Способ проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для проверки работоспособности ультразвуковых дефектоскопов в процессе их настройки и поиска дефектов. Сущность: акустическим блоком дефектоскопа, содержащим один или несколько ультразвуковых преобразователей, периодически излучают импульсные ультразвуковые колебания в контролируемое изделие. Принимают их дополнительным (образцовым) преобразователем, установленным на тыльной стороне изделия, индицируют факт их приема. Через заданное время этим же преобразователем переизлучают в изделие ультразвуковые колебания с амплитудой больше порогового уровня дефектоскопа, в том же направлении, что и направление приема. Акустическим блоком дефектоскопа принимают эти колебания, усиливают, селектируют по времени их прихода. Проверку работоспособности производят без прерывания процесса контроля изделия при скоростях сканирования V_c.max, не превышающих V_c.max≤Н[tg(α₀+ϕ_р)-tg(α₀-ϕ_р)]/k_minT, где Н - толщина (высота) контролируемого изделия; α₀ и ϕ_р - угол ввода и половина угла раскрытия диаграммы направленности преобразователя дефектоскопа; Т - период следования зондирующих импульсов дефектоскопа; k_min - минимальное количество эхо-импульсов, при котором принимается решение об обнаружении дефекта. О работоспособности дефектоскопа судят по срабатыванию индикаторов дефектоскопа и устройства проверки. Технический результат: повышение надежности, достоверности и производительности, расширение области применения. 3 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для проверки работоспособности ультразвуковых (у.з.) дефектоскопов в процессе их настройки и для поиска дефектов в разнообразных материалах и изделиях промышленности, например в сварных соединениях, в железнодорожных рельсах, в трубах, в листах, в прокате и т.п., как при их производстве, так и при эксплуатации.

Известен способ контроля работоспособности у.з. дефектоскопа (а.с. № 1769116), заключающийся во включении в электрическую схему дефектоскопа специального имитатора тестового сигнала, изменении амплитуды тестового сигнала синхронно и по обратной связи с амплитудой сигнала блока временной регулировки чувствительности (ВРЧ) и в оценке работоспособности у.з. дефектоскопа по результирующему сигналу, находящемуся в поле допуска контролируемого сигнала [1].

Недостатком известного способа является необходимость вмешательства в электронную схему дефектоскопа "включение имитатора тестового сигнала" и отсутствие возможности проверки акустического блока дефектоскопа. В то же время, в соответствии с ГОСТ 23049-84, ультразвуковой дефектоскоп представляет собой устройство, состоящее как минимум из двух блоков: электронного и акустического (см. п. 3.7 [2]). В практике контроля чаще всего в процессе работы отказывают акустический блок, состоящий из одного или нескольких пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), или же кабель (кабели), соединяющий ПЭП с электронным блоком. Однако известный способ позволяет проверять работоспособность только части у.з. дефектоскопа - его электронный блок, а работоспособность акустического блока и в целом дефектоскопа не проверяется.

Иными словами, известный способ по существу является способом контроля работоспособности только приемного тракта электронного блока дефектоскопа, а не дефектоскопа в целом.

Известно устройство для настройки и поверки ультразвуковых приборов [3], которое позволяет проверять работоспособность всего электроакустического тракта дефектоскопа. Контроль работоспособности дефектоскопа с помощью данного устройства производится путем размещения рабочего пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) дефектоскопа в специальную акустическую ванну с иммерсионной жидкостью с основными и дополнительными образцовыми ПЭП, генерации образцового сигнала и приеме этого сигнала рабочим ПЭП дефектоскопа.

Известное устройство имеет сложную электрическую схему, целую серию основных и дополнительных образцовых ПЭП, громоздкую акустическую ванну с жидкостью и, естественно, не может быть использовано для оперативной проверки работоспособности у.з. дефектоскопа в полевых и цеховых условиях. Таким образом, недостатками известного устройства являются сложность конструкции и ограниченная область применения.

