоматизи­

рованных установках типа НК362 с дефектоскопическими комплексами Ин-

троскоп-02.02 применяют раздельно-совмещённые ПЭП с использованием

щелевого способа создания акустического контакта между ПЭП и поверхно­

стью стенки трубы [174]. Щелевой способ дает возможность размещать р/с

ПЭП на любом участке периметра трубы и практически свободен от воздуш­

ных пузырьков. Размещение ПЭП для ультразвукового толщиномера в общем

акустическом блоке установки обусловило для измерения толщины стенки так

же использовать щелевой контакт, что потребовало выполнения исследований

по определению возможности применения щелевого способа для р/с ПЭП в

системе измерения толщины стенки. Кроме того, учитывая, что механоакусти-

ческие блоки в установках НК362 удалены от электронной аппаратуры на

большом расстоянии, исследования по применению щелевого акустического

контакта для системы измерения толщины должны учитывать использование

соединительного радиокабеля длиной 25 - 30 м.

В известных иммерсионных системах измерения толщины, эхосигнал от

наружной поверхности стенки трубы используют для формирования передне­

го фронта измерительного импульса (ИИ). После ряда экспериментальных ис-171

следований с использованием р/с ПЭП на 5 МГц по определению возможно­

сти использования щелевого способа акустического контакта для измерения

толщины предложена схема (рис. 4.7) формирования переднего фронта ИИ.

Генератор импульсов в момент времени { = 0 формирует на входе соедини­

тельного радиочастотного кабеля (волновое сопротивление 50 Ом) видеоим­

пульс отрицательной полярности (амплитуда 100 В, длительность 0,1 мкс на

уровне 0,1). Видеоимпульс имеет экспоненциальную форму: длительность пе­

реднего фронта не более 0,01 мкс. Сопротивление выходной цепи генератора

меньше 10 Ом.

Р и с . 4 .7 . С х е м а ф о р м и р о в а н и я п е р е д н е г о ф р о н т а и з м е р и т е л ь н о г о и м п у л ь с а

В момент времени I = 0,2 мкс видеоимпульс появляется на выходе ра­

диокабеля и возбуждает излучающий пьезоэлемент (ПЭ-Г) преобразователя

через специальный ВЧ трансформатор. Вследствие реакции трансформатора

на возбуждающий видеоимпульс возникает импульс положительной полярно­

сти, распространяющийся к входу соединительного радиокабеля. Уровень это­

го импульса должен быть малым так, чтобы он не попадал в выходную цепь

генератора импульсов. Возбужденный ПЭ-Г в момент { = 0,2 мкс излучает в

призму из оргстекла короткий импульс (толщина призмы 5 мм). Излучённый

импульс УЗК отражается от границы сред оргстекло-вода. В момент времени

{ = 4 мкс (рис. 4.8) этот отражённый импульс в виде электрического импульса

172

(о-в) появляется на входе соединительного радиокабеля и поступает на вход

фильтра ВЧ, выход которого соединен с входом селектора 1. После импульса

о-в на вход селектора 1 поступает первый отражённый импульс от поверхно­

сти трубы в-с1. Буквами «в» и «с» обозначена граница сред вода-сталь, а бук­

вами «о» и «в» граница сред оргстекло-вода.

Временной интервал между импульсами о-в и в-с1 обусловлен толщиной

водяной щели (на рис. 4.7 она обозначена буквой 5). Этот же временной ин­

тервал имеется между импульсами в-сь в-с2 и другими отражениями от по­

верхности трубы. При 5 = 2 мм временной интервал равен 1,5 мкс. На выходе

селектора 1 необходимо получить импульс в-с1, который используется для

формирования переднего фронта ИИ, как в известных импульсных иммерси­

онных системах измерения толщины. Необходимо учесть, что уровень ампли­

туды сигнала в-с1 не оказывается стабильным, из-за вибрации поверхности

трубы при ее вращении относительно неподвижного р/с ПЭП.

Заметим, что уровень амплитуды сигнала о-в меньше сигнала в-с1, и не

зависит от вибрации поверхности трубы. С помощью фильтра ВЧ удается по­

лучить длительность сигналов о-в, в-с1 и в-с2 до 0,5 мкс на уровне 0,2.

При увеличении

5, например, более

3 мм, могут возник­

нуть трудности с за­

полнением щели во­

дой, а также возмож­

но появление пузырь­

ков воздуха. Можно

принять допустимые изменения 5 в пределах от 1 мм до 2 мм.

На рис. 4.9 приведена схема канала формирования заднего фронта ИИ.

Часть энергии сигнала, излученного ПЭ-Г, проникает в металл стенки трубы.

Импульс, отражённый от внутренней поверхности стенки (донный эхосигнал)

проходит водяную щель, оргстекловую призму (толщина призмы 10 мм) и173

воздействует на приёмную пьезопластину (ПЭ-П). Выход ПЭ-П соединен с

входом радиочастотного кабеля (Ьк = 25 м) через специальный ВЧ трансфор­

матор. Выход кабеля через защитную цепь соединён с входом усилителя

(входное сопротивление 50 Ом). Первый донный эхосигнал Д 1 появляется на

выходе усилителя в момент 1 = 12,5 мкс, при толщине стенки трубы 15 мм и

5 = 2 мм (рис. 4.10). Кроме сигнала Д1, необходимого для формирования зад­

него фронта ИИ, на выходе усилителя имеется ряд других сигналов, которых

не должно быть на выходе селектора 2 .

Первый эхосигнал от наружной поверхности стенки трубы с 1 появляется

на выходе усилителя в момент { = 7,5 мкс. После сигнала с1 с интервалом

1,5 мкс появляются сигналы с2, с3 и даже с4. Сигнал с1 во времени появляется

позже на 2 мкс относительно сигнала в-с1, формирующего передний фронт ИИ

(это обусловлено разной высотой призм ПЭ-Г и ПЭ-П).

Рис. 4.9. Схема канала формирования заднего фронта измерительного импульса

Сигнал с2 является помехой и необходимо принять меры, чтобы уровень

этого сигнала был малым так, чтобы его совпадение с сигналом Д 1 не вызыва­

ло недопустимого искажения ИИ. Это условие справедливо и для сигнала с3 и

даже с4. Сигнал с2 совпадает с сигналом Д 1 при толщине стенки трубы, равной

5 мм, то есть при минимально возможной измеряемой толщине. Для толщин

более 5 мм влияние сигнала с2 отсутствует. Малость уровня сигналов-помех

174

можно обеспечить выбором угла наклона пьезоэлементов ПЭ-Г и ПЭ-П, отно­

сительно плоскости акустического экрана, например, равным 2°. Заметим, что

малый уровень сигналов-помех можно реализовать и другими особенностями

конструкции р/с ПЭП.

После появления на выходе усилителя сигнала Д 1 (рис. 4.10) появляются

«повторы» этого сигнала (Д11, Д 111 и т.д.), обусловленные наличием водяной

щели. Временной интервал между сигналом Д 1 и его «повторами» задан тол­

щиной водяной щели. При 5 ^ = 1 мм этот интервал равен 0,7 мкс, что доста­

точно для реализации временного выделения сигнала Д1. Таким образом, на

выходе селектора 1 появляется сигнал в-с1, а на выходе селектора 2 возникает

сигнал Дь используемые для формирования измерительного импульса. Реаль­

но толщина стенки трубы пропорциональна временному интервалу между

сигналами с1 и Д 1, то есть ИИ содержит постоянную составляющую, равную

2 мкс.

4.3. ВЫВОДЫ

1. Исследованы и разработаны способы ультразвуковой дефектоскопии

и толщинометрии краевых полос стенки магистральных труб с помощью спе­

циализированных р/с ПЭП, соединённых с аппаратурой комплекса длинными

радиокабелями.

175

2. При разработке схем и конструкции р/с ПЭП рекомендовано обеспе­

чивать условия слабой электромагнитной связи между передающим и приём­

ным преобразователями, а также снижения электромагнитных наводок при

приёме эхосигналов.

3. Разработаны рекомендации по уменьшению ёмкостной и электромаг­

нитной связей между кабелями-антеннами и снижению влияния шумовых

сигналов - наводок на информативные сигналы из зоны контроля.

4. В состав технических характеристик ПЭП, предназначенных для ра­

боты в автоматизированных установках, рекомендовано включать характери­

стику: «возможность работы при использовании длинных соединительных

радиокабелей».

5. Процессы толщинометрии и дефектоскопии концов труб целесооб­

разно объединять на одном участке сдаточного контроля, что позволяет сокра­

тить затраты на производство, сформировать общий протокол контроля на

трубу.

176

ГЛАВА 5. СОЗДАНИЕ УСТАНОВОК УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ТРУБ В ПОТОКЕ

ПРОИЗВОДСТВА

Стремительное развитие микроэлектроники и вычислительной техники в

последние десятилетия положительным образом отразилось на совершенство­

вании принципов построения установок автоматизированного УЗ контроля

электросварных труб в условиях производства. На смену громоздким малока­

нальным аналоговым системам поэтапно внедрялись новые цифровые системы

и технологии, программируемые логические матрицы, системы обработки и

отображения информации на программном уровне, а также управление работой

установок по алгоритму: программная загрузка параметров установки, прове­

дение контроля, выполнение обработки результатов контроля в реальном мас­

штабе времени, формирование и выдача паспорта контроля в АСУ ТП цеха и

завода.

5.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСТАНОВОК АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЗ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ

ТРУББазовой структурной единицей современной установки является компью­

теризированный многоканальный дефектоскопический комплекс, который мо­

жет быть построен по одному из нижеследующих вариантов [177]. На рис. 5.1

показана структурная схема многоканального комплекса с последовательно-па­

раллельной организацией каналов контроля. В данной схеме до восьми ПЭП

подключаются к одному мультиплексору, который организует после­

довательную работу группы из восьми каналов, передавая полученную инфор­

мацию в соответствующий модуль обработки. Другая последовательная группа

каналов управляется следующим мультиплексором, который связан со своим

модулем обработки, и т.д. Группы каналов по времени могут работать парал­

лельно. Модули обработки монтируются на шасси промышленного компьюте­

ра (ПК) и связаны с компьютером через РС1 шину. Их число определяется ко­

личеством мультиплексоров. Основные недостатки ограниченная производи­

177

тельность за счет последовательной работы групп каналов и относительно вы­

сокая удельная стоимость.

На рис. 5.2 показана структурная схема многоканального комплекса с па­

раллельной организацией каналов контроля, состоящих из модульных Д-ка-

налов (одноканальных дефектоскопов). В данной схеме каждый Д-канал - это

специализированный одноканальный дефектоскоп с полным набором приёмо­

передающих и обрабатывающих функций, позволяющий реализовать необхо­

димые алгоритмы контроля. Модули объединены через специализированную

шину с головным ПК, в который передают обработанную информацию и ви­

деосигналы. ПК осуществляет отображение сигналов, А-скан, В-скан, сбор и

хранение всех данных, дублирование информации и т.д. По такой структуре

построены многоканальные комплексы в установках для контроля сварных

швов 8К Ш -Ш , 8К Б Р-8Р фирмы КгаИкгатег [144], 8КЦЪ фирмы Каг1 Беи^сЬ

[145]. Достоинства - высокая производительность, за счет возможности парал­

лельной работы каналов, недостаток - высокая стоимость.

На рис. 5.3 показана структурная схема многоканального комплекса с па­

раллельной организацией каналов контроля - управляющего вычислительного

дефектоскопического комплекса (УВДК). В данной структуре модульные де­

фектоскопические блоки монтируются на шасси ПК и объединяются через 18А

шину. Достоинства такой структуры - высокая производительность, за счет

возможности параллельной работы каналов и низкая удельная стоимость. Не­

достатки - количество модулей, а значит и каналов, в одном ПК ограничено

объединительной платой ПК, что несколько ограничивает функциональные

возможности комплекса.

Практические результаты разработки техники и технологий представлены

на примере установок УЗ контроля электросварных труб, в создании которых у

авторов накоплен большой опыт [76]. Аналоговая автоматизированная установ­

ка для контроля сварных швов труб НК-160 на базе многоканальной аппарату­

ры УД-82УА сменилась установкой НК-360, базовым для которой стал ком­

пьютеризированный дефектоскопический комплекс Интроскоп-02.01.178

Р и с . 5 .1 . С т р у к т у р н а я с х е м а м н о г о к а н а л ь н о г о к о м п л е к с а с п о с л е д о в а т е л ь н о ­п а р а л л е л ь н о й о р г а н и з а ц и е й к а н а л о в к о н т р о л я

Р и с . 5 .2 . С т р у к т у р н а я с х е м а м н о г о к а н а л ь н о г о к о м п л е к с а , у к о м п л е к т о в а н н о г о м о д у л ь н ы м и Д -к а н а л а м и

179

Аналоговая автоматизированная установка УД-77БМ, которая десятки

лет успешно использовалась для контроля концов труб на заводах отрасли,

сменилась установкой НК-362, в которой применён многоканальный компью­

теризированный дефектоскопический комплекс Интроскоп-02.02. Многока­

нальные компьютеризированные дефектоскопические комплексы серии «Ин-

троскоп» созданы на базе промышленных компьютеров последнего поколения.

ПЭП 1

«-

ПЭП 2

<г

П Э П /V ,

<—

ПЭП7У2

<—

Р и с . 5 .3 . С т р у к т у р н а я с х е м а м н о г о к а н а л ь н о г о к о м п л е к с а - У В Д К с п а р а л л е л ь н о й о р г а н и з а ц и е й к а н а л о в к о н т р о л я

Новые принципы построения установок автоматизированного УЗ кон­

троля наряду со схемным и структурным совершенствованием развиваются в

направлении адаптации установок к условиям контроля и требованиям норм и

стандартов, создания и внедрения новых методик контроля. Благодаря этому,

реализованы возможности изменения параметров контроля от такта к такту

контроля: регулировки параметров строб-импульсов, управление мощностью

генераторов, изменение схемы подключения ПЭП в процессе контроля в зави­

симости от положения акустического блока. Получена возможность формиро­

вания различных типов ВРЧ и повышения чувствительности контроля за счет

180

статистической обработки сигналов (накопление и фазовое суммирование). Об­

новление аппаратуры и программного обеспечения постоянно расширяет воз­

можности установок, совершенствует возможности применения ранее разрабо­

танных и создания новых способов повышения достоверности результатов

ультразвукового контроля. Это совершенствование методов слежения за свар­

ным швом и контроля акустического контакта, создания и внедрения способов

повышения помехозащищенности процесса контроля, автоматической регули­

ровки усиления каналов дефектоскопии и др. Комплексы на базе промышлен­

ных компьютеров позволяют создавать базы данных, как при настройке уста­

новки, так и запоминания и долговременного хранения результатов контроля,

использовать различные сервисные устройства и выносные мониторы для на­

стройки акустических систем.

По результатам проведенных исследований применительно к контролю

сварных швов труб, выполненных контактной и электродуговой сваркой, и

концевых участков труб сформулированы усовершенствованные принципы по­

строения установок современного уровня для УЗ контроля электросварных

труб [164, 168]. С целью обеспечения высокой достоверности результатов и

производительности контроля при разработке новых систем необходимо обес­

печить:

- совершенствование функциональных узлов аппаратной части - генерато­

ров импульсов возбуждения, усилителей, устройств АРУ и слежения за

швом;

- реализацию результатов исследования акустического тракта примени­

тельно к контролю сварных швов труб в условиях поточного производства

(оптимизация параметров ПЭП, выбор схем прозвучивания с учетом тех­

нологии сварки и характера возникающих дефектов);

- реализацию результатов исследования акустического тракта примени­

тельно к дефектоскопии и контролю толщины стенки концевых участков

труб (оптимизация параметров ПЭП с учетом их работы на длинный ка­

181

бель, выбор схем прозвучивания с учетом характера возникающих дефек­

тов и требований к контролю полосы);

- использование достижений в области информационных технологий (про­

мышленные компьютеры, программные продукты, алгоритмы обработки

информации, обеспечивающие реализацию способов помехозащиты кон­

троля и расшифровки характера дефектов, функции самодиагностики ап­

паратуры и др.);

- разработку функциональных схем с гибкой структурой, позволяющей на­

ращивать функции и объем контролируемых параметров и изменять режи­

мы работы (число каналов, последовательная или параллельная работа и

пр.).

5.2. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ УСТАНОВОК ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЗ КОНТРОЛЯ ТРУБ

Рассмотрим структурное построение установок автоматизированного УЗ

контроля сварных швов и краевых полос концов труб в хронологическом по­

рядке их создания и внедрения в промышленность.

5.2.1. Установки автоматизированного УЗ контроля сварного шваСтруктура установки УД-82УА. Установка разработана для контроля

сварных швов труб с нормированными валиками усиления шва. Установка со­

стоит из электронной стойки и комплекта наклонных ПЭП. Структурная схема

аппаратуры (рис. 5.4) содержит четыре генератора радиоимпульсов (ГРИ) и че­

тыре генератора ударного возбуждения (ГУВ), коммутатор, базовый УЗ-

дефектоскоп УД-11УА, блоки: синхронизации, помехозащиты, автоматической

сигнализации (АСД), диагностики, внешних связей, дефектоотметки (ДО) и пи­

тания (на схеме не показан). Принципиальные электрические схемы узлов и

блоков разработаны на аналоговых и цифровых элементах жесткой логики.

В акустический блок механоакустической системы установки (рис. 5.5, а)

входит 4 комплекта совмещённых наклонных преобразователей. Особенностью

преобразователей является наличие второго пьезоэлемента. Контроль сварного182

шва, труб установкой УД-82УА может быть осуществлён по акустической схеме

типа "К" или "Х", то есть с использованием четырёх каналов. Другие четыре

канала предназначены для определения состояния акустического контакта на­

клонных совмещенных ПЭП, на участке ввода наклонного пучка сдвиговых

волн в металл стенки трубы с помощью опорных донных сигналов, сформиро­

ванных боковыми лепестками диаграммы направленности пьезоэлемента для

наклонного ввода [132].

Р и с .5 .4 . С т р у к т у р н а я с х е м а у с т а н о в к и У Д -8 2 У А

При контроле сварных швов преобразователи устанавливаются в устрой­

ство ориентации [133], которое обеспечивает юстировку преобразователей от­

носительно шва при реализации различных схем прозвучивания, корректировку

угла ввода УЗК в пределах ±5° при изменении акустических или геометриче­

ских параметров контролируемых изделий или температурных условий контро­

ля и позволяет регулировать зазор между основанием преобразователя и по­

верхностью изделия для заполнения его контактной жидкостью.

183

В установке УД-82УА реализован способ регистрации эхосигналов от

дефектов металла сварного шва при контроле в условиях наличия индустриаль­

ных помех большой интенсивности [94, 134]. Кроме защиты от несинхронных

помех использование этого способа дает возможность снизить требования к

точности работы устройства слежения за швом. Однако этот способ предпола­

гает постоянное наличие эхосигналов от дальней кромки валика усиления шва

Ак. Более приемлем другой способ [97], реализованный в УД-82УА, при ис­

пользовании которого отпадает необходимость в постоянном наличии эхосиг-

налов Ак. Подробно приведенные способы рассмотрены в подразделе 3.2.2.

а) б)Р и с . 5 .5 . О б щ и е в и д ы м е х а н о а к у с т и ч е с к и х с и с т е м у с т а н о в о к :

а) У Д 82У А ; б ) И н тр оск оп -К С Ш 1

Другая особенность установки УД-82УА состоит в использовании спе­

циализированного генератора радиоимпульсов на основе трансформатора типа

«длиной линии» [135]. Схема генератора позволяет:

- увеличить мощность радиоимпульса в четыре раза по сравнению с генерато­

рами установок УЗ контроля, выпускавшихся ранее;

- обеспечить формирование радиоимпульсов малой (от 0,4 мкс) длительности;184

- реализовать большую (до 30%) глубину частотной модуляции по заранее за­

данному закону за счет электронной перестройки частоты;

- обеспечить постоянство амплитуды синусоидального напряжения и выходной

мощности по всей глубине модуляции.

Генератор предназначен для формирования радиоимпульсов достаточной

мощности и весьма малой длительности (до одного периода) во всем диапазоне

частот, используемых для УЗ контроля сварных швов. При использовании

большего числа периодов заполнения радиоимпульса (более пяти), например,

колоколообразной формы, предусмотрена возможность плавного изменения

частоты (глубина девиации, регулируемая в пределах +30%). Излучаемый УЗ

импульс качающейся частоты позволяет ослабить воздействие интерференци­

онных явлений и улучшить условия выявления дефектов сварного шва труб.

Впоследствии схема генератора была принципиально обновлена [136],

при этом в качестве задатчика модулирующего напряжения используется про­

мышленный компьютер дефектоскопа. Такая структура генератора позволила

увеличить диапазон перестройки частоты и обеспечить возможность формиро­

вания равномерных пачек импульса УЗ колебаний с огибающей произвольной

формы по заданному закону, включая колоколообразную. Схема генератора

[136] использована в дефектоскопических комплексах Интроскоп-02.01.

В схему аппаратуры УД-82УА введен блок диагностики, который обеспе­

чивает звуковую сигнализацию о появлении неисправности и световую инди­

кацию неисправного узла электронной стойки, что значительно сокращает вре­

мя поиска и устранения неисправностей. Диагностируются следующие ос­

новные узлы электронной стойки: генераторы радиоимпульсов, генераторы

ударного возбуждения, коммутатор, усилитель, блок стробов, синхронизатор и

блоки питания.

В блоке внешних связей предусмотрен аналоговый выход для регистра­

ции результатов контроля и состояния акустического контакта самопишущим

прибором и цифровой выход для подключения к компьютеру.

185

Структура многоканального дефектоскопического комплекса Интро-

скоп-01. С целью оптимизации режима автоматизированного контроля сварных

швов и краевых полос труб, изготовленных методом контактной сварки, создан

компьютеризированный дефектоскопический комплекс серии Интроскоп-01,

который изображен на рис. 5.6 и на базе которого построен ряд установок для

УЗ контроля электросварных труб [39].

Для контроля сварного шва разработана много­

канальная установка Интроскоп-КСШ1. В Интро-

скоп-КСШ1 при контроле труб со снятым заподлицо

гратом, реализованы способы повышения достовер­

ности контроля за счет выявления зоны сварного

шва, слежения за швом [59] и оптимизации контроля,

рассмотренные в разделах 3.1 и 3.2.

Многоканальный комплекс Интроскоп-01 соб­

ран на шасси полноразмерного одноплатного про­

мышленного компьютера со слотами расширения, в

которые установлены оригинальные дефектоскопи­

ческие 8-ми канальные модули последовательного

действия (рис. 5.7). Модуль содержит блок 8-ми ка­

нального генератора, коммутатора и усилителя со

схемами формирования ВРЧ, блок аналогово­

цифрового преобразования и автоматики. Управление блоками и связь между

ними осуществляется через компьютерную 18Л шину. Функции компьютера

состоят в следующем: задание параметров настройки и контроля; управление

режимами работы дефектоскопа; первичная обработка принятой информации;

управление работой дефектоотметчиков с учетом задержки относительно кон­

тролируемого сечения шва трубы; графическое представление информации по

результатам контроля и браковочным критериям (развертка типа В), выдача

паспорта по результатам контроля и обеспечение работы установки контроля в

локальной сети системы АСУ ТП цеха и завода.186

Р и с . 5 .6 . М н о г о к а н а л ь ­н ы й к о м п л е к с И н т р о с к о п -0 1

Для управления работой установки в режиме контроля от акустического

блока поступает информация о наличии трубы и готовности к контролю, после

чего автоматически подаются синхроимпульсы, управляющие работой дефек­

тоскопических модулей, и от датчика координат (датчика линейного переме­

щения трубы) поступают импульсы - координаты перемещения трубы относи­

тельно акустического блока. Сигналы координаты используются для точной

привязки к дефектному сечению шва и управлению работой дефектоотметчи-

ков. Когда сигнал наличия трубы пропадает, система заканчивает контроль

трубы и переходит в режим окончательной обработки информации, принятой в

режиме контроля, формированию паспорта контроля и выдает графическое

изображение на экране дисплея в виде развертки типа В.

Р и с . 5 .7 . В о с ь м и к а н а л ь н ы й м о д у л ь н ы й д е ф е к т о с к о п и ч е с к и й б л о к п о с л е д о в а т е л ь н о г о д е й с т в и я - б а зо в а я е д и н и ц а к о м п л е к с а И н т р о с к о п -0 1

Такое построение аппаратуры делает ее гибкой. Используя различные схе­

мы прозвучивания сварного шва и компьютерную обработку, можно распозна­

вать тип выявленного дефекта по форме и ориентации: плоскостной продоль­

187

ный, объемно-плоскостной продольный, поперечная трещина и объемный. Ис­

пользуя датчик линейного перемещения трубы, можно определять и регистри­

ровать условную протяженность дефекта по оси шва. В зависимости от задан­

ных требований сварной шов может прозвучиваться по различным акустиче­

ским схемам. Аппаратура позволяет осуществлять тактовую схему контроля, то

есть формирование цикла контроля, состоящего из нескольких тактов. Браковку

трубы можно выполнить по нескольким критериям: амплитуда эхосигнала от

дефекта металла шва, условная протяженность, количество дефектов на мерную

длину шва и другие.

Для управления дефектоотметчиками ДО 1, 2, 3, приёма и обработки ин­

формации с датчика координат используется блок управления. Для исключения

пропадания информации при аварийном отключении сети, питание установки

происходит через блок бесперебойного питания, позволяющий продолжить ра­

боту в течение некоторого времени после аварийного отключения питающей

сети и завершить корректно работу установки, не потеряв информацию. В зави­

симости от поставленных задач контроля и, схем прозвучивания, используются

различные акустические блоки и специализированные ПЭП.

Автоматизированные установки Интроскоп-КСШ1 [39], с программным

обеспечением, предназначенным для контроля сварных швов труб выполнен­

ных контактной сваркой со снятым заподлицо гратом (0219 - 530, ф 4 - 12 мм),

внедрены в линии производства электросварных труб на ОАО «ВМЗ». Процесс

контроля реализован следующим образом: труба с исходной позиции поступает

на участок контроля сварного шва и ориентируется сварным швом в зенит.

Акустический блок, закрепленный на подвижной тележке системы (5.5, б),

опускается на поверхность трубы. Два спаренных наклонных совмещённых

ПЭП установлены по обе стороны шва и ориентированы перпендикулярно его

оси. Спаренный ПЭП выполнен в виде двух пьезопластин, имеющих общую

призму из оргстекла и размещенных на фиксированном расчётном расстоянии

друг от друга по периметру трубы в одной плоскости. Одна пьезопластина

предназначена для выявления дефектов шва в средней зоне и дефектов, распо-188

ложенных ближе к внутренней поверхности, а другая для дефектов шва в сред­

ней зоне и дефектов, расположенных ближе к наружной поверхности шва. Ме­

жду двумя основными наклонными ПЭП в центре акустического блока уста­

новлен дополнительный прямой преобразователь. В каждом периодическом

цикле контроля шва выделяется временной такт, в котором дополнительным

преобразователем в стенке трубы возбуждается опорный акустический им­

пульсный сигнал, который принимается основными ПЭП и по величине этого

сигнала судят о качестве акустического контакта [58]. Кроме этого, в каждом

цикле контроля по амплитудному признаку донного эхосигнала, принимаемого

дополнительным ПЭП производится выявление участка трубы по окружности,

содержащего сварной шов, и последующее слежение за ним. Опытным путем

рекомендовано для слежения использовать третий или четвертый донный сиг­

нал. Наведение акустического блока на линию сварного шва и слежение за ним

осуществляется механизмом поперечной коррекции акустического блока.

Акустический блок установки Интроскоп-КСШ1 по направляющей балке

перемещается линейно с равномерной скоростью вдоль образующей трубы и

осуществляет контроль сварного шва. После окончания контроля сварного шва

акустический блок поднимается в исходное положение, и тележка возвращается

в позицию начала контроля, а труба опускается на транспортный рольганг. В

соответствии с алгоритмом работы установки производится обработка инфор­

мации, её регистрация и выдача команды на печать паспорта и сортировку тру­

бы по принципу: годная, брак или подлежащая ремонту. Установка работает

как составная часть АСУ ТП, формирует и выдает на печать документы кон­

троля, такие как паспорта контроля, сведения о количестве проконтролирован­

ных труб, количестве забракованных труб за смену и т. п.

Установки для контроля сварного шва на базе многоканального ком­

плекса Интроскоп-02.01. Создан ряд установок типа НК360 и НК361 для кон­

троля сварного шва труб большого диаметра 530... 1420 мм и толщиной стенки

8 . ..50 мм [137, 138, 140].

189

Для автоматизированного УЗ контроля в основном применяется импульс­

ный эхо-метод со щелевым или иммерсионным способом создания акустиче­

ского контакта преобразователя с трубой, основанный на анализе параметров

импульсов, отраженных от дефектов, а также комбинированные - тандем-метод

и дельта-метод. Условно, при контроле зону сварного шва можно разбить на

три участка: участок сварного шва с наплавленным металлом в форме валика

усиления, зону термического влияния и примыкающий участок основного ме­

талла трубы (рис. 1.6). Задача УЗ контроля сварного шва состоит в обнаруже­

нии дефектов во всём объёме сварного шва, в зоне термического влияния и на

примыкающем участке основного металла по возможности с равной чувстви­

тельностью. Надёжность УЗ контроля в значительной мере зависит от качества

акустического контакта между ПЭП и поверхностью контролируемой трубы, что

требует постоянного совершенствования конструкции акустического блока и

корректировки чувствительности в процессе контроля. Валики усиления свар­

ных швов, хотя и имеют геометрическую форму с некоторыми нормированны­

ми средними значениями размеров, но существенно усложняют задачу выявле­

ния дефектов металла шва, так как являются причиной появления эхосигналов,

отражаемых, в первую очередь их кромками, и маскирующих эхосигналы от

дефектов шва.

Обнаружение в трубах дефектов продольной ориентации производится УЗ

волнами, распространяющимися по окружности трубы. Для выявления дефектов

поперечной ориентации УЗ волны направляют вдоль образующей трубы. Свар­

ные швы труб озвучивают в двух противоположных направлениях. Дефекты про­

дольной ориентации, расположенные на линии сплавления сварного шва с основ­

ным металлом вблизи поверхности трубы, выявляют наклонными ПЭП с углом

ввода УЗ волны 45 - 50°. Эти же дефекты в средней и нижней части сварного шва

(при толщине стенки менее 12 мм) выявляются наклонными ПЭП с углом ввода

не менее 70°. Плоскостные дефекты типа непроваров, несплавлений и трещин от­

ражают УЗ волны преимущественно в зеркальном направлении. Поэтому при на­

190

клонном вводе УЗ волн указанные дефекты с наибольшей вероятностью могут

быть выявлены при контроле по схеме «тандем».

Для выявления поперечных дефектов взамен Х- и К-образных схем, отли­

чающихся небольшим соотношением сигнал/шум (не более 6 дБ), предусматрива­

ется выявление в сварных швах поперечных дефектов путем озвучивания шва че­

рез валик усиления в плоскости осевого сечения трубы с иммерсионным вариан­

том акустического контакта с углом ввода УЗ пучка в металле 40 - 45°. Расстояние

от излучающей поверхности ПЭП до валика усиления шва (в радиальном направ­

лении) должно быть не менее 0,6 8 + 5 мм, где 8 - толщина стенки трубы. Струк­

турная схема акустической системы установки НК 360 приведена на рис. 5.8, а ус­

тановки в целом на рис.5.9.

Конфигурации акустических систем установок контроля сварного шва в

установках разных фирм отличаются по своей структуре [144 - 146], но требо­

вания к селекции по виду, ориентации и положению дефектов в сварном шве

сближают их по конструкции. Акустическая система установки НК360 [137]

состоит из двух акустических блоков 1 и 2. В состав АБ1 входят две пары на­

клонных совмещённых ПЭП 1 - 2 и 3 - 4, оси диаграмм направленности кото­

рых, направлены перпендикулярно оси контролируемого продольного шва тру­

бы, углы ввода ультразвука и расстояния до шва выбраны так, что пара ПЭП

1 - 2 озвучивает корневую зону сварного шва, а пара ПЭП 3 - 4 озвучивает

верхнюю зону шва. Кроме того, в состав АБ 1 входят две пары ПЭП 5 - 6 и

7 - 8 , состоящих из излучающего и принимающего ПЭП, включенных по схеме

тандем и расположенных попарно с двух сторон сварного шва. Эти пары ПЭП

настроены на выявление продольных и объёмных дефектов шва, расположен­

ных в зоне от середины до корневой части шва. Количество работающих тан­

демных блоков зависит от толщины стенки. При толщине стенки 50 мм рабо­

тают все тандемные блоки.

Пары ПЭП 9 - 10 и 11 - 12 так же включены по схеме тандем и настроены

на выявление продольных и объемных дефектов шва, расположенных в зоне от

середины до верхней части шва. Д - датчики лазерного слежения за сварным191

швом, поддерживает установленное заданное значение расстояния между ПЭП

и сварным швом Ь0 при движении шва относительно акустических блоков АБ1

и АБ2 соответственно.I

Р и с . 5 .8 . С т р у к т у р н а я сх ем а а к у с т и ч е с к о й си ст ем ы у с т а н о в к и Н К 3 6 0 :Д - л азер н ы е датчики сл еж ен и я за валиком у си л ен и я свар н ого шва;

1 ... 4 - груп па н аклонны х П Э П ; 5 . .. 16 - группы П Э П , р аботаю щ и х в тан дем - схем ах; 17 - 2 0 ... П Э П , р а бот аю щ и е в и м м ер си о н н о м варианте над сварны м ш вом

В состав АБ2 входят пары ПЭП 13 - 14 и 15 - 16, включенных по схеме

тандем, и настроенных на выявление продольных и объемных дефектов шва, в

центральной зоне сварного шва. Кроме того, в состав АБ2 входит 4 ПЭП 17,

18, 19, 20, осуществляющих ввод и прием ультразвуковых колебаний через ва­

лик усиления сварного шва, настроенных на выявление поперечных и объём­

ных дефектов.

192

Р и с . 5 .9 . С т р у к т у р а у с т а н о в к и Н К 3 6 0 д л я А У З К с в а р н ы х ш в о в т р у б 0 5 3 0 -1 4 2 0 м м

1 - т ех н о л о ги ч еск и й агрегат А У ЗК ; 2 - ш каф си ловой; 3 - ш каф управления;4 - м ногоканальны й д еф ек т о ск о п и ч еск и й ком п лек с И н т р о ск о п -0 2 .0 1 ; 5 - пульт уп р ав л е­

ния с тел ем он и т ор ом ; 6 - к онтр ол и р уем ы е трубы ; 7 - тр ансп ортн ая тел еж ка

Базовой сборочной единицей установки, обеспечивающей подачу и раз­

мещение акустических блоков на позиции контроля, является несущий модуль

вертикального перемещения, жесткость конструкции которого обеспечивает

стабильность и повторяемость результатов УЗ контроля. На несущем модуле

смонтированы модули горизонтального перемещения. Слежение за швом в

процессе контроля осуществляется при помощи системы лазерного слежения за

валиком усиления сварного шва, разработанной в ИЭС им. Е. О. Патона.

Управление всеми компонентами установки осуществляется контролле­

ром 81шаИс 87-300. На модулях горизонтального перемещения смонтированы

акустические узлы, состоящие из соответствующего ПЭП и устройства его за­

крепления и ориентации. Каждый акустический узел имеет свой пневматиче­

ский привод подъема и опускания, обеспечивающий надежный прижим к по-193

верхности трубы. Кроме того, на модулях горизонтального перемещения уста­

новлены ручные приводы для регулировки расстояния между ПЭП при на­

стройке. Установка укомплектована датчиком пути, краскоотметчиками дефек­

тов, устройством предварительного смачивания. Для каждого краскоотметчика

используется индивидуальная ёмкость с краской, находящейся под давлением.

Основообразующей дефектоскопической системой установок для контро­

ля сварных швов НК360 и НК361 является многоканальный дефектоскопиче­

ский комплекс Интроскоп-02.01, а установок НК362 для УЗ контроля краевых

полос концевых участков труб - многоканальный дефектоскопический ком­

плекс Интроскоп-02.02, которые существенно отличаются друг от друга алго­

ритмом работы и программным обеспечением.

Структура многоканального дефектоскопического комплекса Интро-

скоп-02. По своей организации комплекс серии Интроскоп-02 сконфигуриро­

ван по схеме, показанной на рис. 5.3. Структурная схема Интроскоп-02 приве­

дена на рис. 5.10, в которой в отличие от схемы Интроскоп-01 вместо 8-каналь­

ного модуля последовательного действия используются 2 -х канальные мо­

дульные дефектоскопические блоки (МДБ) параллельного действия. На блоч­

ной схеме (рис. 5.11) представлен МДБ параллельного действия. Каждый такой

модуль состоит из двух дефектоскопических каналов, содержащих все необхо­

димые узлы канального модуля: генератор, усилитель, аналогово-цифровой

преобразователь, формирователь кривых ВРЧ, оперативную память, устройства

связи и обмена информацией.

Обнаружение дефектов, обработку данных контроля, регистрацию ре­

зультатов калибровки установок обеспечивают УВДК. Конструктивно все мо­

дули, узлы и блоки смонтированы в одном шасси на шине РС1 на базе индуст­

риального компьютера с развитой структурой обмена с системами установок.

Также на шасси компьютера установлен и блок автоматики. Вся аппаратура

комплекса смонтирована в шкафу (рис. 5.12, а) фирмы 8Ьсго^, а акустическая

система установки НК360 в процессе контроля сварного шва трубы диаметром

1420 мм и толщиной стенки 48 мм изображена на рис. 5.12, б.194

Р и с . 5 .1 0 . С т р у к т у р н а я с х е м а д е ф е к т о с к о п и ч е с к о г о к о м п л е к с а И н т р о с к о п -0 2 :(М Д Б - двухканальны й м одул ьн ы й деф ек тоск оп и ч еск и й блок; Б А - бл ок автом атики)

Такое изменение структуры комплексов Иитроскоп-02 в отличие от ком­

плексов Интроскоп-01 позволяет значительно расширить возможности по­

строения тактовых схем, реализовать практически неограниченное число вари­

антов методических решений и увеличить частоту запусков генераторов, а, сле­

довательно, и производительность контроля труб.195

Р и с .5 .1 1 . Д в у х к а н а л ь н ы й м о д у л ь н ы й д е ф е к т о с к о п и ч е с к и й б л о к п а р а л л е л ь н о г о д е й с т в и я

В УВДК многоканального комплекса Интроскоп-02.01 и ввод зон контро­

ля металла сварного шва, металла стенки трубы и зон контроля качества аку­

стического контакта осуществляется программно устанавливаемыми времен­

ными строб-импульсами. При контроле сварных швов труб с большой толщи­

ной стенки для выравнивания чувствительности к равновеликим дефектам, рас­

положенным на разном удалении от ПЭП, и для исключения перебраковки труб

в комплексе используется система временной регулировки чувствительности.

В каждом канале используется формирователь зон ВРЧ, задающий по две

кривые ВРЧ на канал. Кривые ВРЧ могут формироваться двух типов - наклон­

ная и сложной формы (рис. 5.13). Наклонная кривая ВРЧ формируется по двум

точкам и управляется такая кривая ВРЧ регулятором «Наклон». Для изменения

усиления используется регулятор «Усиление», осуществляющий изменение

общего усиления приёмного тракта. При использовании регулятора «Наклон»

положение прямой линии изменяет свой наклон к горизонтальной оси, что ме-196

няет чувствительность тракта, увеличивая её со временем. Такую временную

регулировку чувствительности удобно использовать при работе с прямыми или

наклонными ПЭП в узких зонах контроля.

а) б)

Р и с . 5 .1 2 . О б щ и е в и д ы э л е м е н т о в у с т а н о в к и Н К 36 0 :а) м ногоканальны й к ом п лек с И н тр оск оп -02 ; б ) акустическая си ст ем а устан овк и

Сложная кривая ВРЧ формируется путем кусочно-линейной аппроксима­

ции по точкам, количество которых может задаваться заранее. Максимальное

количество точек ВРЧ - 20. Управление формой кривой ВРЧ осуществляется

при помощи манипулятора «мышь». Примечательно, что результат воздействия

сразу отображается на экране дисплея. Изменение чувствительности происхо­

дит между двумя точками, не затрагивая другие зоны, что позволяет произвести

точную настройку по образцам. Переход от одной кривой ВРЧ к другой осуще­

ствляется переключением типа ВРЧ в режиме настройки. Если необходимо

сформировать в данном канале две кривые ВРЧ, то кривым необходимо при­

своить номер 0 или 1. В дальнейшем эти данные можно использовать при по­

строении других схем контроля. Режим электронной лупы позволяет выбрать

часть развертки и растянуть ее на весь экран для увеличения разрешающей спо­

собности экрана.

197

Р и с . 5 .1 3 . М е н ю з а д а н и я с х е м ы п р о з в у ч и в а н и я и А -р а з в ё р т к а в р е ж и м е за д а н и я В Р Ч с л о ж н о й ф о р м ы

УВДК многоканального комплекса Интроскоп-02 позволяет производить

обработку полученной информации о дефекте по различным браковочным кри­

териям - амплитуде, протяженности, количеству дефектов на заданную протя­

женность сварного шва. За процессом контроля удобно наблюдать по развертке

типа В (рис.5.14), которая позволяет оценить работу всей многоканальной сис­

темы (канал обнаружения дефекта, его положение, относительная амплитуда,

наличие акустического контакта).