Известны способ и устройство контроля работоспособности ультразвукового дефектоскопа по авт. свидетельству №1388789 [4], предназначенные для настройки и поверки дефектоскопов с непрерывным излучением упругих колебаний. За счет имитации эхо-сигналов, их излучения в настроечный образец и последующего приема проверяется весь электроакустический тракт дефектоскопа, включая излучающую и приемную часть электронного блока дефектоскопа, соответствующих ПЭП и электрических кабелей, соединяющих ПЭП с электронным блоком.

Однако недостатком известных способа и устройства является их применимость только для дефектоскопов с непрерывным излучением у.з. колебаний и обработки сигналов на базе эффекта Доплера. Известные решения не могут быть применены при контроле работоспособности наиболее распространенных в мировой практике ультразвуковых дефектоскопов с импульсным излучением ультразвуковых колебаний и имеют ограниченную область применения.

Известен способ проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа по ГОСТ 14782 [5] и ГОСТ 18576 [6], заключающийся в том, что акустический блок проверяемого дефектоскопа устанавливают на настроечный образец, путем нанесения контактирующей жидкости на поверхность образца обеспечивают акустический контакт между образцом и акустическим блоком, излучают акустическим блоком дефектоскопа импульсные ультразвуковые колебания в образец, принимают отраженные от внутреннего отражателя в образце ультразвуковые колебания (эхо-сигналы), усиливают их, осуществляют временную селекцию и подают на индикаторы дефектоскопа, а о работоспособности дефектоскопа судят по срабатыванию его индикаторов.

Для реализации известного способа используют устройства, представляющие специальные настроечные (стандартные) образцы по ГОСТ 14782 [5] из металла или органического стекла с внутренними отражателями в виде цилиндрических сверлений или пропилов.

Аналогичные образцы из металлов (сталь, алюминий) и органического стекла для проверки дефектоскопов применяют также все ведущие в мире фирмы в области неразрушающего контроля (Японии, США, Германии и т.д. [7, 8, 9]).

Чаще всего для проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа используют стандартный образец СО-2 по ГОСТ 14782-86 [5], представляющий собой образец из стали с рабочей и тыльной поверхностями и выполненными внутри образца отражателями в виде сквозных цилиндрических сверлений с известными отражательными свойствами.

Известные способ и устройство предназначены для предварительной настройки ультразвукового импульсного дефектоскопа перед проведением контроля изделия и последующей периодической проверки работоспособности дефектоскопа в процессе выполнения контроля. Процесс настройки чувствительности дефектоскопа сводится к тому, что путем перемещения акустического блока дефектоскопа по поверхности настроечного образца добиваются получения максимальной амплитуды эхо-сигнала от заданного отражателя (в СО-2 - от цилиндрического отверстия 6 мм на глубине 44 мм). Далее (если необходимо) корректируют чувствительность аттенюатором для достижения уровня фиксации (см., например, абзац 4 стр. 190 [10]). После этого ручками, управляющими чувствительностью дефектоскопа, добиваются того, чтобы соответствующий импульс составлял 2/3...1/2 экрана ЭЛТ дефектоскопа. При этом проверяется работоспособность всего электроакустического тракта дефектоскопа, включая генераторные узлы, пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) акустического блока, кабели, соединяющие ПЭП с электронным блоком, приемный тракт и индикаторы (ЭЛТ и звуковые) дефектоскопа.

В процессе поиска дефекта периодически приостанавливают контроль изделия, устанавливают акустический блок на настроечный образец, вновь добиваются получения эхо-сигнала от заданного отражателя и убеждаются в превышении им порогового уровня дефектоскопа. Тем самым производится периодическая проверка работоспособности дефектоскопа и соответствия им заданной чувствительности контроля. Причем проверка правильности настройки чувствительности и контроль работоспособности дефектоскопа должны производиться при каждом включении аппаратуры и не реже, чем через каждые 30-240 мин непрерывной работы дефектоскопа (см. например, стр. 15, п. 3.6 ГОСТ 17410 [11]). Периодичность проверки определяется типом дефектоскопа, условиями контроля и устанавливается нормативно-технической документацией (НТД) на контроль.