Результатом автоматизированного УЗ контроля является файл дефектов,

помещаемый в базу данных комплекса, и протокол контроля, выводимый на

печать. Имеется интерфейс для обмена информацией с АСУ ТП цеха.

В установках контроля сварного шва и контроля концов труб акустиче­

ские блоки соединены с многоканальным дефектоскопическим комплексом.

Количество каналов контроля, тактовая схема и их работа определяются пара­

метрами трубы и схемами прозвучивания. Акустическая система установки

198

контроля сварного шва обеспечивает прозвучивание шва по всей толщине стен­

ки трубы с обеих сторон шва, выявление различно ориентированных дефектов,

автоматический контроль качества акустического контакта по всем дефекто­

скопическим каналам при помощи зон диагностики.

Р и с . 5 .1 4 . П р и м е р В -р а з в ё р т к и в р е ж и м е к о н т р о л я

При работе раздельно-совмещенных ПЭП контроль акустического кон­

такта производится в том же такте, в других случаях контроль акустического

контакта производится по амплитуде теневого сигнала, пришедшего от ПЭП,

расположенного с противоположной стороны шва и ориентированного на­

встречу проверяемому ПЭП в отдельном временном такте. Чувствительность

системы достаточна для автоматического обнаружения дефектов сварного шва

и краевых полос стенки трубы, амплитуда эхосигналов от которых равна или

превышает амплитуды эхосигналов от искусственных отражателей. Для на­

стройки установок контроля сварного шва используют отражатели в виде пря­

моугольного паза шириной 1 мм протяжённостью 50 мм и глубиной 5% от

199

толщины стенки труб, сквозного отверстия в шве диаметром 1 ,6 мм, прямо­

угольного паза, выполненного поперек шва, глубиной 5 % от толщины стенки

труб. Для настройки установок контроля краевых полос - используют отража­

тели в виде плоскодонных сверлений до середины стенки трубы диаметром

3.. .8 мм в зависимости от толщины стенки трубы. Временная нестабильность

установки по каждому каналу не превышает 2 дБ за 8 часов непрерывной рабо­

ты. Формирование схемы прозвучивания для контроля сварного шва в ком­

плексе Интроскоп-02.01 установки НК 361 представлено на рис.5.15.

! 1п1гозсор НК-361 У В Д К -1 в е рси я 3.01.006 (23.12.11) - [ 720-Ю ЛШ ]

г :'Настройка

ЯМАБ1 М АБ2 ВРЧ

«Длительность

цикла, (из)

Такты -

Текущий :

Г енератор Приемник

Сечение 4

0 8 О 10

Сечение 5

О 11 О 13

О 12

о 14

Сечение 6

015 о 150 16 0 16

Настройка функции-

-Зона

0

-З о н а 2 --------------------

О Откл О Вкл

О >ткл О Вк'

Г руппы

| Группа 1-я___________

I! и и л

ВРЧ Зона 1 Зона 2 Зона АК Такт Г руппы

7=>8 0 X 0 7

15=>15 0 X 0 11

7=>10 1 X 0 8

11 =>12 0 X 0 9

11=>14 1 X 0 10

15=>16 1 X 0 12

Номер:

- Т ип Деф екта :

Т андем

-Смещение -□ г - з а д е р ж к а д и ; -----

- Задержка А К :------- .

рШ50 Г

Р и с .5 .1 5 . Ф о р м и р о в а н и е с х е м ы к о н т р о л я с в а р н о г о ш в а т р у б ы

5.2.2. Установки автоматизированного УЗ контроля концевых участков труб

Структура установки УД-77БМ . Установка УД-77БМ была разработана для

автоматизированного ультразвукового контроля концевых участков электро-

сварных труб большого диаметра на наличие расслоений в стенке трубы. Блок-

схема установки УД-77БМ изображена на рис. 5.16, а, общий вид электронно­

акустической части установки приведён на рис. 5.16, б.

200

Р и с .5 .1 6 . У с т а н о в к и У Д -7 7 Б М : а) структурная схем а: эл ектрон ная стойка в состав е из 4 -х д еф ек тоск оп ов У Д -1 1 У А и 2 -х блок ов М етк а-1 . У Д -1 1 У А со д ер ж и т Б Э Л Т - бл ок Э Л Т , А С - автом атический си гн али затор деф ек тов , У - уси л ител ь , Г - генератор; А Б -1 и А Б -2 - ак усти ­

ч еск и е блоки, П 1 - П 4 р /с П Э П , Д О 1 и Д О 2 деф ек тоотм етч и к и , У С 1 и У С 2 - у стр ой ств а сл еж ен и я за тор ц ом , Р1 и Р 2 - п о д ъ ём н о -п о в о р о тн ы е ролики; б ) о б щ и й ви д устан овк и

201

В установке используются два акустических блока АБ1 и АБ2 - по одно­

му на каждом конце для обеспечения одновременного контроля краевых полос

стенки трубы шириной 60 мм на наличие расслоений. Установка состоит из

электронной стойки УД-77БМ, двух акустических блоков АБ1 и АБ2. В составе

стойки - четыре электронных блока универсальных дефектоскопов УД-11УА,

содержащих генераторный, усилительный, индикаторный блоки и автоматиче­

ский сигнализатор дефектов. В стойку включены два электронных блока Мет­

ка-1. В состав каждого акустического блока входят по два раздельно-

совмещённых преобразователя с шириной захвата по 30 мм (П1 - П4), устрой­

ства слежения за торцом трубы УС1 и УС2 и дефектоотметчика ДО1 и ДО2 для

отметки дефектной краевой полосы.

Контроль осуществляется следующим образом: труба на тележке задается

на позицию контроля, подъемно-поворотными роликами поднимается и пово­

рачивается вокруг оси так, чтобы сварной шов оказался в зените. Акустические

блоки АБ1 и АБ2 подводятся к торцам трубы и при помощи пневмоцилиндров

акустические системы с преобразователями П1-П2 и П3-П4, соответственно,

опускаются на поверхность трубы у кромки сварного шва, подается контактная

жидкость, труба начинает вращаться, при этом ведется контроль на наличие

расслоений первой полосы стенки шириной 60 мм. В случае обнаружения де­

фекта, срабатывает краскоотметчик ДО1 или ДО2 и дефектное место отмечает­

ся. Труба вращается, механические устройства слежения УС1 и УС2 отслежи­

вают положение АБ1 и АБ2 относительно торцов трубы, обеспечивая контроль

заданной полосы. Труба делает полный оборот, при этом акустические системы

останавливаются у противоположной кромки шва и поднимаются в исходное

положение. Если на каком-то торце в полосе контроля был обнаружен дефект,

соответствующий акустический блок автоматически смещается вдоль оси тру­

бы на 60 мм, устройство слежения вручную перемещается на 60 мм и процесс

контроля на данном конце повторяется - так может быть проконтролировано

три полосы по 60 мм. Причем на одном конце при отсутствии дефектов кон­

202

троль может быть окончен, а на другом - продолжаться. Если в последующей

(второй или третьей) полосе дефекта не обнаружено, контроль прекращается и

труба подается на ремонт, где дефектная полоса после перепроверки отрезает­

ся, а труба возвращается на повторный контроль. Если при повторном контроле

снова обнаружен дефект - труба бракуется. Если дефектов не обнаружено -

труба переводится на следующую технологическую операцию производства.

Структура установки НК 362. Для контроля концевых участков труб на

смену УД-77БМ создана новая установка НК362 [134, 138, 139], базовым для

которой разработан многоканальный комплекс Интроскоп-02.02. В струк­

турной схеме установки НК 362 (рис. 5.17) используются 4 акустических блока

- по два на каждом конце для обеспечения минимальной мертвой зоны от свар­

ного шва, предназначенных для выявления дефектов типа продольных трещин

и расслоений в металле краевых полос стенки концевых участков труб.

7\\ А

тг

Р

Р и с . 5 .1 7 . С т р у к т у р н а я с х е м а у с т а н о в к и Н К 3 6 2 :

1,2 - агрегаты А У З К к онц евы х участков т р уб с бл ок ам и ак усти ческ их

п р еобр азов ател ей ,3 - си ловы е ш кафы управления;

4 - У З ком п лек с И н тр о ск о п -0 2 .0 2 ;5 - ш каф управления;

6 - пульт уп равлен ия с тел ем он итор ам и ; 7 - кабельны е ли н и и связи

В установке НК362 предусмотрена автоматическая звуковая, световая

сигнализация и краскоотметка дефектных участков полосы и участков ухудше­

ния качества акустического контакта, а также регистрация протокола контроля.

203

1

Схема контроля металла стенки

краевой полосы конца трубы

представлена на рис. 5.18. Об­

щий вид фрагмента механоаку-

стической системы установки

НК362 приведен на рис. 5.19.

Контроль полосы в 60 мм проис­

ходит за два оборота. В прямом и

обратном направлении. Это вы­

звано тем, что ширина захвата

раздельно совмещённого ПЭП

[170] несколько больше 30 мм.

Если дефектов не обнаружено, то

контроль заканчивается, если об­

наружен дефект, то сканируется

следующая полоса в 30 мм до тех

пор, пока не будет обнаружена

бездефектная полоса 60 мм зоне

до 180 мм от торца трубы.

Контроль производится

одновременно на обоих концах

трубы. Причем на одном конце

при отсутствии дефектов типа

расслоений в зоне 60 мм он мо­

жет быть окончен, а на другом

может продолжаться. Отсутствие

дефектов в этих зонах чрезвы­

чайно важно для обеспечения ка­

чественного кольцевого стыкового сварного шва при строительстве трубопро­

водов204

Р и с . 5 .1 8 . С х е м а р а с п о л о ж е н и я П Э П н а т р у б е п р и к о н т р о л е к о н ц е в о г о у ч а с т к а в

у с т а н о в к е Н К 3 6 2

Р и с . 5 .1 9 . М е х а н о а к у с т и ч е с к а я с и с т е м а у с т а н о в к и Н К 3 6 2 (н а о д н о м к о н ц е т р у б ы )

5.2.3. Структура программного обеспечения установок УЗ контроля сварного шва и концов труб

Упрощённый алгоритм работы программного обеспечения 1-го такта 1­

го канала установок НК360 и НК361, построенных на базе многоканального

дефектоскопического комплекса Интроскоп-02.01, приведен на рис. 5.20.

Структура разработанного базового пакета ПО для управления работой устано­

вок, сбором и обработкой информации показана на рис. 5.21 в виде ряда про­

грамм в соответствии с очерёдностью их работы во времени.

1. Подготовка установок к настройке. При включении установки начина­

ется загрузка программ в УВДК. Кроме операционной системы загружаются

программы и драйвера, разработанные для обеспечения УВДК и аппаратной

части установки. После этого наладчик устанавливает параметры настройки и

контроля.

2. Процесс настройки установки осуществляется по специальной про­

грамме управления режимами работы установки: настройка, тестирование и

контроль. В режиме настройки устанавливается тактовая схема прозвучивания

сварного шва. Это самый ответственный момент. От правильности выбора аку­

стической схемы контроля зависит достоверность выявления дефектов металла

движущегося шва. Результатом выбора акустической схемы прозвучивания яв­

ляется создание загрузочного файла, которому присваивается имя, например,

диаметр и толщина стенки. Такие файлы формируются на каждый типоразмер

труб, и эти файлы сохраняются в долговременной памяти УВДК и могут быть

вызваны при необходимости (например, при смене типоразмера контролируе­

мых труб). Оператору в этом случае не нужно заново производить настройку

параметров, а достаточно использовать готовые данные, хранящиеся в соответ­

ствующих файлах. Для наглядности и удобства работы оператора все произво­

димые им действия и реакция на эти воздействия отображаются на экране дис­

плея. Для этого используется программа графического отображения и настро­

ечных параметров.

205

Р и с . 5 .2 0 . У п р о щ ё н н ы й а л г о р и т м р а б о т ы П О 1-го т а к т а 1 -го к а н а л а д л я у с т а н о в о к Н К 3 6 0 и Н К 3 6 1

Эта программа предусматривает отображение на экране дисплея форми­

руемой кривой ВРЧ, по две в каждом канале контроля; формирование разверт­

ки типа В; программу работы установки от датчика пути (датчика линейной ко­

ординаты) или от внутреннего таймера в режиме настройки или тестирования.

206

Программа загрузки

ПО в УВДК

1. Загрузка операционной

системы

2. Загрузка специализиров

анныхпрограмм

3. Загрузка оригинальных драйверов дляобеспечения

работы УВДК с аппаратной

частью установки

Программа установки

пароля доступа и задания

параметров настройки и

контроля

1. Длитель­ности

развертки

2 .Заполнения видеосигнала

З.Масштаби-рования

видеосигнала

Программауправлениярежимами

работыустановки

1. Режим настройки

2. Режим контроля

2. Режим тестирования

Программаформирования

схемыпрозвучивания

1,Обеспечения тактовой

схемы прозвучивания

по заданной методике контроля,

типы ПЭП, зоны контроля и диагностики

2. Создание загрзочного файла схемы

контроля.

Программа графического отображения

информации и настроечных параметров

Программамашиннойобработкипервичной

информации

I1. Работа с

1. Формирова­ регистраминие и установка аппаратнойВРЧ по каналам части установки

2. Формирова- 2.Преобразов.ние аналоговых

развертки В сигналов вцифровые и

3. Работа от наоборотдатчика пути

или 3 Отсеввнутреннего сигналов по

таймера браковочнымпараметрам

4Пиктограммынастроечных 4. Запись

функций с отобранныхцифровым сигналов взначением промежуточную

память

Программа представления графической информации по

результатам контроля

1.Обработка принятой информации после окончания контроля трубы по браковочным критериям

2. Выведение полученной информации на экран дисплея в графическом виде

Программа паспортизации результатов контроля

Программа обеспечения работы установки в локальной

сети

Создание требуемых паспортов УЗ контроля:- за смену, по каждой трубе, тестового контроля,

для участка перепроверки ручными дефектоскопами и после проверочного ремонта труб

1. Программа обеспечения запоминания результатов контроля2. Программа обмена информации между УВДК и центральным компьютером3. Программа обмена данными в сети АСУ ТП цеха и завода

Р и с . 5 .2 1 . С т р у к т у р а с п е ц и а л и зи р о в а н н о г о п р о г р а м м н о г о о б е с п е ч е н и я

В программе формируются пиктограммы настроечных функций с цифровым

значением установленного параметра, что позволяет оператору всегда точно

207

установить необходимый параметр и проверить его значение.

3. Процесс контроля сварных швов труб. В процессе контроля, в соответ­

ствии с настроенными параметрами, в аппаратной части установки производит­

ся обработка текущих данных о результатах контроля (первичная информация).

Имеется специальная программа для машинной обработки первичной инфор­

мации. После предварительной обработки в модульных дефектоскопических

блоках МДБ многоканального комплекса, принятые сигналы оцифровываются

и подвергаются предварительной обработке в УВДК. Эта обработка позволяет

выделить в строб-импульсе максимальный сигнал Ад, осуществить защиту от

несинхронных помех и сформировать файл данных контроля.

4. Окончательная обработка первичной информации. Для выполнения

этой процедуры имеется программа отображения графической информации ре­

зультатов контроля на мониторе комплекса. Далее работает программа обра­

ботки информации по установленным браковочным критериям, затем програм­

ма формирования протокола и паспортов контроля: общего протокола прокон­

тролированных труб за смену с указанием годности по каждой трубе, общего

числа проконтролированных труб и количества годных; паспорта по каждой

трубе с указанием дефектных участков, а также типов и характера дефектов;

паспорта тестового контроля, в котором указываются дополнительные настро­

ечные параметры установки. Кроме этого, возможно формирование технологи­

ческого паспорта, предназначаемого для перепроверки дефектных участков

сварного шва ручными дефектоскопами с целью принятия решения о ремонте.

5. Подготовка данных для передачи в информационную систему более

высокого уровня. Автоматизированные установки должны соответствовать

требованиям обеспечивающим возможность работы в локальной сети АСУ ТП

цеха и завода. Это позволяет оперативно реагировать на технологию производ­

ства, следить и влиять на процесс формирования сварного шва, всегда иметь

свежую информацию по производству в реальном масштабе времени. Эту зада­

чу решает алгоритм и программный пакет обеспечения работы установки в ло­

кальной сети.208

Работа установок для контроля краевых полос концов труб НК362, по­

строенных на базе дефектоскопа Интроскоп-02.02, обеспечена разработанным

программным пакетом, алгоритм работы 1 -го такта 1 -го канала которого при­

веден на рис. 5.22.

Р и с . 5 .2 2 . А л г о р и т м р а б о т ы 1 -го т а к т а 1 -го к а н а л а у с т а н о в к и Н К 3 6 2

209

5.3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЗ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ТРУБ

Достоверность контроля во многом определяется метрологическими ха­

рактеристиками установок, стабильностью их параметров во времени. Поэтому

так много внимания уделяется ведомственными службами метрологии вопро­

сам аттестации и периодической поверки средств неразрушающего контроля.

Отраслевыми службами стандартизации под эгидой государственных метроло­

гических органов на каждый тип установки разрабатываются и сертифициру­

ются методики метрологической поверки.

При эксплуатации установок регулярно, как минимум два раза за смену,

проводится тестовая проверка параметров установки на стандартном образце

предприятия (СОП), и, в случае несоответствия параметров, установленных при

настройке на данном СОП, особенно по чувствительности, производится воз­

врат продукции, проконтролированной за последние 4 часа, и проведение по­

вторного контроля всей партии возврата.

Браковочные критерии, по которым производится браковка сварных швов

труб, регламентируются международными и государственными стандартами.

В связи с тем, что трубы - это продукция дорогостоящая, разделение труб

на годные и брак производится по категориям, в зависимости от последующего

их применения [141]. Кроме того, на трубосварочных предприятиях разработа­

на целая система мероприятий по перепроверке дефектных участков труб после

автоматизированного контроля, ремонту дефектных мест с последующей про­

веркой отремонтированных участков ручными дефектоскопами.

До настоящего времени в качестве основной информации для браковки

используется амплитудный признак. Сигнал, отраженный от неоднородности и

попавший в зону контроля с превышением установленной амплитуды, фикси­

руется как сигнал от дефекта. Но в ныне действующих стандартах, кроме этого,

есть требования и по оценке совокупности мелких дефектов на определенной

протяженности по длине сварного шва. Использование разработанных способов

повышения достоверности УЗ контроля в установках на базе многоканальных

210

дефектоскопических комплексов Интроскоп-02.01 позволяет проводить обра­

ботку принятых сигналов по заданным критериям, что значительно расширяет

метрологические возможности установок, уменьшает перебраковку или про­

пуски дефектов и повышает надежность контроля сварных швов труб.

Чувствительность контроля, устанавливаемая при настройке установок,

определяется действующими стандартами для труб 180 3183, ИШ ЕЙ 10246-15,

ИШ ЕЙ 10246-8, АР1 5Ь. Перечисленные стандарты регламентируют при про­

изводстве напорных труб большого диаметра, полученных дуговой сваркой,

производить контроль сварного шва ультразвуковыми методами.

Контроль проводится для определения следующих типов дефектов: про­

дольных, поперечных и объёмных дефектов.

Эталонные отражатели, применяемые в соответствии с АР1 5^:

для продольных дефектов - внутренние и внешние в виде прямоугольного

паза длиной 50 мм, шириной 1 мм, глубиной 5% от толщины стенки (или не

менее 0,2 мм и не более 1,6 мм). Положение ПЭП: параллельно шву снаружи и

изнутри на таком расстоянии между собой в продольном направлении, чтобы

получить раздельные показания для внутренних и внешних дефектов;

для поперечных дефектов - внутренний и внешний прямоугольный паз

длиной 20 мм, шириной 1 мм, глубиной 5% от толщины стенки, но не менее

0,2 мм и не более 1,6 мм. Паз, выполненный поперек шва изнутри и снаружи на

таком расстоянии, чтобы получить раздельные показания для внутренних и на­

ружных дефектов. Альтернативно, чувствительность можно устанавливать, ис­

пользуя сквозные радиальные отверстия, диаметром 1 ,6 мм;

для выявлении расслоений на концевых участках труб, используется

плоскодонные сверления диаметром 3, 5, 8 мм (в зависимости от толщины

стенки), засверленные с внутренней стороны стенки трубы на 25%, 50% и 75%

толщины стенки в средине линии сканирования краевой полосы концевого уча­

стка трубы р/с ПЭП, настроенного на контроль расслоений;

Основные технические параметры систем сведены в табл. 5.1 и 5.2.