Недостатками известного способа являются:

1. Низкая производительность контроля, обусловленная необходимостью установки акустического блока на образец, поиска максимума эхо-сигнала от заданного отражателя и т.п. Это требует значительных затрат времени (до 10-15% от общего времени контроля). При необходимости проверки работоспособности многоканального (N каналов) дефектоскопа время, периодически затрачиваемое на проверку работоспособности дефектоскопа, возрастает в N раз, т.к. настроечный образец требуется последовательно устанавливать под каждый пьезоэлектрический преобразователь акустического блока дефектоскопа и проверять работоспособность каждого канала отдельно.

2. Низкая надежность контроля, вызванная зависимостью акустических свойств некоторых образцов (например, изготовленных из органического стекла) от температуры окружающей среды.

3. Неудобство в работе и низкая надежность контроля, связанная с тем, что металлические образцы имеют значительную массу (например, наиболее часто применяемый образец СО-2 имеет массу 2,8 кг). При работе в цеховых и полевых условиях это существенно повышает суммарную массу носимого комплекта дефектоскописта (дефектоскоп ≈2-3 кг, кабели и ПЭП ≈0,5 кг, емкость с контактирующей жидкостью ≈0,5 кг и металлический настроечный образец (или образцы) ≈2,8-5 кг). В результате оператор-дефектоскопист старается исключить из носимого комплекта настроечный образец и тем самым нарушает требования НТД на контроль, резко снижая надежность контроля.

4. Низкая производительность контроля, обусловленная тем, что известный способ не позволяет локализовать причину отказа дефектоскопа при отсутствии эхо-сигнала от отражателя в образце. В результате оператор тратит значительное время на определение возможного характера повреждения дефектоскопа и его устранение (например, на замену кабеля или ПЭП), что в целом снижает производительность контроля.

Таким образом, известные способы проверки (контроля) работоспособности у.з. дефектоскопа имеют низкую производительность и надежность контроля.

Наиболее близким к заявляемому способу и принятым за прототип является способ проверки (контроля) работоспособности ультразвукового дефектоскопа по патенту №2104519 [12], заключающийся в том, что акустический блок проверяемого дефектоскопа устанавливают на рабочую поверхность настроечного образца, обеспечивают акустический контакт между блоком и образцом (путем нанесения контактирующей жидкости между ними), в процессе работы дефектоскопа излучают импульсные ультразвуковые колебания в образец, эти колебания принимаются дополнительным (образцовым) преобразователем, установленным на тыльной стороне образца, и индицируют факт приема, задерживают на определенное время принятые колебания, с помощью задержанных колебаний вторично формируют ультразвуковые колебания и излучают их из образца с помощью того же преобразователя. В зависимости от реализуемого дефектоскопом метода излучают или прерывают излучаемые из образца колебания. Эти колебания принимают акустическим блоком дефектоскопа, усиливают их, осуществляют временную селекцию и подают на индикаторы дефектоскопа, причем время задержки выбирают, исходя из расчета попадания излучаемых колебаний в рабочую временную зону дефектоскопа, а амплитуду излучаемых из образца колебаний выбирают выше порогового уровня дефектоскопа. О работоспособности дефектоскопа судят по срабатыванию индикатора устройства (настроечного образца) и индикаторов дефектоскопа. Образец выполняют из звукопроводного материала (на основе акрильных пластмасс или полимеров), а образцовый электроакустический преобразователь закрепляют (приклеивают) к тыльной стороне образца.

Реализация способа, принятого за прототип, с помощью устройства по патенту № 2104519 [12] показывает, что известный способ обладает следующими положительньми свойствами:

- проверяется работоспособность всего электроакустического тракта дефектоскопа: генератора зондирующих импульсов, входных и выходных разъемов, кабелей, ПЭП, приемного тракта и индикаторов (ЭЛТ или жидкокристаллического и звукового);

- при наличии неисправных дефектоскопических каналов в многоканальном дефектоскопе удается локализовать причину отказа (при отказе излучающей части дефектоскопа (включая ПЭП) не срабатывает световой индикатор устройства, при неисправности приемного тракта - не работают индикаторы дефектоскопа);

- настроечный образец (комплект акустической платы и электронного блока) имеет массу, в 14 раз меньшую, чем типовые стандартные образцы из металла (СО-2), и практически не увеличивает массу носимого комплекта дефектоскопа.