211

Таблица 5.1 - Технические характеристики автоматизированных систем УЗ контролясварных швов труб

№П арам етры

оборудования

Н аи м ен ован и е оборудования

У Д -82У А И нтроскоп-К С Ш 1 И нтроскоп-02.01 (в составе Н К 360)

1 Объект контроля Сварной шов, сварка плавлени­ем,толщина до 20 мм

Сварной шов, свар­ка давлением, толщина до 12 мм

Сварной шов, сварка плавлением, толщина до 50 мм

2 Количество каналов 4 + 4 8 - 16 до 32

3 Построение системы Последовательная Модульная-последовательная

Модульная-параллельная

4 Установка браковочных критериев

Порог по ампли­туде эхосигнала

Многоуровневая Многоуровневая, по алгоритму

5 Возможность определения вида дефекта

Да - нет Плоскостной,Объемно­плоскостной

Плоскостной,Объемно-плоскостной,Объемный,Внутренний,Наружный

6 Возможность определения координаты дефекта

Линейная Линейная с фикса­цией в памяти ПК

Линейная + зонально по высоте сварного шва с фиксацией в ПК

7 Возможность определения ориентации дефекта

Продольный,Поперечный

Продольный,Поперечный

Продольный,Поперечный

8 Паспортизация, создание баз данных

Самописец Есть Есть

9 Запоминание настроечных параметров, хранение ре­зультатов настроек

Нет Есть Есть, предусмотренопротоколированиенастроек

10 Способ ввода изменяемых параметров контроля

Аппаратно Программно Программно

11 Возможность применения новых методик контроля и схем прозвучивания без пе­ределки аппаратной части

Нет Изменением про­граммного обеспе­чения

Изменением про­граммного обеспече­ния

12 Управление дефектоотмет- кой

ЕстьПрограммно - по датчику линейного перемещения трубы

Программно - по дат­чику линейного пере­мещения трубы и виду дефекта

13 Наличие выносного блока световой и звуковой сигна­лизации

Нет Есть Есть

14 Реализация помехозащиты Аппаратно Многоуровневая,программно

Многоуровневая,программно

15 Управления процессами работы установки

Аппаратно Промышленныйкомпьютер

Промышленный ком­пьютер

16 Вид и диапазон ВРЧ Линейная, 26 дБ Сложная линейно- кусочная, 60 дБ

Сложная линейно- кусочная, 60 дБ

212

Таблица 5.2 - Технические характеристики автоматизированных систем УЗ контролякраевых полос концов труб

№П арам етры

оборудования

Н аим ен ован и е оборудования

У Д -77Б М И нтроскоп-02.02 (в составе Н К 362)

1 Объект контроля Краевая полоса концевого участка трубы, толщина до 32 мм

Краевая полоса концевого уча­стка трубы, толщина до 50 мм

2 Количество каналов контроля

4 8 - 32

3 Построение системы Последовательная Модульная -параллельная

4 Размеры и количество, кон­тролируемых друг за другом, полос

60 мм, до 3-х 30 мм, до 6 - ти

5 Переход на следующую по­лосу

Ручной Автоматический

6 Установка браковочных кри­териев

Порог по амплитуде эхосиг- нала

Многоуровневая

7 Возможность определения координаты дефекта

Линейная по круговому пе­риметру

Линейная по круговому пери­метру с фиксацией в памяти ПК

8 Возможность определения вида дефекта

Расслоение: да - нет Расслоение,Плоскостной

9 Возможность определения ориентации дефекта

Нет Для плоскостных: продольный-поперечный

10 Паспортизация, создание баз данных

Нет Есть

11 Запоминание настроечных параметров, хранение резуль­татов настроек

Нет Есть, предусмотрено протоколирование настроек

12 Способ ввода изменяемых параметров контроля

Аппаратно Программно

13 Возможность применения новых методик контроля и схем прозвучивания без пе­ределки аппаратной части

Нет Изменением программного обеспечения

14Программное управление дефектоотметкой по датчику линейного перемещения тру­бы

Нет Программно - по датчику ли­нейного перемещения трубы и виду дефекта

15 Наличие выносного блока световой и звуковой сигнали­зации

Есть Есть

16 Реализация помехозащиты Нет Многоуровневая,программно

17 Управления процессами ра­боты установки

Аппаратно Промышленный компьютер

18 Вид и диапазон ВРЧ Линейная, 26 дБ Сложная линейно-кусочная, 60 дБ

213

5.4. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ УСТАНОВОК

Порядок внедрения установок включает этапы поставки, монтажа, пуско­

наладки, опробования, опытной эксплуатации, испытаний и собственно про­

мышленного внедрения. В процессе проведения этих работ осуществляется

обучение эксплуатационного персонала, разработка технологии и технологиче­

ских инструкций по эксплуатации установок применительно к контролю про­

дукции на всех предприятиях, использующих установки. Именно на этом этапе

проводится стыковка систем, отработка алгоритмов обработки информации,

уточняются регистрируемые параметры и типы выходных документов.

В процессе эксплуатационных испытаний установок регулярно проводит­

ся исследование забракованных участков сварного шва и концов труб, выпол­

няется вскрытие дефектных зон с последующими металлографическими иссле­

дованиями. Достоверность выявления дефектов сварного шва или металла

стенки различного типа подтверждается результатами этих исследований. На

рис. 5.23 - 5.30 приведены примеры характерных дефектов, обнаруживаемых

установками.

Р и с . 5 .2 3 . Н е п р о в а р ы , в ы х о д я щ и е н а н а р у ж н у ю п о в е р х н о с т ь с в а р н о г о ш в а т р у б , и з г о т о в л е н н ы х с в а р к о й д а в л е н и е м (о б н а р у ж ен о И н тр оск оп -К С Ш 1)

Р и с . 5 .2 4 . О б ъ ё м н о -п л о с к о с т н ы е д е ф е к т ы , в ы х о д я щ и е н а н а р у ж н у ю п о в е р х н о с т ь с в а р н о г о ш в а т р у б со с н я т ы м г р а т о м за п о д л и ц о (о б н а р у ж ен о И н тр оск оп -К С Ш 1)

Р и с . 5 .2 5 . Ф о р м а г р а т а н а в н у т р е н н е й п о в е р х н о с т и т р у б ы

214

Р и с . 5 .2 6 . П а у к о о б р а з н ы е т р е щ и н ы в м е т а л л е с в а р н о г о ш в а (обн . Н К 3 6 1 )

Р и с . 5 .2 7 . Н е б о л ь ш о й н е п р о в а р в с р е д н е й ч а с т и с в а р н о г о ш в а (о б н . Н К 3 6 1 )

Р и с . 5 .2 8 . И д е а л ь н а я н о р м и р о в а н н а я ф о р м а в а л и к о в у с и л е н и я с в а р н о г о ш в а

э л е к т р о д у г о в о й с в а р к и

Р и с . 5 .2 9 . Ш л а к о в о е в к л ю ч е н и е н а к р о м к е в н у т р е н н е г о ш в а (о б н а р у ж ен о Н К -3 6 0 ):

разм еры в сеч ен и и 2 ,7 х 1 ,1 м м

На рис. 5.30 приведены подробные результаты макро- и микроанализа об­

разца краевой полосы стенки трубы. Макроструктуру образца изучали в попе­

речном и продольном сечениях после его травления в водном растворе надсер-

нокислого аммония визуально и с помощью стереоскопического микроскопа

МБС-9 при увеличениях до 32 крат.

Р и с . 5 .3 0 . Д е ф е к т - р а с к а т а н н о е м а к р о в к л ю ч е н и е в о с н о в н о м м е т а л л е к о н ц а т р у б ы (о б н а р у ж ен о Н К 3 6 2 с И н тр о ск о п -0 2 .0 2 ):

а, б - м акроструктура; в - вид п о д м икроскопом ; г, д , е - ф рагм енты деф ек та п од м ик роскопом ; а, в, д - п о п ер еч н о е сечен и е; б , г, е - п р о д о л ь н о е сеч ен и е

215

Микроанализ выполнен на световом микроскопе «Ахю ОЬзегуег Б1Ш» с

системой анализа изображения «ТЫхоше! Рго» до и после травления в 4%-ном

спиртовом растворе НЫ03 при увеличениях 25 - 1000 крат. В макроструктуре

образца краевой полосы стенки трубы выявлен растрав металла протяжённо­

стью в поперечном направлении 3,9 мм, в продольном - 18,2 мм. Глубина зале­

гания 2,9 мм от внутренней поверхности. При исследовании под микроскопом

по растраву располагается раскатанное неметаллическое включение силикатно­

го типа сложного состава экзогенного происхождения. Изменений микрострук­

туры около включения не наблюдается.

Металлографическим исследованием образца краевой полосы стенки

трубы диаметром 10 2 0 мм, толщиной стенки 1 1 мм из листового проката про­

изводства ОАО «ВМЗ» - стан 5000, отобранного по месту дефекта, выявленно­

го автоматизированной установкой НК362 и подтверждённого ручным ультра­

звуковым дефектоскопом УД2-12, установлено:

1. Дефект в образце краевой полосы трубы представляет собой раскатан­

ное макровключение экзогенного происхождения протяжённостью в попереч­

ном сечении 3,9 мм, в продольном сечении 18,2 мм, на глубине 2,9 мм от внут­

ренней поверхности стенки.

2. Дефект имеет металлургическое происхождение и образовался при

производстве металла.

5.5. ВЫВОДЫ

На основании теоретических и экспериментальных исследований разра­

ботаны и внедрены в промышленность комплексы многоканальных автомати­

зированных систем ультразвукового контроля электросварных труб:

1. Установки УД-82УА, серийно выпускавшиеся ПО «Волна», г. Кишинёв,

успешно выдержали Государственные испытания, сертифицированы орга­

нами Госстандарта Республики Молдова, Российской Федерации и прошли

приемочные испытания на соответствие международно-признанным нор­

мам. Установки УД-82УА использованы для автоматизированного контро­

216

ля на Челябинском трубопрокатном, Харцызском и Новомосковском труб­

ных заводах, производящих электросварные трубы (А.с. СССР № 953555,

№ 826831, № 1098393, № 998942), 14 комплектов установок УД-82УА вне­

дрены на ОАО «Выксунский металлургический завод» на шести участках

контроля сварного шва труб большого диаметра 530 - 1020 мм, с толщиной

стенки 6 - 32 мм, с валиком усиления;

2. Многоканальные установки НЗД-008, внедренные в количестве 4-х штук в

линиях ТЭСА на предприятии «Терго», г. Яссы, Румыния, и предназначен­

ные для контроля труб 0 219-279 мм с толщиной стенки 4-6 мм, выполняе­

мых сваркой давлением, с неснятым внутренним гратом (А.с. СССР

№ 998942, № 1627973). Внедрение установок позволило ежегодно выпус­

кать 80 - 10 0 тыс. тонн электросварных труб.

3. Многоканальные установки НКУ-108 и НКУ-108М для контроля спи­

ральных швов труб 0 530 - 1620 мм с толщиной стенки 6 - 12 мм в линиях

ТЭСА (А.с. СССР № 998942, № 1627973), поставленные по экспортному за­

каз-наряду в количестве 6 -ти штук и внедренные на предприятии «НеН

ТиЬе», г. Бухарест, Румыния. Проведенная модернизация производства по­

зволила увеличить ежегодный объем производства качественных спираль­

ношовных труб до 2 0 0 тыс. тонн;

4. Многоканальные компьютеризированные установки Интроскоп-КСШ1 и

Интроскоп-ККТ1 на базе многоканального дефектоскопического комплек­

са Интроскоп-01 с оперативным использованием информации о результа­

тах контроля сварных соединений и концов труб в процессе их производст­

ва, изготовленных сваркой давлением в линии производства электросвар-

ных труб 0 219 - 530 мм с толщиной стенки 4 - 12 мм в ОАО «ВМЗ». В

процессе эксплуатации установка Интроскоп-01 прошла модернизацию,

для неё разработано новое специализированное программное обеспечение,

позволяющее реализовать разработанные способы повышения эффективно­

сти УЗ контроля сварных швов и концов труб (патенты РМ № 2507, № 2508

и № 2565);217

5. Многоканальные автоматизированные дефектоскопические комплексы

ультразвукового контроля электросварных труб Интроскоп-02.01 и Интро-

скоп-02.02, вошедших в состав установок НК-360, НК-361 и НК-362 с

улучшенными техническими характеристиками, паспортизацией труб с опе­

ративным использованием информации о результатах контроля сварных со­

единений и концов труб в процессе их производства. Системы внедрены в

ОАО «ВМЗ» на семи участках в линиях производства электросварных труб,

изготовленных сваркой плавлением. Для управления этими установками

разработано специализированное программное обеспечение, которое адап­

тировано под различные требования норм и стандартов контроля электро-

сварных труб и реализующее разработанные способы и устройства повы­

шения эффективности УЗ контроля электросварных труб (А.с. СССР

№ 826831, № 1098393) (пат. РМ № 2108, № 2534, № 2839, № 2889, № 3131 и

№3132). В период 2007-2013 г.г. при послегарантийном обслуживании ком­

плексов Интроскоп-02.01 и Интроскоп-02.02 выполнено обновление аппа­

ратно-программного и методического обеспечения установок (заменено ПО

с целью увеличения производительности УЗ контроля труб и обеспечения

самодиагностики комплексов Интроскоп, увеличена степень интеграции ап­

паратуры, повышена ее надежность).

6 . Проведено обучение эксплуатационного персонала, разработаны техноло­

гические инструкции по эксплуатации установок применительно к контро­

лю продукции на всех предприятиях, использующих установки.

7. Разработанные и внедренные в промышленность способы и оборудование

неразрушающего контроля в совокупности с современными передовыми

технологиями обеспечивают высокую эффективность производства элек-

тросварных труб, обеспечивают их качество и соответствие требованиям

отечественных и международных стандартов ГОСТ Р ИСО 3183-2009,

АР1 5Ь, Б Ш ЕЙ 10246-15 и др.

218

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На основании анализа современного состояния проблемы исследования

методов и разработки технологии ультразвукового контроля электросварных

труб в процессе их производства выбрано научно-техническое направление и

сформулированы задачи развития теории и создания аппаратно-программных

комплексов с использованием информационных технологий и достижений фи­

зики ультразвукового контроля:

1. Разработаны, теоретически обоснованы, методически и метрологически

обеспечены, аппаратно реализованы и внедрены методология, методы,

комплексы и установки ультразвукового контроля электросварных труб,

как составной части интеллектуальной диагностики процесса их произ­

водства.

2. Исследованы и реализованы способы выявления и слежения за сварным

швом труб, выполненных контактной сваркой, по увеличению затухания

ультразвуковых колебаний и по шумовым сигналам в структуре металла

сварного шва.

3. Исследованы, разработаны и внедрены способы формирования следящей

зоны контроля и автоматического слежения за швом, выполненным свар­

кой плавлением, на основе использования информативных эхосигналов

из зоны сварного шва, учитывающих изменения угла ввода ультразвуко­

вых колебаний в стенку трубы (патенты РМ № 3131, 3132 и 2889).

4. Исследованы, адаптированы и внедрены способы помехозащиты и авто­

матической регулировки усиления при изменении качества акустического

контакта и температуры окружающей среды (А.с. СССР № 826831,

№ 1098393, патенты РМ № 2508, №2565).

5. Исследован и разработан алгоритм оценки характера отражающей по­

верхности дефекта корреляционным способом с целью идентификации

вида дефекта при автоматизированном контроле шва.

219

6 . Исследован вероятностный способ определения вида дефекта при автома­

тизированном ультразвуковом контроле сварного шва труб.

7. Разработана методология определения вида дефектов сварного шва ком­

бинационным способом (патент РМ № 2839).

8 . Исследован и предложен многоэлементный пьезопреобразователь для

реализации электронного сканирования при ультразвукового контроле

сварного шва труб большого диаметра.

9. Исследованы методы и разработана аппаратура выявления расслоений и

измерения толщины стенки трубы большого диаметра при щелевом спо­

собе ввода ультразвука раздельно-совмещенным пьезопреобразователем,

работающим на длинный радиочастотный кабель.

1 0 .Разработаны принципы построения систем ультразвукового контроля

сварных швов и концов труб с применением компьютерных технологий.

11. Разработаны алгоритмы обработки, регистрации информации и паспорти­

зации труб на сдаточной стадии контроля.

12. Теоретические решения проблем проверены практической реализацией

разработанных способов повышения достоверности и надежности УЗ

контроля в алгоритмах работы программно управляемых многоканальных

ультразвуковых комплексов Интроскоп-01 и Интроскоп-02. На базе дан­

ных комплексов построены автоматизированные установки для УЗ кон­

троля сварных швов и концов труб: Интроскоп-КСШ1, Интроскоп-ККТ1,

НК360, НК361 и НК362. Используемая структура позволяет включить в

работу систем контроля каждый из предложенных способов по отдельно­

сти, либо совместимые варианты их комбинаций в зависимости от ис­

пользуемой схемы прозвучивания сварного шва, параметров контроли­

руемого шва или концевого участка трубы, толщины стенки трубы, ско­

рости контроля и других факторов. На основании полученных результа­

тов диссертационной работы разработаны и внедрены в промышленность

комплексы многоканальных автоматизированных систем ультразвукового

контроля электросварных труб:220

• установки УД-82УА, серийно выпускавшиеся ПО «Волна», г. Кишинев,

успешно выдержали Государственные испытания, сертифицированы ор­

ганами Госстандарта Республики Молдова, Российской Федерации и

прошли приемочные испытания на соответствие международно­

признанным нормам. Установки УД-82УА использованы для автомати­

зированного контроля на Челябинском трубопрокатном, Харцызком и

Новомосковском трубных заводах, производящих электросварные трубы

(А.с. СССР № 953555, № 826831, № 1098393, № 998942), 14 комплектов

установок УД-82УА внедрены на ОАО «Выксунский металлургический

завод» (ОАО «ВМЗ») на шести участках контроля сварного шва труб

большого диаметра 530 - 1020 мм, с толщиной стенки 6 - 32 мм, с вали­

ком усиления;

• многоканальные установки НЗД-008, внедренные в количестве 4-х штук

в линиях ТЭСА на предприятии «Терго», г. Яссы, Румыния, и предназна­

ченные для контроля труб 0 219-279 мм с толщиной стенки 4-6 мм, вы­

полняемых сваркой давлением, с неснятым внутренним гратом

(А.с. СССР № 998942, № 1627973). Внедрение установок позволило еже­

годно выпускать 80 - 10 0 тыс. тонн электросварных труб.

• многоканальные установки НКУ-108 и НКУ-108М для контроля спи­

ральных швов труб 0 530 - 1620 мм с толщиной стенки 6 - 12 мм в лини­

ях ТЭСА (А.с. СССР № 998942, № 1627973), поставленные по экспорт­

ному заказ-наряду в количестве 6-ти штук и внедренные на предприятии

«НеН ТиЪе», г. Бухарест, Румыния. Проведенная модернизация производ­

ства позволила увеличить ежегодный объем производства качественных

спиральношовных труб до 2 0 0 тыс. тонн;

• многоканальные компьютеризированные установки Интроскоп-КСШ1 и

Интроскоп-ККТ1 на базе многоканального дефектоскопического ком­

плекса Интроскоп-01 с оперативным использованием информации о ре­

зультатах контроля сварных соединений и концов труб в процессе их

производства, изготовленных сваркой давлением в линии производства221

электросварных труб 0 219 - 530 мм с толщиной стенки 4 - 12 мм в ОАО

«ВМЗ». В процессе эксплуатации установка Интроскоп-01 прошла мо­

дернизацию, для неё разработано новое специализированное программ­

ное обеспечение, позволяющее реализовать разработанные способы по­

вышения эффективности УЗ контроля сварных швов и концов труб (па­

тенты РМ № 2507, № 2508 и №2565);

• многоканальные автоматизированные дефектоскопические комплексы

ультразвукового контроля электросварных труб Интроскоп-02.01 и Ин-

троскоп-02.02, вошедших в состав установок НК-360, НК-361 и НК-362

с улучшенными техническими характеристиками, паспортизацией труб с

оперативным использованием информации о результатах контроля свар­

ных соединений и концов труб в процессе их производства. Системы вне­

дрены в ОАО «ВМЗ» на семи участках в линиях производства электро-

сварных труб, изготовленных сваркой плавлением. Для управления этими

установками разработано специализированное программное обеспечение,

которое адаптировано под различные требования норм и стандартов кон­

троля электросварных труб и реализующее разработанные способы и уст­

ройства повышения эффективности УЗ контроля электросварных труб

(А.с. СССР № 826831, № 1098393) (пат. РМ № 2108, № 2534, № 2839,

№ 2889, № 3131 и №3132). В период 2007-2013 г.г. при послегарантий­

ном обслуживании комплексов Интроскоп-02.01 и Интроскоп-02.02 вы­

полнено обновление аппаратно-программного и методического обеспече­

ния установок (заменено ПО с целью увеличения производительности УЗ

контроля труб и обеспечения самодиагностики комплексов Интроскоп,

увеличена степень интеграции аппаратуры, повышена ее надежность).

Постоянное совершенствование систем контроля позволяет оперативно

реагировать на новые запросы производителей труб.

• Разработанные и внедренные в промышленность способы и оборудование

неразрушающего контроля в совокупности с современными передовыми

технологиями обеспечивают высокую эффективность производства элек-2 2 2

тросварных труб, обеспечивают их качество и соответствие требованиям

отечественных и международных стандартов ГОСТ Р ИСО 3183-2009,

АР1 5Ь, Б Ш ЕК 10246-15 и др.

• Общее количество комплексов и установок, разработанных при непо­

средственном участии автора, поставленных трубным заводам России,

Украины и Румынии, составило свыше 70 шт. в объеме около 8 млн. дол­

ларов США.

223

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Неразрушающий контроль: Справочник; В 7 т. / Под общ. ред. В.В. Клюе­

ва. Т. 3: И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. Ультразвуковой контроль. - 2-е изд. испр. -

М.: Машиностроение, 2006. - 864 с.: ил.

2. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / Под ред. В.В.

Клюева.- М.: Машиностроение, 2003. - 490 с.: ил.

3. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. - М.: Машино­

строение, 1981. - 240 с.

4. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. Ультразвуковой контроль сварных швов. - Ки­

ев: Техника, 1972. - 460 с.

5. Алешин Н.П. Физические методы неразрушающего контроля сварных со­

единений. М.: Машиностроение, 2006. - 368 с.

6 . Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Контроль качества сварочных работ. - М.:

Высшая школа, 1986.- 167 с.

7. Щербинский В.Г. Технология ультразвукового контроля сварных соедине­

ний. - М.: Тиссо, 2003. - 313 с.

8 . Ультразвуковой контроль материалов: Справ. изд. Й. Крауткремер, Г.

Крауткремер; пер. с нем.- М.: Металлургия, 1991. - 752 с.

9. Гончаров Ю.Г., Ефименко С.П., Малинка А.В. и др. Неразрушающий

контроль труб для магистральных нефтегазопроводов / Под ред. Г.Н. Сергеева,

Ф.И. Вайсвайлера. М.: Металлургия, 1985. - 248 с.

10. Неразрушающий контроль качества сварных конструкций / Троицкий

В.А., Радько В.П., Демидко В.Г., Бобров В.Т. - Киев: Техшка, 1986. - 159 с.

11. Бобров В.Т., Кондрацкий В.Я. Автоматическая дефектоскопия сварных

швов стальных труб. Сб. «Исследования по физике металлов и неразрушающим

методам контроля». Изд-во «Наука и техника», Минск, 1968.

12. Бобров В.Т. Влияние характера дефекта на эффективность ультразвукового

контроля при радиочастотной сварке труб // Сварочное производство. 1969. №

6 . С. 22 - 24.

224

13. Стипура А.П., Загорулько В.С . и др. УЗ контроль качества сварного шва

спиральношовных газопроводных труб // Дефектоскопия. 1975. № 4. С. 22 - 27.

14. Бобров В.Т., Кондрацкий В.Я., Лебедева Н.А. и Заборовский О.Р. Уста­

новка для высокоскоростного контроля сварных швов труб в потоке // Дефекто­

скопия. 1968. № 5. С. 39 - 43.

15. Бобров В.Т., Малинка А.В., Дружаев Ю.А. и др . Установка ДУК-

15ЦЛАМ для автоматического контроля сварных швов труб // Дефектоскопия.

1968. № 6 . С. 24 - 27.

16. Бобров В.Т., Коряченко В.Д. Пооперационный комплексный контроль

сварных труб в потоке трубосварочного стана. Сб. «Дефектоскопия сварных

соединений». МДНТП, М., 1969.

17. Бобров В.Т., Коряченко В.Д., Дружаев Ю.А., Минаев Ю.А. Установка

технологического контроля сварного шва труб // Приборы и системы управле­

ния. 1978. № 6 . С. 36 - 38.

18. Бобров В.Т., Демченко А.С., Праницкий А.А. и Яблоник Л.М . Промыш­

ленная ультразвуковая дефектоскопия и задачи ее развития // Дефектоскопия.

1978. № 6 . С. 44 - 52.

19. Бобров В.Т., Коряченко В.Д. Повышение чувствительности и достоверно­

сти автоматизированного ультразвукового контроля сварных швов труб // Де­

фектоскопия. 1978. № 9. С. 36 - 40.

20. Будзуляк Б.В. О планах работ ПК8 технического комитета 23 «Магист­

ральный трубопроводный транспорт», Шр:/А№№№.ту8Ьагеё.га/8Нёе/84155/ 10

сентября 2009 года, г. Казань.

21. Чабуркин В.Ф., Канайкин В.А. Оценка опасности дефектов сварных со­

единений при диагностике газонефтепроводов. - Сварочное производство. 2000.

№ 9. С. 41 - 44.

22. Халилеев П.А., Патраманский Б.В., Лоскутов В.Е. и др . О современном

состоянии контроля надёжности магистральных трубопроводов // Дефектоско­

пия. 2000. № 1. С. 3 - 17.

225

23. Матвеев Ю.М. Теоретические основы производства сварных труб. - М.:

Металлургия, 1967. - 169 с.

24. Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соеди­

нений - М.: изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000. - 496 с.

25. Ермолов И.Н. Наклонный ПЭП - вклад советских ученых в практику и тео­

рию ультразвукового контроля // Дефектоскопия. 1991. № 4. С. 56 - 65.

26. Ермолов И.Н., Рахимов В.Ф. К оценке эквивалентных размеров дефектов

наклонными преобразователями // Дефектоскопия. 1989. № 11. С. 44 - 51.

27. Троицкий В.А. Краткое пособие по контролю качества сварных соедине­

ний/ ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины. - 1997. - 224 с.

28. Моисеева Н.Н., Щукин В.А., Яблоник Л.М. Ультразвуковой контроль

продольных сварных швов цилиндрических изделий // Дефектоскопия. 1978.

№ 4. С.15 - 20.

29. Гурвич А.К., Кукли А.С . Акустический тракт ультразвукового дефекто­

скопа при контроле листов пучком сдвиговых волн, возбуждаемых наклонным

искателем// Дефектоскопия. 1973. № 3. С. 28 - 38.

30. Алешин Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х., Вощанов А.К., Ермолов И.Н.,

Гурвич А.К. Методы акустического контроля металлов.- М.: Машинострое­

ние, 1989.- 456 с.

31. Алешин Н.П., Бобров В.Т., Ланге Ю.В., Щербинский В.Г. Ультразвуко­

вой контроль: учебное пособие / под общ. ред. В.В.Клюева. М.: Издательский

дом «Спектр», 2011. - 224 с.: ил. - (Диагностика безопасности).

32. Коряченко В.Д., Фак И.И., Ткаченко А.А. Повышение достоверности ре­

зультатов автоматического УЗ контроля сварных швов труб большого диаметра

// Материалы IX Всесоюзной научно-технической конференции "Неразрушаю­

щие физические методы и средства контроля". - Минск, 1981- с. 115 - 117.

33. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: Спра­

вочник под ред. Неймарка В.Е.- М.-Л.: Энергия, 1967. - 240 с.

34. Домаркас В.И., Пилецкас Э.Л. Ультразвуковая эхоскопия. - Л .: Машино­

строение, 1988. - 276 с.226

35. Бадалян В.Г., Базулин Е.Г. и др . Ультразвуковая дефектометрия металлов

с применением голографических методов / Под ред. А.Х. Вопилкина. М.: Ма­

шиностроение, 2008. - 298 с.

36. Богод В.Б., Гурвич А.К. Исследование направленности поля искателя с ка­

чающимся ультразвуковым лучом // Дефектоскопия. 1975. № 4. С. 134 - 137.

37. Вронский А.В. Обнаружение продольных дефектов котельных труб в усло­

виях электростанций // Дефектоскопия. 1974. № 1. С. 67 -71.

38. Пасси Г.С. Исследование стабильности акустического контакта при кон­

троле наклонным преобразователем // Дефектоскопия. 1988. № 3. С. 69 - 78.

39. Ткаченко А.А., Гаврев В.С., Ралдугин А.Н. и др . Многоканальные уста­

новки УЗ неразрушающего контроля сварных труб в процессе производства.

XVI Российская научно-техническая конференция "Неразрушающий контроль

и диагностика". - С - Петербург, 2002. Труды конференции. Доклад 2-37.

40. Могильнер Л.Ю., Сахранов А.В., Урман А.С. Прохождение ограниченно­

го ультразвукового пучка через плоский слой контактирующей жидкости при

наклонном падении и импульсном режиме излучения// Дефектоскопия. 1986.

№ 1. С. 70-80.

41. Ткаченко А.А. Повышение достоверности автоматизированного ультразву­

кового контроля сварных швов при производстве труб большого диаметра. -

Научный интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности»

(Ьйр://1рЬ.шо8.ги/йЬ/2014-1/). Выпуск №1 (53) - февраль 2014 г.

42. Ткаченко А.А . Пьезоэлектрический преобразователь для ультразвукового

контроля изделий. Патент Республики Молдова № 2507, Бюллетень ВОР1

№ 7/2004.

43. Рахимов В.Ф. О влиянии шероховатости контактных поверхностей на про­

хождение ультразвуковых колебаний //Дефектоскопия. 1988. № 11. С. 50 - 56.

44. Кирияков В.Ф. О применении пьезопреобразователя с наклонным дном

иммерсионной камеры // Дефектоскопия. 1976. № 4. С. 96 - 104.

45. Гурвич А.К. Ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений. - Киев:

Укртехиздат, 1963. - 152 с.227

46. Вентцель Е.С . Теория вероятностей. - М.: Наука, 1969. - 576 с.

47. Свешников А.А . Прикладные методы теории случайных функций. - М.:

Наука, 1968. - 320 с.

48. Коряченко В.А., Фак И.И., Заборовский О.Р., Чегоринский В.А. Авт.

свид. № 603896 Способ контроля акустического контакта - Опубл. Бюл. № 15,

1978.

49. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. Пер. с англ. - М.: Наука,

1968. - 720 с.

50. Крайников А.В, Кудриков Б.А, Лебедев А.Н. Вероятностные методы в

вычислительной технике. - М.: Высшая школа, 1986. - 312 с.

51. Мельканович А.Ф., Арбит И.И. Развитие методов и средств измерения пе­

редаточных функций электроакустических преобразователей. // Дефектоскопия.

1988. № 8 . С. 29 - 34.

52. Плужников В.М., Семенов В.С. Пьезокерамические твердые среды. - М.:

Энергия, 1971. - 320 с.

53. Гурвич А.К., Дымкин Г.Я., Никифоров Л.А., Цомук С.Р. Исследование

поля продольных волн, возбуждаемых наклонными искателями с закритиче-

скими углами призм // Дефектоскопия. 1984. № 1. С. 68 - 74.

54. Каневский З.М., Финкельштейн М.И. Флуктуационная помеха и обнару­

жение импульсных радиосигналов. - М.: Энергия, 1963.- 216 с.

55. Гурвич А.К., Кузьмина Л.И. Справочные диаграммы направленности ис­

кателей ультразвуковых дефектоскопов. - Киев: Техника, 1980. - 102 с.

56. Ткаченко А.А., Найда В.Л., Кирияков В.Ф. и др . Способ автоматического

слежения за сварным швом с валиком усиления // Патент Республики Молдова

№ 2889, Бюллетень ВОР1 № 10/2005.

57. Кугушев А.М., Голубева Н.С. Основы радиоэнергетики.- М.: Энергия,

1989. - 878 с.

58. Ткаченко А.А. Способ контроля акустического контакта при ультразвуко­

вой дефектоскопии. Патент Республики Молдова № 2508, Бюллетень ВОР1

№ 7/2004.228

59. Ткаченко А.А. О слежении за сварным швом трубы со снятым гратом при

ультразвуковом контроле // Контроль. Диагностика. 2004. № 5. С. 53 - 61.

60. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. - М.: Сов. Энциклопедия, 1979. -

400 с. ил.

61. Ермолов И.Н. Методы ультразвуковой дефектоскопии. - М.: Московский

горный институт, 1966. - 267 с.

62. Голубев А.С., Меркулов Л.Г., Щукин В.А. К вопросу о достижении опти­

мальной чувствительности при эхо-методе УЗ дефектоскопии // Заводская лабо­

ратория. 1962. № 2.

63. Коряченко В.Д. Статистическая обработка сигналов дефектоскопа с целью

увеличения отношения сигнал-шум при реверберационных помехах структу­

ры// Дефектоскопия. 1975. № 1. С. 87 - 95.

64. Приходько В.Н., Федоришин В.В. Ультразвуковой контроль межкристал-

литной коррозии сварных швов нержавеющих сталей // Дефектоскопия. 1993.

№ 11. С. 10 - 19.

65. Гурвич А.К. Авт. свид. СССР, № 175300 Щуп к ультразвуковому иммер­

сионному дефектоскопу. - Опубл. Бюл. № 19, 1965.

6 6 . Ткаченко А.А., Гаврев В.С., Кирияков В.Ф. Способ ультразвукового кон­

троля сварных швов с валиком усиления, Патент РМ № 3131, Бюллетень ВОР1

№ 5/2006.

67. Ткаченко А.А., Гаврев В.С., Кирияков В.Ф. Способ ультразвуковой де­

фектоскопии сварных швов с валиком усиления. Патент РМ № 3132, Бюллетень

ВОР1 № 5/2006.

6 8 . ГОСТ 17410-78. Контроль неразрушающий. Трубы металлические бесшов­

ные цилиндрические. Методы ультразвуковой дефектоскопии. - М.: Госстан­

дарт, 1978.- 24 с.

69. Гусев П.П. Исследование возможности сокращения количества стандарт­

ных образцов для настройки ультразвуковой аппаратуры для контроля качества

труб// Дефектоскопия. 1986. № 10. С. 82 - 84.

229

70. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. - М.: изд. АН СССР, 1957. -

502 с.

71. Яблоник Л.М. Оценка чувствительности контактного и иммерсионного

методов ультразвукового контроля // Дефектоскопия. 1967. № 1.

72. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: Сов. радио,

1964.- 695 с.

73. Щербинский В.Г. Исследование динамического акустического контакта

при ультразвуковом контроле // Дефектоскопия. - 1967. - № 2.

74. Харкевич А.А. Неустановившиеся волновые явления. - М .- Л.: Гостехиз-

дат, 1950. - 202 с.

75. Пугачев В.С . Основы автоматического управления.- М.: Наука, 1968.-679 с.

76. Бобров В.Т., Ткаченко А.А., Троицкий В.А. Развитие методов и средств

автоматизированного ультразвукового контроля сварных труб в потоке произ­

водства // Материалы XVII Российской научно-технической конференции НК и

ТД. (Электронный ресурс). Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2005. Электрон.

опт. диск. Ст. Т2-12.

77. Ермолов И.Н. Достижения в ультразвуковом контроле сварных соединений

из аустенитных и разнородных материалов: Обзор //Дефектоскопия. 1990. № 2.

С. 4 - 18.

78. Волков А.С., Гребенник В.С. Исследование поляризации поперечных ульт­

развуковых волн в металлических образцах // Дефектоскопия. 1984. № 5.

С. 87 - 89.

79. Ушаков В.М., Щербинский В.Г., Вопилкин А.Х. Отражение и трансфор­

мация линейно-поляризованных сдвиговых волн на дефектах // Дефектоскопия.

1983. № 9. С. 17 - 23.

80. Ушаков В.М., Щербинский В.Г., Перевалов С.П. Отражение и трансфор­

мация линейно-поляризованных сдвиговых волн на плоскости (свободной гра­

нице полупространства) и дефектах // Дефектоскопия. 1983. № 7. С. 70 - 75.

81. Дамаскин А.Л. Исследование акустического тракта при эхо-импульсном

контроле поверхностными волнами // Дефектоскопия. 1991. № 2. С. 26 - 29.230

82. Веремеенко С.В. Способ контроля качества акустического контакта. Авт.

свид. № 280032. - Бюл. изобр., 1970, № 27.

83. Стипура А.П., Малинка А.В. Опыт применения неразрушающих методов

контроля в металлургической промышленности. - Киев: изд. Знание, 1979.

84. Головкин А.М. Влияние скорости и шага сканирования на надежность ре­

зультатов ультразвукового контроля труб // Дефектоскопия. 1973. № 3. С. 58 -

64.

85. Дианов Д.Б. Прохождение нестационарных звуковых сигналов через слои­

стые среды // Известия ЛЭТИ. - 1968. - № 63.

8 6 . Меркулов Л.Г., Веревкин В.М. Прохождение и отражение ультразвуково­

го импульса для плоскопараллельной пластины в жидкости // Дефектоскопия.

1965. № 5. С. 13 - 21.

87. Ткаченко А.А. Автоматическая регулировка усиления тракта дефектоскопа

при ультразвуковом контроле труб // 3-я Международная выставка и конферен­

ция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в про­

мышленности», 17-18 марта 2004. Москва, ЦМТ. Программа конфер. и тезисы

докладов, с. 85.

8 8 . Гурвич А.К. Диаграммы направленности наклонных искателей // Дефекто­

скопия. 1966. № 6 .

89. Чегоринский В.А., Коряченко В.Д., Ткаченко А.А., Бобров В.Т. и Боб­

ров В.А. Анализатор дефектов к ультразвуковому дефектоскопу. Авт. свид.

СССР № 932397. М. Кл.3 О 01 N 29/04. Опубл. 30.05.1982. Бюл. № 20.

90. Дианов А.Б. Исследование направленности призматических преобразовате-

лей//Дефектоскопия. 1965. № 2. С. 8 .

91. Дианов В.Ф. О достоверности ультразвукового контроля сварных соедине­

ний энергетического оборудования // X Всесоюзной научно-технической кон­

ференции "Неразрушающие физические методы и средства контроля". - Львов,

1984, кн. 1, А2-24.- с. 62.

92. ГОСТ 5839-82. Микроструктура стальных труб.

231

93. Волченко В.Н., Маслов Б.Г., Волков А.С. Исследование статистических

методов при контроле качества сварки // Сварочное производство. 1970. № 11.

С. 35 - 37.

94. Коряченко В.Д., Ткаченко А.А., Фак И.И. Авт. свид. СССР № 1098393.

Способ ультразвукового контроля сварных швов. Опубл. БИ № 32, 1984.

95. Ткаченко А.А. Оптимизация автоматизированного контроля сварных швов

труб // Научные труды VI Международной научно-практической конференции

«Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики,

экономики и права». Кн. «Приборостроение», часть 2. М. 2003, с. 68 - 75.

96. Ткаченко А.А., Гаврев В.С. Способ ультразвукового контроля сварных

швов с валиком усиления, Патент Республики Молдова № 2534, Бюллетень

ВОР1 № 8/2004.

97. Коряченко В.Д., Фак И.И., Ткаченко А.А., Бобров В.Т . Авт. свид. СССР

№ 826831. Способ УЗК качества сварных соединений с валиком усиления, за-

явл.07.12.79. Зарег. в Гос. реестре 04.01.1981 г.

98. Ткаченко А.А . Исследование способов помехозащиты и создание аппара­

туры ультразвукового контроля сварных швов труб / 3-я Международная вы­

ставка и конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в

промышленности», 17-18 марта 2004. Москва, ЦМТ. Программа конференц. и

тезисы докладов, с. 32.

99. Турко Ф.И. и др . К вопросу о стабилизации угла ввода ультразвуковых ко-

лебаний//Дефектоскопия. 1988. № 6 . С. 44.

100. Цыпкин Я.З. Теория импульсных систем. - М.: Физматгиз, 1963. - 970 с.

101. Щербинский В.Г. Новый способ оценки шероховатости поверхности из­

делия и коррекции чувствительности ультразвукового дефектоскопа//Дефекто-

скопия. 1992. № 11. с. 3 - 13.

102. Щербинский В.Г., Белый В.Е. Обнаружение дефектов сварных швов при

ультразвуковом контроле системой тандем // Дефектоскопия. 1974. № 5. С. 23­

29.

232

103. Ткаченко А.А. Увеличение точности определения координат и размеров

дефектов при ультразвуковом контроле сварных швов труб // Материалы 1ой

Национальной научно-технической конференции "Методы и средства неразру­

шающего контроля и технической диагностики". - Кишинев, 2003. С. 131-135.