В то же время способ, принятый за прототип, снижает производительность контроля, так как для проверки работоспособности дефектоскопа, также как при использовании стандартных образцов по ГОСТ, необходимо периодически приостанавливать контроль изделия и устанавливать акустический блок на настроечный образец.

Кроме того, условия выполнения рабочего контроля изделия и условия проведения проверки работоспособности изделия не адекватны. Как правило, у.з. контроль изделия производится в процессе перемещения акустического блока (рабочего ПЭП) дефектоскопа по заданной траектории (при сканировании) по поверхности изделия (чаще всего, металлического), т.е. в динамических условиях. Проверка же работоспособности дефектоскопа известным способом производится при неподвижном акустическом блоке на настроечном образце, выполненном из иного материала, чем контролируемое изделие. При этом, естественно, условия обеспечения акустического контакта между блоком преобразователей (ПЭП) дефектоскопа и поверхностью настроечного образца в стационарных условиях (ПЭП - пластмасса - статика) иные, чем в процессе проведения контроля изделия (ПЭП - металл - динамика) как за счет различных условий смачиваемости контактирующих поверхностей, так и за счет динамики затекания контактирующей жидкости. В результате итоги проверки работоспособности дефектоскопа известным способом могут быть не достоверными, что приводит к снижению достоверности и надежности контроля изделия.

Известный способ реализуется с помощью устройства по [12], в котором площадка для установки акустического блока дефектоскопа заранее подготовлена под установку конкретного блока и имеет соответствующие установочные размеры. При использовании известного способа для проверки дефектоскопа с другой конструкцией акустического блока, или предназначенного для контроля других изделий, требуется настроечный образец с другой посадочной площадкой для акустического блока. В результате способ, принятый за прототип, имеет ограниченную область применения.

Таким образом, известный способ проверки (контроля) работоспособности ультразвукового дефектоскопа, принятый за прототип, обуславливает низкую производительность у.з. контроля изделий, снижает достоверность и надежность контроля и имеет ограниченную область применения.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения надежности и производительности контроля, на расширение области применения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа его акустическим блоком, содержащим один или несколько ультразвуковых преобразователей, периодически излучают импульсные ультразвуковые колебания, принимают их дополнительным (образцовым) преобразователем, индицируют факт их приема, через заданное время этим же преобразователем переизлучают ультразвуковые колебания с амплитудой больше порогового уровня дефектоскопа, акустическим блоком дефектоскопа принимают эти колебания, усиливают, селектируют по времени их прихода, причем излучение импульсных ультразвуковых колебаний акустическим блоком дефектоскопа производят в контролируемое изделие, прием этих колебаний образцовым преобразователем осуществляют с тыльной стороны контролируемого изделия, переизлучение ультразвуковых колебаний (излучение вторичных колебаний) в изделие производят в том же направлении, что и направление приема, проверку работоспособности производят без прерывания процесса контроля изделия при скоростях сканирования V_c.max, не превышающих

V_c.max≤Н[tg(α₀+ϕ_р)-tg(α₀-ϕ_р)]/k_minT,

где Н - толщина (высота) контролируемого изделия;

α₀ и ϕ_р - угол ввода и половина угла раскрытия диаграммы направленности преобразователя дефектоскопа;

Т - период следования зондирующих импульсов дефектоскопа;

k_min - минимальное количество эхо-импульсов, при котором принимается решение об обнаружении дефекта,

а о работоспособности дефектоскопа судят по срабатыванию индикаторов (дефектоскопа и устройства проверки).

Основным отличием заявляемого способа от прототипа является то, что в качестве настроечного образца для проверки работоспособности дефектоскопа используют само контролируемое изделие, а образцовый электроакустический преобразователь устанавливают (временно) на тыльной (противоположной той поверхности изделия, по которой производят сканирование акустическим блоком дефектоскопа) стороне изделия, обеспечивая акустический контакт между поверхностью изделия и преобразователем.