104. Ткаченко А.А. Определение реальных параметров продольных дефектов

при автоматизированном контроле сварных швов // Научные труды VI Между­

народной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные

проблемы приборостроения, информатики, экономики и права». Кн. «Приборо­

строение», часть 2. М. 2003, с. 76 - 79.

105. Лепендин Л.Ф. Акустика. М.: Высшая школа, 1978, с. 416.

106. Коряченко В.Д., Фак И.И., Ткаченко А.А. Установка автоматизирован­

ного ультразвукового контроля сварных швов // Материалы X Всесоюзной на­

учно-технической конференции «Неразрушающие физические методы и сред­

ства контроля»". - Львов, 1984, Книга первая, А2-18, с. 6 6 .

107. Ткаченко А.А., Кирияков В.Ф . Вероятностный и корреляционный спосо­

бы повышения достоверности автоматизированного ультразвукового контроля

сварного шва труб тандем-методом //Контроль. Диагностика. 2009. № 9. С.38-

45.

108. Белый В.Е. Рассеяние ультразвука на нестандартных моделях дефектов //

Дефектоскопия. 1988. № 12.

109. Басс Ф.Г., Фукс И.М . Рассеяние волн на статистически неровной поверх­

ности. - М.: Наука, 1972. - 424 с.

110. Щербинский В.Г. Основные факторы, влияющие на погрешность ультра­

звуковой дефектоскопии. Обзор // Дефектоскопия. 1991. № 5. С. 3 - 32.

111. Белый В.Е. Оценка характера дефектов сварных швов по совокупности

информативных признаков // Дефектоскопия. 1992. № 8 . С. 9 - 17.

112. Брусенцов Н.П . Микрокомпьютеры. - М.: Наука, 1985. - 205 с.

113. ГОСТ 19.003. Схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные гра­

фические.

233

114. Коряченко В.Д., Ткаченко А.А., Шишкин Г.П., Найда В.Л. Авт. свид.

СССР №1627973. Устройство для ультразвукового контроля, Опубл. БИ, 1991,

№ 6 .

115. ГОСТ 19903-74. Сталь листовая горячекатаная. Сортамент.

116. ГОСТ 20415-82. Контроль неразрушающий. Методы акустические. Общие

положения.

117. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы

ультразвуковые.

118. ГОСТ10704-91.Трубы стальные электросварные прямошовные. Сорта­

мент.

119. Марков А.А. Механизация и автоматизация ультразвукового контроля

сварных соединений //Системы неразрушающего контроля сварных металло­

конструкций на базе ультразвуковых методов. Под ред. Гурвича А.К. 1988.

С.75-76.

120. Кей^оой М. ТЬе аи^отайс иНгазошс тзресйоп оГ ̂ еШей р т В т р1ре-1те§

// Ш газотсз. - 1963, Арп1, 99.-90.

121. Ьи*8сЬ А .: Ш газотс гейейозсоре шШ ап тй1са1:ог оГ Ше йедгее оГ соирйпд

Ь е^ееп йашйисег апй оЪ|ес1 // I Асоиз! 8 ос. А т . 30 (1958), 544 - 548.

122. Ткаченко А.А., Кирияков В.Ф., Гаврев В.С. Способ ультразвуковой де­

фектоскопии сварных швов с гратом. Патент Республики Молдова № 2565,

Бюллетень ВОР1 № 9/2004.

123. Буденков Г.А., Петров Ю .В. Стенд для определения диаграмм направ­

ленности ультразвуковых искателей. // Дефектоскопия. 1981. № 1. С. 76 - 81.

124. Данилов В.Н. и др . Сравнение теоретических и экспериментальных ре­

зультатов исследования работы прямых совмещенных преобразователей // Де­

фектоскопия. 1997. № 6 . С. 39-49.

125. Ткаченко А.А., Кирияков В.Ф. Некоторые особенности выявления рас­

слоений в стальных толстостенных трубах при щелевом способе ввода ультра­

звука // Контроль. Диагностика. 2010. № 12, С. 9 - 15.

234

126. Стипура А.П. Об эталонировании чувствительности при автоматическом

ультразвуковом контроле сварных швов // Дефектоскопия. 1979. № 11.

С. 40 - 44.

127. КопасЬепко У.Б., Рак 1.1., ТкасЬепко А.А., ХаЬогоу8к1 О.К. Тке едшр-

теп! Гог аи^ошаЕс иИга8о т с 1шрес1:юп оГ ^еШеё ]о1п18 т р1реНпе8 // Ргосееёт§8

оГ т1:ета1:юпа1 8у т р о 8ш т “Р1ре1те &а§по8Ес8,85” 1985. М озсо^, рр. 19 - 22.

128. Соседов В.Н., Бобров В.Т. Развитие методологии, физических основ и

принципов построения аппаратуры ультразвукового контроля //Дефектоскопия.

1983. № 10. С. 38 - 46.

129. Шпагин Д.А., Марков А.А., Федоренко С.В., Шестаков А.И. Оптимиза­

ция углов ввода акустических колебаний при ультразвуковом контроле изделий

сложной формы конфигурации // 14 Российская н-т конф. «Неразрушающий

контроль и диагностика»: Тез. докл. - М. - 1995.

130. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Нау­

ка, 1981.- 288 с.

131. Контроль труб большого диаметра. Оборудование серии “ЦЪТКЛРГРЕ”.

Электронный ресурс: Шр://’№№№.иИгакгай.ги/тёех.рЬр/т/ргоёис1:8/р1ре-'1:е81т§.

132. Фак И.И., Коряченко В.Д., Ткаченко А.А. Типовая аппаратура установок

для УЗ контроля сварных соединений // Дефектоскопия. 1985. № 12. С. 53 - 56.

133. Коряченко В.Д., Семенов Ю.А., Ткаченко А.А., Плясунов А.В. Авт.

свид. № 998942 Устройство для ориентации ультразвукового преобразователя.

Опубл. Б.И. №7. 1983.

134. Ткаченко А.А., Бобров В.Т., Кирияков В.Ф. и др . Способы повышения

достоверности УЗК сварных швов труб с валиком усиления // В мире неразру­

шающего контроля. 2004. № 3. С. 28 - 31.

135. Коряченко В.Д., Ткаченко А.А. Генератор ультразвуковых колебаний к

дефектоскопу. Авт. свид. СССР № 953555. Опубл. Б.И. № 31. 1982.

136. Ткаченко А.А., Гаврев В.С., Сафронов И.И. и др . Генератор ультразву­

ковых колебаний к дефектоскопу. Патент Республики Молдова № 2108. Опубл.

БИ РМ, № 2, 2003.235

137. Ткаченко А.А., Найда В.Л., Гаврев В.С. и др . Способы и оборудование

для повышения надежности автоматизированного ультразвукового контроля

продольных сварных швов труб в условиях их массового производства // Тех­

ническая диагностика и неразрушающий контроль. 2004. № 4. С. 19 - 25.

138. Ткаченко А.А., Найда В.Л., Копылов А.П. и др . Применение информа­

ционных технологий при создании установок ультразвукового контроля свар­

ных труб в потоке производства // Материалы XVII Российской научно­

технической конференции НК и ТД. (Электронный ресурс). Екатеринбург:

ИМАШ УрО РАН, 2005. Электрон. опт. диск. Ст. Т2-26.

139. Ткаченко А.А. Способы и аппаратура ультразвукового контроля краевых

полос концов сварных труб в потоке их производства // Материалы XVIII Все­

российской конференции с международным участием НК и ТД. Нижний Нов­

город 29.09-03.10.2008. М.: Машиностроение, 2008. С. 310.

140. Ткаченко А.А., Найда В.Л., Копылов А.П. Обеспечение надежности ав­

томатизированного ультразвукового контроля сварных труб при их производ­

стве // В мире неразрушающего контроля. 2006. № 3. С.17 - 20.

141. ТкаеЬепко А.А., Кору1оу А.Р. Шегсоппесйпд Ме!коёз оГ Копёез!гисйуе

Тезйпд ^еМ её ТиЬез т !ке 8!геат оГ МапиГас!иге // 10ш Еигореап СопГегепсе оп

Коп-Вез!гисйуе Тезйпд: Керойз. Керой № 1.13.3. М.: РиЬНзЫпд коизе 8рек!г,

2010. [СБ]. 2010, !ипе 07 - 11.

142. Ра1!ег 8., Ргаше К., Ш дег 8., е!с. Ргасйса1 АррНсайоп оГ !ке Рказеё-Аггау

ТесЬпо1оду ш !к Рат!-ВгизЬ Еуа1иайоп Гог 8еат1езз-ТиЬе Тезйпд (Оегтапу,

ВгазИ, Ргапсе). Керой // 10ш Еигореап СопГегепсе оп Коп-Вез!гисйуе Тезйпд: Ке­

рогаз. Керой № 1.11.1. М.: РиЪНзЫпд коизе 8 рекГг, 2010. [СО]. 2010, 1ипе 07 - 11.

143. Беи!8еЬ А .К .^ ., М., М ахат К., е!с. Рказеё Аггау Ш газотс Тезйпд

оГ Иеауу-^а11 8еат1езз ТиЬез Ьу Меапз оГ а Тезйпд Рог!а1 (Оегтапу). Керой //

10!Ь Еигореап СопГегепсе оп Коп-Оез!гисЙуе ТезИпд: Керог!з. Керог! № 1.3.27.

М.: РиЬНзЫпд коизе 8 рек!г, 2010. [СО]. 2010, Iипе 07 - 11.

144. X 1птдег, О. 8етт1ег, О. 8еЬгоейег, 8. Ра1!ег апй Р. КаЬтапп . Аи!ота!-

её икгазошс !езкп§ оГ зиЬтегдеё-агс ^еМ её (8А ^ ) р1рез и зт§ рказеё-аггауз2 3 6

(Оегтапу). Ргосееёт§8 оГ 18!Ь ^огШ СопГегепсе оп Копёе8!гис!1уе Те8!т§ , 16-20

Арп1 2012, БигЬап, 8 ои!Ь АГпса.

145. Бг. (Б8А) Б1р1.-1п§. ^ о Н га т А. Каг1 Беи!8сЬ, Б1р1.-1п§. Ре!ег 8сЬи1!е,

Б1р1.-1п§. М1сЬае1 ^ т д , Б1р1.-1п§. К атег КаНтпке1. Аи!ота!её Ш га8о т с

Р1ре ^еШ 1шрес!юп. (^СКБТ-8Ьап§Ьа1) ’МБ 1ап08.ёос 31.1ап - 2008.

146. Б. БиМа, К. Во8е. ^еШНпе 1шрес!юп 8у8! е т Гог 8 иЬтег§её Агс 8р1га1

’УеМеё Р1ре Ьу Ш га8о т с МеШоё (1пё1а). Ргосееёт§8 оГ 15!Ь ^огШ СопГегепсе

оп Копёе8!гис!1уе Те8!т§ , 15-21 Ос!оЬег 2000 т Коте.

147. КщаиИ 8., Мо1е8 М. А №^ , 1тргоуеё Р1реНпе АБТ О1г!Ь ^еШ 1п8рес!юп

8у8! е т (Сапаёа). Керог! // 10л Еигореап СопГегепсе оп Коп-Бе8!гис!1уе Те8!т§:

Керог!8. Керог! № 1.11.3. М.: РиЪНзЫпд Роше 8рек!г, 2010. [С^]. 2010, 06. 07-11.

148. Бе Сеи8 8.Х, Бук8!га Р.И., Воита Т. Аёуапсе8 т ТОРБ 1п8рес!юп // Рго-

сееёт §8 оГ 15!Ь ’УогШ СопГегепсе оп Коп-Бе8!гис!1уе Те8!т§ , 15-21 Ос!оЬег 2000

т Коте.

149. ^ г й о т С., Сег!о М., ^ г й о т Р., Гего1Й1 М., ^ г й о ш Б . ТОРБ, РЬа8ей

Аггау ТесЬшдие Гог !Ье Бе!ес!юп оГ 8та11 Тгап8Уег8е Сгаск т 300 т т ТЫскпе88

^е1ё8 т СиМоУп 8!ее1 (1!а1у). Керог! // 10!Ь Еигореап СопГегепсе оп Коп-

Б е 8!гисИуе Те8!т§: Керог!8. Керог! № 1.3.3. М.: РиЪН§Ып§ Роше 8рек!г, 2010.

[СБ]. 2010, 1ипе 07-11.

150. Уап йеп В1де11ааг А., Бе1еуе X., СЬоидгаш К. Аи!ота!ей Еуа1иа!юп Гог

ТОРБ (№!Рег1апЙ8). Керог! // 10!Ь Еигореап СопГегепсе оп Коп-Бе8!гисРуе Те8!-

т§ : Керог!8. Керог! № 1.3.23. М.: РиЪРзРтд Роше 8рек!г, 2010. [С^]. 2010, 1ипе

07-11.

151. Ра881 С. Н!§Р 8 реей Аи!ота!ю Ш га8о т с 1шрес!юп оГ О1г!Р ^е1ё8 Гог ОГГ-

8Роге апй Оп-8 Роге Р1реРпе8 С о т Ь т т д РРа8ей Аггау, ТОРБ, апй Сопуеп!юпа1

Ри18е ЕсРо ТесРпо1о§1е8 (1ггае1). Керог! // 10!Ь Еигореап СопГегепсе оп Коп-

Бе8!гис!1уе Те8рп§: Керог!8. Керог! № 1.11.13. М.: РиЪРзРтд Роше 8рек!г, 2010.

[СБ]. 2010, 1ипе 07-11.

152. Ткаченко А. А., Кирияков В.Ф. Способ ультразвуковой дефектоскопии

сварных швов, Патент РМ № 2839, Бюллетень ВОР1 № 8/2005.237

153. Ткаченко А.А. Исследование многоэлементных пьезоэлектрических пре­

образователей для ультразвукового контроля сварных швов толстостенных

труб // Контроль. Диагностика. 2013. № 10. С. 63 - 67.

154. Ткаченко А.А. Способы определения вида дефекта в сварном шве трубы

при автоматизированном УЗ контроле. - Научный интернет-журнал «Техноло­

гии техносферной безопасности» (Шр://1рЬ.то8.ги/йЬ/2013-4/). Выпуск № 4 (50)

- октябрь 2013 г.

155. Ткаченко А.А. Комплексная диагностика сварных труб большого диамет­

ра на стадии производства. Достижения физики неразрушающего контроля: сб.

научн. тр. /Под ред. Н.П. Мигуна. - Мн.: Институт прикладной физики НАН Бе­

ларуси, 2013. - 380 с. С. 343 - 350.

156. Ткаченко А.А. Интеллектуальные системы неразрушающего контроля

электросварных труб в потоке производства // XX Всероссийская научно­

техническая конференция по неразрушающему контролю и технической диаг­

ностике: доклады конференции. Москва, 3 - 6 марта 2014 г. М.: ИД «Спектр»,

2014. С^. Д. 1239.

157. ТкасЬепко А.А. Веуе1орт§ оГ Ше 1оо1§ апй теШоЙ8 оГ сотр1ех Й1адпо8Йс8

а! Ше ексйо^еШ ей р1ре8 ргойисйоп й о ^ // XX Ки881ап 8с1епййс СопГегепсе оп

Коп-Оезйисйуе Те8Йп§ апй В1адпо8Йс8: АЬ8!гас!8. Мо8со^, 3-6 МагсЬ 2014. М.:

РиЬЙ8Ып§ Ьои8е 8рекй, 2014. Рр. 501- 505.

158. Ткаченко А.А. Повышение достоверности ультразвукового контроля

сварных швов труб с валиком усиления компьютеризированным дефектоско­

пом в линии ТЭСА. 1 -я Национальная научно-техническая конференция и вы­

ставка «Методы и средства неразрушающего контроля и технической диагно­

стики», Кишинев, 2003. Материалы конф. С. 122-130.

159. Ткаченко А.А., Копылов А.П., Гаврев В.С. Распознавание формы выяв­

ленного дефекта при ультразвуковом контроле сварных швов. 4-я Междуна­

родная выставка и конференция «НК и ТД в промышленности», 17-18 мая 2005.

Москва. Тезисы конференции. С. 48.

238

160. Ткаченко А.А. Автоматическое слежение за сварным швом с валиком

усиления при нестабильности угла ввода ультразвуковых колебаний. 4-я Меж­

дународная конференция «НК и ТД в промышленности», 17-18 мая 2005. М.,

Тезисы конференции. С. 63.

161. Ткаченко А.А. Акустическая система слежения за сварным швом труб при

автоматизированном контроле. 5-я Международная конференция «НК и ТД в

промышленности», 16-19 мая 2006. М., Машиностроение-1, тезисы конф. С. 58.

162. Ткаченко А.А. Определение вида дефекта в сварных трубах при автомати­

зированном УЗ контроле тандем-методом. 6 -я Международная конференция

«НК и ТД в промышленности», 15-17 мая 2007. М., Машиностроение-1, труды.

С. 25.

163. Ткаченко А.А., Кирияков В.Ф., Гаврев В.С. Оценка характера отра­

жающей поверхности дефекта в сварном шве трубы при автоматизированном

УЗ контроле. 6 -я Международная конференция «НК и ТД в промышленности»,

15-17 мая 2007. М., Машиностр.-1, труды. С. 150 - 152.

164. Ткаченко А.А. Применение управляющих комплексов в решении техно­

логических задач автоматизированного ультразвукового контроля сварных

труб. 7-я Международная конференция «Неразрушающий контроль и техниче­

ская диагностика в промышленности», 11-13 марта 2008. М., Машиностроение,

тезисы докладов. С. 44 - 46.

165. Ткаченко А.А. Контроль сварных швов толстостенных изделий с помо­

щью многоэлементного наклонного пьезопреобразователя. 8-я Международная

конференция «НК и ТД в промышленности», 18-20 марта 2009. М., Машино­

строение, тезисы докладов. С. 47 - 48.

166. ТкасЬепко А., Ь аепко Р., Ш гцакоу У. е!с. 1шшег8юп МиШ-Е1ешеп! 1п-

сНпеё СотЫпеё Тгашёисег Гог Ше Соп!го1 оГ ̂ е1ёеё 8 еаш8 оГ В1§ В1аше!ег Р1ре8

ёиппд Ше МапиГасШге. Керог!//10Л Еигореап СопГегепсе оп Коп-Ве8!гисИуе Те8!-

т§ : Керой8. Кер. 1.11.14. М.: РиЪШЫпд кои8е 8рекТг, 2010. [СБ].

167. ТкасЬепко А. Ш едга^её Ш еШдеп!: 8у81е т 8 оГ Коп-Ве8!гисИуе Те81т д -

Р1еёде оГ Риа1йу оГ МапиГасШге оГ ^е1ёеё ТиЪе8 Гог Ше М а т Р1реНпе8. 1п!егпа-2 3 9

!юпа1 СопГегепсе 2пё Iп!егпа!^опа1 СопГегепсе оп !ппоуа!юпз, Кесеп! Тгепёз апё

Ска11епдез т Меска!готсз, Мескашса1 Еп§теепп§ апё Ш§к-Теск Ргоёис!з

Беуе1ортеп!, МЕСАШТЕСН’10, Вискагез!, 23-24 8 ер!етЬег 2010. Рр. 135 - 145.

168. ТкаеЬепко А. Тке ШеШдеп! зуз!ет оГ Аи!отакс Тгасктд ВеЫпё !ке ^е1ё-

её 8 е а т а! !ке Ш газотс Тезкпд оГ Р1рез. Iп!егпа!^опа1 СопГегепсе 2пё Шегпакоп-

а1 СопГегепсе оп !ппоуа!юпз, Кесеп! Тгепёз апё Ска11епдез т Меска!готсз, Ме-

скатса1 Еп§теепп§ апё Ш§к-Теск Ргоёис!з Беуе1ортеп!,

МЕСАНIТЕСН, 10, Вискагез!, 23-24 8 ер!етЬег 2010. Рр. 146 - 154.

169. ТкаеЬепко А., ВДгцакоу V. Тке ШеШдеп! ^ а у з оГ Оейшкоп оГ Туре оГ Бе-

Гес! а! !ке Аи!ота!её Ш газотс Тезёпд а ^е1ёеё 8 еат. Iп!егпа!^опа1 СопГегепсе

2пё Шегпаёопа! СопГегепсе оп IппоVа!^опз, Кесеп! Тгепёз апё Ска11епдез т

Меска!готсз, Мескатса1 Еп§теепп§ апё Ш§к-Теск Ргоёис!з ^еVе1ортеп!,

МЕСАН1ТЕСН’ 10, Вискагез!, 23-24 8 ер. 2010. Рр. 172 - 176.

170. Ткаченко А.А., Исаенко Ф.И., Кирияков В.Ф . и др. Специализирован­

ные ультразвуковые преобразователи для контроля ответственных зон сварных

труб.- XIX Всероссийская научно-техническая конференция по НК и ТД: те­

зисы докладов. Самара, 6 - 8 сентября 2011г. - Издательский дом «Спектр»,

2011. С. 189 - 190.

171. Ткаченко А.А. Оптимизация параметров электроакустического тракта де­

фектоскопа при автоматизированном контроле краевых полос концов сварных

труб.- XIX Всероссийская научно-техническая конференция по НК и ТД: те­

зисы докладов. Самара, 6 - 8 сентября 2011г. - Издательский дом «Спектр»,

2011. С. 192 - 195.

172. Ткаченко А.А. О применении раздельно-совмещенного ПЭП в режиме

приема эхосигналов.- XIX Всероссийская НТК по НК и ТД: тезисы докладов.

Самара, 6 - 8 сентября 2011г. - ИД «Спектр», 2011. С. 197 - 198.

173. Ткаченко А.А. Особенности автоматизированного ультразвукового кон­

троля стенки сварной трубы раздельно-совмещенным преобразователем. Сбор­

ник материалов XIX международной конференции «Современные методы и

240

средства НК и ТД», 3-7 октября 2011г., Гурзуф - Киев: УИЦ «Наука. Техника.

Технология», электрон. опт. диск. С. 101 - 103.

174. Ткаченко А.А. Исследование возможности применения щелевого акусти­

ческого контакта при измерении толщины стенки труб. Зб1рник доповщей 7-1

Нащонально! науково-техшчно! конференцн “Неруйшвний контроль та

техшчна д1агностика - ПкгХОТ-2012” / Ки1в: УТНКТД, 20-23.11.2012. С. 93-96.

175. Ткаченко А.А. Автоматизированный ультразвуковой контроль сварных

труб. Исследование способа определения типа дефекта. Сборник материалов

XX международной юбилейной конференции «Современные методы и средства

НК и ТД», 1-5 октября 2012г. Гурзуф-Киев: УИЦ «Наука. Техника. Техноло­

гия», электрон. опт. диск. С. 55 - 58.

176. Пат. Республики Молдова № 2508. Способ контроля акустического кон­

такта при ультразвуковой дефектоскопии / Ткаченко А.А. 2004. Бюлл. ВОР1

№ 7.

177. Ткаченко А.А., Кирияков В.Ф. Автоматизированный ультразвуковой

контроль сварных труб / Под ред. В.Т. Боброва. М.: ИД «Спектр», 2014. 190 с.

241

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1 - Справка от 22.04.2014г. об объёмах выпуска Установки электронно­акустической УД-82УА по годам. (ШТКО8 СОР 8А с 1996г. явля­ется правопреемником ПО «Волна»)

Приложение 2 - Акт экспертизы материалов, подготовленных к передаче по лицен­зионному соглашению, утвержденный 17.09.1986г. главным инже­нером ВНИИНК.

Приложение 3 - Протокол от 12.10.1993г. о внедрении установки НЗД-008 на пред­приятии 8 С ТЕРКО 8А, Яссы, Румыния.

Приложение 4 - Протокол от 12.12.1995г. о приёмке работ по запуску в эксплуата­цию установки неразрушающего контроля НКУ-108 на предпри­ятии 8 .С. ИЕЫ ТЕБЕ 8 .А., Бухарест, Румыния.

Приложение 5 - Протокол от 04.12.1998г. о вводе в эксплуатацию установки нераз­рушающего контроля НКУ-108М на предприятии 8 .С. ИЕЫ ТЕБЕ 8 .А., Бухарест, Румыния.

Приложение 6 - Протокол от 24.10.2007г. испытаний установки для контроля свар­ного шва «Интроскоп КСШ-01» в ТЭСЦ-3 ОАО «ВМЗ».

Приложение 7 - Справка от 25.10.2013г. о внедрении и послегарантийном обслужи­вании в период 2007 - 2013 г.г. установок НК-360, НК-361 и НК- 362, поставленных АО «Интроскоп» г. Кишинев совместно с ИЭС им. Е.О.Патона г. Киев в ТЭСЦ-4 ОАО «ВМЗ». Установки НК-360, НК-361 и НК-362 созданы на базе многоканальных авто­матизированных дефектоскопических комплексов УЗ контроля Интроскоп-02.01 и Интроскоп-02.02 с улучшенными технически­ми характеристиками.

242

Приложение 1

31г. Ме§1еги1 Мапо1е 20 Мй-2044, СЫ?таи РериЫюа МоЮоуа

Тек +373 22 473300 Рах: + 373 22 472300

Е-таН: о№се@т1гозсор.тб

г я . м .

С П Р А В К А

Настоящим подтверждается, что Установка электронно-акустическая

«УД-82УА», предназначенная для автоматизированного ультразвукового

контроля изделий металлургической продукции, разработанная ВНИИНК ПО

«Волна», в 1983г. успешно прошла государственные испытания и была

рекомендована к серийному выпуску в ПО «Волна», г. Кишинев.

В период с 1984г. по 1990г. в ПО «Волна» произведено и поставлено

различным потребителям Установок электронно-акустических «УД-82УА» в

количестве 48 комплектов, в том числе по годам:

1984г. -4ш т.

1985г. - 13шт.

1986г. - 15шт.

1989г. - 14шт.

1990г. -2ш т.

Зам. Генерального директор

243

. ' «А* . .. 0 отельСл.-у;л 1-<у. •

Гл.иняен*

Приложение 2.1

Ф.Н.Нурийя

А К Т экс пертизы ■-*г$'*ьазв »

ь организации)

^ 3 -------------------)9<$Г г.

Материалов экспонатов), подготовленных К Передаче ПО ЛИЦбНЗИОННОМУ СОГЛЭШОНИЮ(к открытой публикации*, к изданию с графом «Для служебного пользования»)

Экспертная комиссия ВНИИ ПП ря.ярабпТ1Ю_ нрряярушяотщиу ИСТОДОВ И СР6ДСТВконтроля материалэврФШЩНЮ

созданная согласно приказу ДИрв КТ Ора БНИИНК ^ I б ЯНВаря(руководителя предприятия, организации)' (дата)

1986 г., в составе: председателя Боброва Владимира Тимофевича-зам.директора ВНИИНК

и членов:(фамилия, имя, отчество, должность)

ьавицкого Александра Всеволодэвича-эав. патентной лабораторией,-Бурячнрнко Петря Алекпеовича-представителя I отдела, Деслера Леонида

(фамилия, имя, отчество, должность) " " “ ■Борисовича- зав.НИР

на заседании (протокол № ^ / от /-?.&€■ %6г ) рассмотрела ТвХНИЧеСКОв ОПИСаНИб И КОНСТруКТОр-

-екую документацию на_ объект "Способ и технология ЭМА контроля сплошности(нид материала, ф., и., о. автора, полное название работы и объем)

металлопродукиии^по лицензионному соглашению от 4 .1 2 .85г.ТО П /018511303

лненнуюлистах по яакап-наряду В/О "Лицснзинторг" от 15.04.86 г.вйй. _ _______ _______________

(указать по какому 'плану— открытому.^акрытому, в порядке личной

-УУЗ/П7 II1/4 0 ------------ ------------------------------_ инициативы, по заказу и т д )Описаны способы и технология контроля, Приведены принципиальные и электри-

(краткая аннотация, новые элементы, практическое "чес кие схемы дефектоскопа^ его ̂ лднсв и преобразователей, технология их изготовления, их рабочие11 тЩЩй#08 значение)

Руководствуясь: _____а) Перечнем сведений, подлежащих засекречиванию по МИНИСТврСТВУ Приборостроения,!ТВУ 1

:.о т .| г .средств автоматизации и._оистем_ управления СССР от 22(указать министерство, ведомство и год издания)

б) Перечнем сведений, не подлежащих опубликованию в открытой печати, передачах порадио и телевидению ПО .Минггрибору от 1981г. и дополн.№$1,2 от 1982 г .

(указать министерство ведомство, год издания)в) Перечнем сведений, запрещенных к опубликованию в открытой печати передачах гиа аалио _ип

литапечати и в изданиях с грифом «Для служебного пользования», а также для рассмотрения на откры- !ых съездах, конференциях и симпозиумах 19 у^. издания, экспертная комиссия подтверждает, что:

1. в рассмотренной работе не содержатся сведения, запрещенные к опублико-(указать, содержатся или не содержатся

ванию документами,поименованными выпе в п п ." а " ," б " ," в , г" и другие све-сведения. запрещенные к опубликованию докVментами. поименованными

_Ссдругие сведения, открытое опубликова-дения, открытое опубликование кчторту может нанести вред Советскому г о с у -выше в пп. «а», «б», «в» , «г» и другие сведения, открытое опсбликпня-дарству__

ние которых может нанести вред Советскому госу царству)„„ Под «крытым опубликованием понимается публукация материалов в открытой печати переда­чах по радио и телевидению, оглашение на международных, зарубежных и открытых внутрисоюзных съездах, конференциях, совещаниях, симпозиумах, демонстрация в кинофильмах .экспонирование в му­зеях, на выставках, ярмарках, публичная защита диссертаций, депонирование рукописен, вывоз ма териалов за границу. ̂ 317

244

Приложение 2.2

я я1 не содержатся сведения,которые могли бы составить предмет изобре-(ук&за^ь, содержатся или не содержатся сведения, которые могли бы составить предмет

тения, открытия или признаны промышленным образцом, но не оформленыизобретения, открытия или признаны промышлен ным образцом, но не оформлены

в Госкомизобретений_ по авт.овид. Ю 53555Года: в Х 'Г .'Ш Г о ’т 1982г.); )И75546(опубл. в«. и ".̂ ^̂м ша ,4 Л г Л ; т т а ! ( о ' д а , '.

ми свш!ш^ь(л,ва№^гаш1л омами, свидетельства ми на промышленные образцы, патентами, то указатьв 6.И.1Р27 от 1978г.)-запрета 1 оскомизооретений на опубликование неимеетоя.ИмеЪтЁяЖтЖ'а» ГШ*’*абШ§Гопу6яТШЖЬ5г.,»263ге94

Государственного комитета СССР

о п ^ а ж ж : 1; Ш гШ « в мо ^ г т а » г ; в ® о д а .гчо Т(у У {аз%,у>» получены ли приоритетные справки во всех странах, где предполагается патентование23 .01.80г.Не имеется сведений о пром.образцах,защищенных свидетельства-

изобретения, или патент в одной из етран патентования, опубликована ли заявка, на изобретение илими на пром.образцы,417.02.8ьг. получен патент СССР в Японии

.промьдцленный образец иностранным. патентным ведомством; в случае подачи заявки указать № за-№1292308, опуол. 16.12.ЬЬг.явки и имеется ли разрешение Госкомизобретений на опубликованиене имеется отказа в выдаче авт.свид, и свид,на промышленный_______

в) (в случае отказа в выдаче авторского свидетельства или свидетельства на)образецпромышленный образец указать, согласны или не согласны заявители с решением Госкомизобретений

и не будет ли ими это решение опротестовываться)

не использованы литературные источники и документы,3. В рассмотренной работе

(указать, использованы или не использованыимеющие гриф секретности или ”Для служебного пользования” , а также

литературные источники и документы, имеющие грифы секретности или «Для служебного пользо

служебные материалы других о р ган и зац и й ___________вания», а также служебные материалы других организаций)

4. На публикацию работы (или ее части)следует

следует, не следует)

разрешение . Минприбора(министерства, ведомства, организации)

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

В результате рассмотрения материала по существу его содержания комиссия считает ВОЗМОЖНЫМ П 6 Р 0 —

дачу технической документации фирме КГУ (ФРГ) в составе документации _по лицензионному соглашению от 4 .12.35г.)й73ТТ/ОГ85ТТ1,т.к'.в докум^нтя-

(мотивированное заключение о возможности опубликованияции не содержится сведений по новейшей технике и технологии,использо- вание й Э Д У ! Ш'ШШЪ'ШМ*8к« й Ш Ш ^тед ад а^н н ы й ущерб, и све- цещй, ̂ превышащих объе^лицензионного согг

Примечание: 1. При составлении настоящего акта обязательно заполнение всех предусмотренных в нем граф.

2. В тех случаях, когда экспертиза проводится в организациях (предприятиях) министерств оборон­ных отраслей промышленности, в акте должны приводиться лишь условные (в виде почтовых ящи­ков) наименования таких организации (предприятий) и министерств.Котовская тип. з. 317, т. 1ооо '

?АТЕЛЬ КОМИССИИ КОМИССИИ:

В.Т.Бобров -А.В.Савицкий

„ П.А.Вурлачзнко/ Л.Б.Цеслер

245

Приложение 2.3

ОШ’ЦдЕЛЕНИЕ ПЕРЕЧНЯ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ЗНАЧИМОСТИ ИЗОБРЕТЕНА! ВНИИНК, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ В ОБЪЕКТЕ ПРОДАННОЙ ЛИЦЕНЗИИ "СПОСОБ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕЮРОМАГЯИТОАК/СТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СПЛОШНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИИ"

В объекте лицензии использованы следующие изобретения ВНИИНК:Т.А.с. №375546 от 36,07.71г. "ЗМА - преобразователь",Авторы: В.Т.Бобров, Ю.А.дружаев, Н.А.Лебедева2.А.с, .7077466 от 09.07.76г. "БЭДА - преобразователь",Авторы: В.Т.Бобров, Ю.А.дружаев, Н.А.Лебедева3.А.с.7616561 от 02.07.71г. "ЭМ способ возбуждения ультразвуковых нормальных волн в материалах преобразователем"Авторы: В.Т.ьобров, Н.А.Лебедева, Ю.А.дружаев4.А.с, 7953555 от 27,10.60г. "Генератор ультразвуковых колебаний к дефектоскопу",Авторы:В.Д.Коряченко, А.А.Ткаченко

Изобретения по а.с. №577456, №616581 запатентованы в ФРГ, оША, Франции, Великобритании, Японии. Получены патенты:1. в ФРГ патент №2632694 ( заявка №Р 2632694.3-52, приоритет от 21.07.76г.)2. в ФРГ патент №2660521 ( заявка №Р 2660521.0-02, приоритет от 21.07.76г.)3.в США патент №4100609 (заявка №706263, приоритет от 23.07.76г.)4. во Франции патент №2319900 ( заявка №7622909, приоритет от 27.07.76г.)5.В Великобритании патент №15о9367 (заявка №31324/76, приоритет от 27.07.76г.)6. в Великобритании патент №1559566 (заявка №27726/77, приоритет от 27.07.76г.)7. в Японии патент №1292306 (заявка № 51-069246, приоритет от 26.07.76г.)

Изобретения по а.с.№375546, №953555 защищены только в СССР.

246

Приложение 3.1

5С ТЕРЙО I АЗ I

НЙОТОСОЬ х п с е г с а г ! 1 2 . 1 0 . 1 9 9 3

1п р е Н о а й а йе Р1шр 22. 09 - 12. 10, 1993 1а ЗС ТЕРРО ЗА 1аа1 а - э аРЛаР ип й'гир ае з р е с х а П а Р Х ае 1з УМНИК ог . СМаХпэи Хп и г т з х о а г е з со тр о п еп р а : Тсасепсо А., С оге ас е п с о У., Гас I.

1. 5 р е с1 а 1 1 б Ш ае 1а УИИМК 1П с о Х зЬ о гэг е си а р е с Х а Н а Р Н ае 1а ЗС ТЕРкО ЗА ац ехесиРаР ХисгагХ ае а а а т Ы а г е а ! шопРаге а п а г Ш еХ есРгопо-асиаРХ се 51 тесапХ се а ХпаРаХахЛеХ N30-008 1п 11п1а йе ргоаисР хе а РеиеХог е Х ес Р г о - аи а аР е си а х а т е р г и ! 2 1 9 -2 7 0 шш 51 е 'гоаотеа регеРеХи! 4 - 8 тт . Аи РоаР ехеси Р аР е Х п се г с аг ! а ХпаРа1аР1еХ Хп аРзРХсз си е Р а ! с а п е 1 е ХпРгерПпйегХ 1, РаЬгХсаРе ахп ЬисаРХ йе Р еи ! ае5Р1паРе сопРг'о1и!и1. 1п гегиХРаРи! Х п с е г с а г П о г ае р г о Ь а г е 1п БРаРхса 5 - а и оЬРХпиР гегиХРаРе а а Р х а Р а с а Р о а г е . 1п тЛтри! х п с е г с а г Н о г аи Г о 5 г регРеоРхопаРе рипсРеЬе теРооХсе ае ге .д!аа а ХпаРаХаРхеХ си е Р э 1 о а п е ! е Х пР гергХ пйегН . а-а. еРесРиаР з с о Х а г х н а г е а регаопаХиХи.! ае а еа е г у Х г е 51 теРХпапРа Хп р г 1 у ! п Р а г е П а а и Х и й а ! е х р 1 о а Р а г П 1п5Ра.1аР1е1. Аи РоаР еРесРиаРе ХисгагХ ае гееХао р епр г и я а а Х г е а шошепРи1и! Йе асгХУЗге а та гсаР о ги Х и ! си у о р з е а хп йерепйепРа йе уХРегз й е р 1 а а а г 1 1 Р е у Н 1п р г о с е г и ! йе сопРго1.

2. З р е с Х а Н з Р П ЗС ТЕРЙО ЗА аи еРесРиаР игтпаРогПе 1исгагХ:

Реух репРги а и Р 1 а г е а а р е ! йе ре а и р г а Р а Р а Р е у Н хпРге р гай исР о агег

Р г аа ц сР о аг е Х о г 1а Р г е с е г е а реаРе х т Ы п а г П е йе аий и га а йоиа ЬепгХ;- а РоаР РаЬг1саР ип с а г и с ! о г йе Р г а п а р о г Р з г е а е Р а ! о а п е 1 о г аиЬ

Ь1оси1 асиаРхс йе г е П а й э.1 аХаРетиХи! Йе с о п Р г о ! . с а г е а а П и г а роаХЬХНРаРеа й е р 1 а а а г Н П п х а г е ах г о Р Х г Н еРа1отл.1иХ Хп г а р о г р си Ь1оси1 аоиаРХс;

- аи РоаР РаЬгХсаРе е Р а ! о а п е 1 е Йе РеуХ си йХатеРги! ах яго аХ теэ сХХГегХРа си геР Х есР о г! сопРогш с е г х п Р е 1 о г а Р а п й а г й е 1 о г хпРегпаР1опа1е .

3 . ОгириХ йе аресхаХхаРх йе йеш агэге аи ехесиРаР Х п с е г с а г ! . йе ехрХоаРаге йе 72 о ге си Р е у Н е Йе Ьауцга е х Р е г х о а г а си айатеРгиХ 270 т т аХ я г о а Х т е а регеРеХи! 8 шш. ОеРесРеХе аерХаРаРе хп РеуХ аи РоаР сопРХгшаРе Ха 75 / а и р а г е у е г 1 Р х с а г е а си а е Р е с Р о а с о р и ! т а п и а ! 1X02-12. а1Ре1е 2БХ йе геЬ и Р и г ! аи РоаР ахп с а й г а г е Р 1 есР 1 ех аа Ха Ьауцга ХпРегХоага.

СопРогш г е г и 1 Р а Р е 1 о г х п с е г с а г Н о г йе 72 оге ВепеРхс1аги1и1 а а с с е р Р а Р 1паРа1аР1а р е п с ги ехрХоаРаге .

1Ш1К СпХаХпаи ЗС ТЕр к О ЗА 1аа1

т о п Р а г е а аХаРетиХи! Йе ригХРХсаге а аеги.1и1 а ! а сареР еХ ог ае

э. РоаР РаЬгхсаР аХаРеши! ае Ы о с а г е ах ргоРесРХе а

3. и. к. хпн. Сошап гТагсе!Ш .

247

Приложение 3.2

Перевод 8С ТЕРКО Яссы Технический директор

Инж. Е. Дулан

ПРОТОКОЛот 12.10.1993 г.

В период 22.09 - 12.10.1993 г. в 8С ТЕРКО 8А Яссы находилась группа спе­циалистов ВНИИНК г. Кишинёв в составе: Ткаченко А., Коряченко В., Фак И.

1. Специалистами ВНИИНК совместно со специалистами 8С ТЕРКО 8А были прове­дены работы по сборке, монтажу электронно-акустической и механической частей ус­тановки НЗ Д-008 в линии производства электросварных труб сортамента 219-270 мм и толщиной стенки 4-8 мм. Проведено предпусковое опробование работоспособности установки в статике на стандартных образцах предприятия, изготовленных из отрез­ков труб контролируемого сортамента. Пробные испытания в статике дали удовле­творительные результаты. В ходе испытаний были отработаны методические вопросы по настройке установки на стандартных образцах предприятия, обучение обслужи­вающего и ремонтного персонала методам настройки и эксплуатации установки. Проведены отладочные работы по установке момента срабатывания краскоотметчи- ков в зависимости от скорости перемещения трубы в процессе контроля

2.Специалистами 8С ТЕРКО 8А были выполнены следующие работы:- смонтированы система очистки воздуха и трубные наконечники для сдувания воды с поверхности трубы межу преобразователями;- изготовлена система блокировки и защиты преобразователей при переходе через стыковой шов в месте сваривания двух полос;- изготовлена тележка, при помощи которой эталонные образцы подводятся под аку­стический блок для настройки системы контроля и обеспечивающая возможность ли­нейного и поворотного передвижения образца относительно акустического блока;- изготовлены образцы труб различных диаметров и толщин с отражателями, соответ­ствующими требованиям международных стандартов.