В основу действия заявляемого способа положен принцип электрического формирования и излучения "эхо-сигналов" от квазиотражателей с помощью устройства для проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа по патенту № 2104519 [12], электроакустический преобразователь (датчик) которого, в отличие от прототипа, устанавливается не на специальной пластине, названной в прототипе «настроечным образцом», а непосредственно на тыльной стороне контролируемого изделия. При проезде акустическим блоком проверяемого дефектоскопа над установленным датчиком происходит озвучивание датчика через толщу изделия. Принятые датчиком устройства у.з. колебания задерживаются на заданное время и используются для запуска генератора импульсов устройства, который, в свою очередь, излучает у.з. колебания в сторону акустического блока дефектоскопа. Причем формирование ультразвуковых колебаний - эквивалентов акустических эхо-сигналов от отражателей происходит только тогда, когда происходит прием зондирующих колебаний от акустического блока проверяемого дефектоскопа. В результате имеется возможность полностью имитировать процедуру проверки дефектоскопа с помощью стандартных образцов. Индикация факта приема зондирующих колебаний дефектоскопа настроечным образцом позволяет диагностировать и частично локализовать причину неисправности при отсутствии эхо-сигналов на экране ЭЛТ дефектоскопа и при отсутствии срабатывания пороговых индикаторов прибора.

На фиг.1 представлена функциональная схема реализации способа, на фиг.2 - траектории у.з. лучей в момент «наезда» акустического блока проверяемого дефектоскопа в зону локации имитируемых сигналов; на фиг.3 - дефектограммы от реальных и имитируемых предлагаемым способом дефектов при контроле ж.-д. рельса.

Фиг.1 представляет упрощенную функциональную схему устройства для проверки ультразвукового дефектоскопа по патенту № 2104519 [12], отличается, в частности, отсутствием настроечного образца (пластины из пластмассы) и приведена в описании данной заявки для более полного понимания существа заявляемого способа.

Устройство для проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа состоит из устанавливаемого на тыльной стороне контролируемого изделия 1 электроакустического пьезопреобразователя 2, причем преобразователь соединен с электронным трактом, состоящим из последовательно соединенных двухпозиционного коммутатора 3, усилителя принятых сигналов 4, нормализатора импульсов 5, регулируемой линии задержки 6 с органом управления 7, генератора импульсов 8 с регулятором амплитуды 9, причем между выходом нормализатора 5 и управляющим входом двухпозиционного коммутатора 3 подключен ждущий мультивибратор 10, и к выходу нормализатора 5 подключен индикатор 11 принятых сигналов (фиг.1). При проведении проверки работоспособности дефектоскопа акустический блок 12 дефектоскопа 13 устанавливают на рабочую поверхность изделия 1 и о работоспособности дефектоскопа судят по срабатыванию индикатора 11 устройства и индикаторов (ЭЛТ, звуковой или световой) и регистраторов проверяемого дефектоскопа 13. Акустический блок 12 дефектоскопа может содержать один или несколько у.з. ПЭП (в последнем случае дефектоскоп является многоканальным).

Устройство для контроля работоспособности многоканального (N каналов) ультразвукового дефектоскопа содержит N преобразователей 2 и соответствующее количество электрических трактов.