3.Пусковой группой специалистов проведены 72-х часовые эксплуатационные испы­тания на трубе со снятым наружным гратом диаметром 270 мм и стенкой 8 мм. Де­фекты, выявленные в трубах, на 75% были подтверждены при перепроверке ручным дефектоскопом УД2-12, остальные 25% оказались перебраковкой по сигналам от внутреннего грата.

По результатам 72-часовых испытаний Заказчик установку принял в эксплуатацию.

ВНИИНК Кишинёв 8С ТЕККО 8А Яссы

Зав. отделом, инж. А.Ткаченко •ектор-механик, инж. Р.Турза

Щад-ЖДела, инж. Коман Марчел

П еревод заверяю:Зам. Генерального директора АО «Е А.Б.Наку

248

Приложение 4.1

ЕХЕСОТАКТАР "1КТВ05С0Р"-СЫ51паи

ВЕЙЕР1С1АЯ5. С. НЕЫ ТУВЕ 5. А, -ВисигезЕх

5Е АРЕОВА: ОхгесЕог яепега! 1пб- МхРаП ОагзЕеа

5Е АРЕОБА:ОхгесОог ёепега^

I!

Ч

РНОСЕ5 УЕНВАЬ 0Е ДЕСЕРТ1Е А ЬОСШШЬОЙ

СОПГОИй С0ПЕгаеШ1и1 пг. 1007/95 й1п 18.05.95

СМг1 паи 1 2 ЛесеюЬПе 1395

ЗиЬзетпаП 1, Й1п рагсеа ЕхесиЕап1и1и1 1пё- Ткасепко Апйгех - й!гесЕог з Ш п И П с 1ССЫ, 1пв. Оаугеу Уа1ег1 - зеЕ ЗесиеСегсеЕаг! - 5, ре йе о рагЕе з! йхп рагЕеа ВепеГ1с1аги1и11па. ЗегЬап АигеНап - ОхгесЕог ЕеЬпхс, 1пе. Мапеа Вал - зеГ зеп?1с!и СТС, хпб- Вигса ^ ^ V ^ и - зеЕ зесЕхе Теух, ре йе а1Еа рагЕе аи 1пЕосш1Е ргезепЕи1 ргосез уегЬа1, ргесшп са ЕхесиЕапЕи1,сопЕогт сопЕгасЕиЕих пг, 1007/95 йхп 16.05.95. , а еЕесЕиаЕ 1исгаг11е йе рипеге 1П ЕипсЕхипе а 1пзЕа1аЕ1е1 йе сопЕго! пейхзЕгисЕху си и1ЕгазипеЕе репЕги ЕеуПе зийаЕе еИсохйа! 1 Ш Ы 0 8 21 зсо1аг1гаге а регопа1и1и1.

ЬисгагИе ее сопзХйега КЕСЕРТЮЙАТЕ йе саЕге ВепеВ1с1аг.СопВогт сопЕгасЕи1и1 ВепеПс1аги1 игшеага за асБХЕе уа1оагеа

йе 9973 СпоиатххпоиазиЕезарЕегесХзХЕгеХ) 050, йхп саге 6000СзаБетИ) 050 аи ВозЕ асМЕаЕе апЕегХог, 1п Рага Ргосез-уегЬаХ йе гесерЕХе йхп 2 поХетЬПе 1995.

01п рагЕеа ЕхесиЕапЕиШХ / 01п рагЕеа В8пеР1с1аги1и1

1пё- Вигса'ЫУхи 5еВ зе

249

Приложение 4.2

Перевод

ИСПОЛНИТЕЛЬАР “Ьйгозсор” - Кишинёв

УТВЕРЖДАЮ:Генеральный директор Инж. Михаил Гарштя

ЗАКАЗЧИК8 .С. НЕП ШВЕ 8 . А. - Бухарест

УТВЕРЖДАЮ:Г енеральный директор Инж. Корнелиу Василиу

ПРОТОКОЛ О ПРИЕМКЕ РАБОТ

Согласно контракту №. 1007/95 от 18.05.95

Кишинёв 12 декабря 1995 г.

Мы, нижеподписавшиеся, от Исполнителя: инж. Ткаченко Андрей - зам. директора по научной работе 1ССМ, инж. Гаврев Валерий - зав. отделом иссле­дований НИО-5 с одной стороны и от Закзчика: инж. Шербан Аурелиан - тех­нический директор, инж. Маня Дан начальник службы ОТК, инж. Бурка Ливиу - начальник трубного цеха, с другой стороны составили настоящий протокол о том, что Исполнитель, согласно контракту №. 1007/95, выполнил работы по за­пуску в эксплуатацию установки неразрушающего УЗ контроля для спираль­ношовных труб НКУ-108 и обучению персонала.

Заказчик считает работы принятыми согласно контракта.Заказчик оплатит оставшуюся сумму в 9973 (девять тысяч девятьсот семь­

десят три) 1180, из которых 6000 (шесть тысяч) 1180, были уже выплачены со­гласно Протоколу о приемке работ от 2 ноября 1995 г.

Со стороны Исполнителя

Инж. Ткаченко Андрей Замдиректора

Инж. Гаврев Валерий Зав. отделом

Перевод заверяю:Зам. Генерального директора АО

Со стороны Заказчика

Инж. Шербан Аурелиан Технический директор

Инж. Маня Дан Начальник службы ОТК

Инж. Бурка Ли вшу Начальник трубного цеха

А.Б.Наку

250

Приложение 5.1

8Е А Р К О В А

БкесШг «епега!

Р К О Т О С О Ь

04.12.1998.Висиге§Р

1псНе1а1 си осаг1е ёе1е§агп §гири1ш с1е зрес1аН§В 1СС1Ч "Ьйгозсор" 8А, СЫрпаи, 1а 5 С. «НЕЬ1 Т11ВЕ» 5 А, Висиге§к Тп рспоаёа 17.11 - 05.12.1998, Тп уеёегеа ехесигёгп 1исгап1ог ёе шзШкге, тогйаге §1 рипеге ?п Шлсрипе а тзЫ аре! ёе сопПо! пеё)5Н-исНу си икгазипеГе МК11-108М Нуга1а !п Ьага соШгасйёш № . 1018/97.

1п репоаёа гезресёуа §гири1 ёе зресхаНф а ехесиШ игта1оаге1е 1исгап1. АзатЫагеа, т о т а г е а §1 1ез1агеа а Ыоси1ш е1ес!готс а 1П51а1айе1 ёира 1гапзроПагеа

а с ез^ а , кугага ёе "1тгозсор" 8А са!ге 8.С. «НЕЫ ТЦВЕ» 8А.2. 8рес1аИ§Ш "Гтгозсор" 8А аи еГеста! 1ез1агеа есЫ ратепйёш е1ес1готесашс ёе 1а а ёоиа

П те ёе ргоёисеге а шЬигёог еНсо1ёа1е, сопГесропа! §1 т о т а ! ёе зетсШ е т 1герппёегп, а Гоз! еГесшага т о т а г е а есЫ ратепйёш асизНс р е т ш т е с а т зт и 1 ёе пёюаге ргесит §1 а есЫ ратепйёш е1ес1гошс тз1а1а1 ?п саЫпа орегаЮпёш, а Гоз! еГесШаЫ сопехшпеа 1а з1з1ет ёе а к т е т а ге , ёе ара §1 аег сотрп та* .

3. Аи Гоз! еГес1иа*е рипегеа т йтсрипе а тз1а1аре1 са !тге§ §1 Шпсропагеа ёе ргоЬа, сопЯ§игагеа §1 сотго1 а1 йтсропаги тз{а1аре1 ре е!а1оапе1е саНЬга1е а1е Ттгерппёегп. Тоа1е геЙесЮаге1е агиПаа1е, саге зип1 ргегеШе Тп е!а1оапе1е саПЬга1е аи Гоз1 ёер1з1а1е Тп 95% ё т сагип. Песаге еЫ оп а Гоз!1езШ1а тз1а1айе ёе се1 риНп 6 оп. 5% ё1п сагип а1е 1ез1ат пегеи§ке аи Гоз! са игтаге е§еси1ш соШасйёш асизЕс. Эйра 1га1агеа 8181е т и 1ш ёе ара ёер1з1агеа ёе!ёс1е 1ог а а]ипз 1а аргоаре 100%. л

4. Бира сакЬгаге а Гоз! еГесШаГа (ез1агеа Типсропагн тзСа1аре1 МК1/-108М ?п ргоёисеге. 1п 1егтеп ёе 1ге! гёе а ауи! 1ос 1ез1агеа си икгазипе1е си зсори1 ёер1з1а т ёеГес1е1ог 1а согёоапе ёе зиёига ёе зрка1а а 1еуёог §1 геуепЕсагеа гегика1:е1ог ёе 1ез1аге си икгазипеТе рпп теЮ ёа ёе сотго1 ТУХ. Рпп сотрагаре, аргохтаН у 80% ё1п ёеГес1е1е ёерТзШе рпп (ез!е си икгазипеГе аи Роз! сопЕгтаГе 1а ТУХ. Бира геуепЕсагеа зи р к тетага а геги1ше1ог пес1аге си а]иЮги1 сотгоЫ ш си икгазипе!е тапиа1 еГесШа! си ёеГесШзсори1 УД2-12 з-а ёоуеёк са се1е пш т и к е ётН е ёеГес1е песопЕгпШе ёе ТУХ аи ёезсЫёеге писа, ёес1 зе геГега 1а ёеГеске р1апаге, 1а саге ТУХ аи зепзёлНше з1аЬа.

5. Ре рагсигзи1 Ш1игог 1исгап1ог а Гоз! еГесШаЫ тзЕгпгеа р1ашЕса!а §1 аргоЬаИ а регзопакёш р е т ш иЕНгагеа еск1ратепш1и1тзгаЫ.

С О Ж ТЛ Ш Т Тез1агеа сотрагануа а ёетопзВа! ЕаЬШШеа есЫ ратете1ог 1пз1а1а1е т йтсрипе §1 1а ёер1з1агеа ёеГес1е1ог.

СкепШ! аргоЬа рпт1геа т ГипсНипе а 1пз1а1аре1 Ь'КЕ - 108М.

IС С N "1п4гозсор" 8А

1п§. Тсасепсо Апёге!

8 .С . Н Е Ы Т11ВЕ 8 .А .

1п§. 8егЬап АигеНап Б1гес1ог 1еЬп1С

251

Приложение 5.2Перевод

УТВЕРЖДАЮ: Г енеральный директор

Корнелиу Василиу

ПРОТОКОЛг. Бухарест 04.12.1998г.

Составлен в том, что группой специалистов 1ССЫ "Ейгоясор" 8А г. Кишинев, командирован­ных в 8.С. «НЕЫ ТОВЕ» 8А, Бухарест в период 17.11 - 05.12.1998г., проведены работы по монтажу, пуско-наладке и вводу в эксплуатацию установки неразрушающего УЗ контроля

НКУ-108М, поставленной согласно контракта № 1018/97.

В указанный срок группа специалистов выполнила следующие работы:

1. Сборку, пробное включение и проверку электронно-акустической части установки, по­ставленной НШгозсор" 8А заводу 8.С. «НЕЫ ТОВЕ» 8А после её транспортирования.

2. Специалистами НШгозсор" 8А на 2-ой линии производства спиральношовных труб было проверено электромеханическое оборудование установки, изготовленное и смонтированное службами завода, выполнен монтаж акустической системы на механизме подъема-опускания и электронной аппаратуры установки в кабине оператора, произведено подключение уста­новки к системам электропитания, водообеспечения и сжатого воздуха.

3.Произведены пусконаладочные работы установки в комплексе и выполнен пробный пуск, настройка и прогон установки в динамике на калибровочных образцах предприятия. Все ис­кусственные отражатели, которые присутствуют в калибровочных образцах предприятия, были выявлены в 95% случаев. Каждый из образцов прогонялся через установку по 6 раз. Не выявленные 5% случаев оказались по причине нарушения акустического контакта. После доработки системы водоподготовки, повторяемость выявления ИО достигла практически 100%.

4. После калибровки были проведены эксплуатационные испытания установки НКУ-108М. В течение 3-х суток проводился УЗ контроль с целью обнаружения дефектов в спиральном сварном шве труб и проведении перепроверки результатов УЗ контроля методом ТУХ кон­троля. По результатам сравнения около 80% дефектов, обнаруженных УЗК, на ТУХ подтвер­дились. После дополнительной перепроверки спорных мест ручным УЗК с помощью дефек­тоскопа УД2-12 оказалось, что большая часть из не подтвержденных ТУХ дефектов, имеют в поперечном сечении малое раскрытие, т.е. являются дефектами плоскостной формы, к кото­рым ТУХ имеет слабую чувствительность.

5.В ходе выполнения всего комплекса работ было проведено обучение обслуживающего персонала работе на установке по согласованной программе.

ВЫВОДЫ: Сравнительных испытания показали надежность установленного оборудования УЗК в работе и обнаружении дефектов.

Заказчик принимает Установку НКУ-108М в эксплуатацию.

"1п4го8Сор" 8А 8.С . «Н ЕЫ ТОВЕ» 8А

Инж. Ткаченко А ндрей Директор 1ССК

И нж. Ш ербан А урелиан Технический директор

Перевод заверяю:Зам. Генерального директора АО «] А.Б.Наку

252

Приложение 6УТВЕРЖДАЮ:

24 октября 2007г.

установки для контроля сварного шва «ИнтрП РО ТО К О Л И С П Ы ТА Н Ш

вТЭСЦ-3 ОАО «ВМЗ»

В период с 16 по 24 октября специалистами НИИНК АО «Интроскоп» совместно со спе­циалистами ОАО «ВМЗ» в ТЭСЦ-3 проведены пусконаладочные работы установки для контроля сварного шва труб «Интроскоп КСШ-01» после модернизации.

Модернизация установки заключалась в следующем:1. Доработана акустическая система установки с целью реализации способа автоматического

выявления и слежения за сварным швом труб при снятом наружном и внутреннем грате, по увеличению затухания ультразвуковых колебаний в зоне сварного шва.

2. В акустическую систему введены новые специализированные пьезоэлектрические ПЭП, по­вышающие достоверность УЗ контроля сварного шва, а также ПЭП для выявления и автома­тического слежения за сварным швом.

3. Обновлены отдельные узлы и блоки в аппаратной части установки.4. Переработано, отлажено и установлено (с учетом выполненных изменений в оборудовании)

программное обеспечение установки.Проведен проверочный контроль труб в процессе производства.Проведены гарантийные испытания установки для контроля сварного шва труб - «Интро­

скоп КСШ-01» в течении двух рабочих смен (по 8 рабочих часов каждая) с использованием труб текущего производства и регулярной проверкой настроечных параметров установки контролем стандартного образца предприятия (СОП). Отработана методика и проверена работа системы ав­томатического обнаружения сварного шва и слежения за ним в процессе контроля.

Контроль проводился на одном сортаменте труб, выполненных контактной сваркой со сня­тым наружным и внутренним гратом и идущих в потоке производства на момент проведения ис­пытаний — диаметром 508 мм и толщиной стенки 8 мм.

Проконтролировано 48 труб. Дефектов, превышающих браковочный уровень, не обнаруже­но.

В начале, средине и конце смены (через каждые 4 часа) проводилась проверка параметров установки контролем стандартного образца предприятия, выполненного из такой же трубы с эта­лонными отражателями в виде продольного паза шириной 1 мм, длиной 25 мм и глубиной 0,8 мм на внутренней и наружной стороне трубы.

Все, имеющиеся в образце эталонные отражатели, уверенно выявлялись при каждом скани­ровании СОП. Сбоев в работе установки и выявлении эталонных отражателей не наблюдалось.

Проведено обучение персонала заказчика работе на установке в процессе настройки и про­ведения контроля сварного шва труб.

Вы воды и рекомендации:

1. Параметры установки соответствует требованиям ТЗ на модернизацию.2. Автоматическое обнаружение сварного шва и слежение за швом выполняется на удовлетвори­тельном уровне. Решено набирать статистику с целью дальнейшего совершенствования метода.3. Применение новых ПЭП дает положителный эффект при настройке и в процессе контроля.4. В течение гарантийного срока НИИНКу осуществлять авторский надзор, оказывать оператив­ную помощь при возникновении вопросов эксплуатации, используя средства оперативной связи, а, при необходимости, командирование специалистов.

От ОАО «ВМЗ» От НИИНК АО «Интроскоп»

Ткаченко А. А.

Ралдугин А Н.

253

Приложение 7.1

Открытоеакционерное общество «Выксунский металлургический завод»

ВЫКСУНСКИИМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙЗАВОД

Россия, 607060, Нижегородская обл., г. Выкса, ул. Братьев Баташевых, д. 45 тел.: 8 800 250-11-50 факс: +7 (83177) 3-76-05 е-гпаП: кап15е1уагуа@и5\л;.ги шмш.отк.ги ОГРН 1025201632610

г.на №______________ от___________ 20_____ г.на №

СПРАВКА

1. На основании Постановления СМ СССР от 7 июля 1987г. №787 в период 1988 - 1990г.г. проведена реконструкция ТЭСЦ-4 Выксунского металлургического завода.

Для комплектования автоматизированных установок УЗК сварного шва труб диа­метром 530 - 1020 мм НК-180, поставленных ИЭС им. Е.О. Патона (три установки для технологического контроля шва и три установки для сдаточного контроля шва), Киши­невским ПО «Волна» заводу были поставлены многоканальные дефектоскопы «УД-82УА» в кол. 14 шт. Одновременно с этим для УЗ контроля концов труб Кишиневским ПО «Волна» заводу были поставлены установки УД-77БМ в количестве 6-ти штук.

Указанные установки были введены в эксплуатацию в 1990г.Установки НК-180 в комплекте с УД-82УА, а также установки УД-77БМ проработали

в линии контроля сварных труб ТЭСЦ-4 до 2005-2006 г.г., обеспечивая выполнение нормативных требований к контролю качества труб.

2. По причине физического износа установок НК-180 и установок УД-77БМ, воз­росших требований российских и международных стандартов и в связи с расширением сортамента производимых труб по новому плану реконструкции ТЭСЦ-4 в период 2004­2006 г.г. была выполнена замена указанных установок новыми, НК-360, НК-361 и НК-362, поставленными АО «Интроскоп» г. Кишинев совместно с ИЭС им. Е.О. Патона г. Киев. Установки НК-360, НК-361 и НК-362 созданы на базе многоканальных авто­матизированных дефектоскопических комплексов УЗ контроля Интроскоп-02.01 и Ин- троскоп-02.02 с улучшенными техническими характеристиками. Применение комплексов с оперативным использованием информации о результатах контроля удовлетворяет требованиям норм и стандартов 130 3183, 01И ЕЙ 10246-15, Р1Ы ЕЙ 10246-8, АР1 51_, предъявляемым к контролю качества сварных труб и позволяет осуществлять визуализацию результатов контроля и автоматическую паспортизацию труб.

Внедрение указанных установок УЗ контроля в линии производства труб большого диаметра в комплексе с другими методами неразрушающего контроля, обеспечивает высокое качество и надежность производимых труб. Специалистами АО «Интроскоп» под руководством А.А. Ткаченко при послегарантийном обслуживании комплексов УЗ контроля Интроскоп-02.01 и Интроскоп-02.02 в период 2007 - 2013 г.г. выполнено обновление методического и аппаратно-программного обеспечения установок (заменено

254

Приложение 7.2

ПО с целью увеличения производительности УЗ контроля труб и обеспечения самодиагностики комплексов Интроскоп, увеличена степень интеграции аппаратуры, повышена ее надежность). Постоянное совершенствование систем контроля позволяет оперативно реагировать на новые запросы заказчиков и требования новых стандартов.

Повышение эффективности производства дает возможность ОАО «ВМЗ» занимать передовые позиции в поставках труб на строительство магистральных трубопроводов, включая подводные, такие как: Североевропейский газопровод Сахапин-1, Сахалин-2, 1Могс1 3 !ге а т ,, Джубга-Сочи, Средняя Азия - Китай 1,2,3, и др.

Директор ИТЦ П.П. Степанов

Копылов А.п. 9 41 60

255