Заявляемый способ проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа реализуется следующим образом. Предварительно, перед проведением у.з. контроля конкретного изделия, например, железнодорожных (ж.-д.) рельсов, на тыльную сторону изделия (на подошву рельса) устанавливают электроакустический преобразователь 2 устройства для проверки работоспособности у.з. дефектоскопа с обеспечением акустического контакта между поверхностью (подошвы рельса) изделия и преобразователем (см. фиг.1 и фиг.2). Акустический блок 12 проверяемого дефектоскопа 13 устанавливают на сканируемую поверхность контролируемого изделия 1 (на поверхность катания головки ж.-д. рельса), обеспечивают акустический контакт между блоком и изделием (путем нанесения контактирующей жидкости между ними) и начинают контроль изделия 1 в соответствие с действующей НТД. В процессе работы дефектоскопа 13 акустическим блоком 12 периодически (с периодом Т) излучают импульсные ультразвуковые колебания в изделие, эти колебания принимаются преобразователем 2 устройства, установленным на тыльной стороне изделия 1, через коммутатор 3, усилитель 4 и нормализатор 5, принятые колебания поступают на индикатор 11, индицируя факт приема излученных дефектоскопом колебаний, с помощью линии 6 задерживают на определенное время принятые колебания (регулировку времени задержки от 0 до максимального значения можно осуществлять регулятором 7), с помощью задержанных колебаний генератором 8 формируют ультразвуковые колебания и через коммутатор 3 электроакустическим преобразователем 2 излучают их в изделие в сторону акустического блока дефектоскопа (фиг.1). Управление двухпозиционным коммутатором 3 осуществляют с помощью ждущего мультивибратора 10, выполняющего коммутацию после приема у.з. колебаний преобразователем 2. В процессе сканирования излученные преобразователем 2 колебания принимают акустическим блоком 12 дефектоскопа (фиг.2), усиливают их, осуществляют временную селекцию и подают на индикаторы и регистраторы дефектоскопа 13. Причем, в отличие от прототипа, прием у.з. колебаний, излучаемых электроакустическим преобразователем, производят без остановки акустического блока, в ходе перемещения (сканирования) акустического блока с установленной НТД на контроль скоростью V_c (для ручного контроля - V_c=50-200 мм/с, для механизированного и автоматизированного - до 25 м/с) и без прерывания процесса контроля изделия. В отдельных случаях, например при предварительной настройке, при остановке акустического блока, скорость сканирования может отсутствовать (V_c=0). Однако, как будет показано ниже, при реализации способа скорость сканирования не должна превышать конкретной, определяемой параметрами проверяемого дефектоскопа и используемых электроакустических преобразователей, величины.

Время задержки принятых от дефектоскопа у.з. колебаний в устройстве выбирают, исходя из расчета попадания излучаемых колебаний в рабочую временную зону дефектоскопа (на практике от 0 до времени распространения у.з. колебаний через двойную высоту контролируемого изделия), а амплитуду излучаемых из образца колебаний выбирают выше порогового уровня дефектоскопа. При работоспособном дефектоскопе в процессе проезда акустического блока над зоной локации устройства индикаторы и регистратор дефектоскопа срабатывают аналогично тому, как это происходит при обнаружении дефекта или эхо-сигналов от нормированного отражателя (отражателя в стандартном образце). В связи с тем, что в устройстве проверки работоспособности по патенту №2104519 [12] предусмотрена возможность регулировки амплитуды излучаемых генератором импульсов 8 у.з. колебаний с помощью регулятора 9, то имеется возможность смоделировать эхо-сигналы практически от любого отражателя.

Так как акустический блок (преобразователь) дефектоскопа и электроакустический преобразователь устройства обладают определенными диаграммами направленности, прием акустическим блоком дефектоскопа переизлучаемых у.з. колебаний электроакустического преобразователя устройства происходит не в одной точке поверхности контролируемого изделия, а на определенном участке ΔХ траектории перемещения акустического блока дефектоскопа, т.е. идентично сигналам от реальных отражателей (фиг.2). Для реализации предлагаемого способа важно, чтобы скорость V_c перемещения акустического блока по контролируемому изделию (скорость сканирования) не превышала определенной величины V_c.max.

Определим допустимую скорость V_c.max, исходя из следующих соображений.

Пусть контроль изделия 1 высотой (толщиной) Н производится с помощью акустического блока 12 с наклонным преобразователем, имеющим ширину (угол раскрытия) диаграммы направленности 2ϕ_р и осуществляющим ввод у.з. колебаний под углом α₀ в материал изделия со скоростью распространения в нем у.з колебаний c_t (см. фиг.2). При условии, что параметры электроакустического преобразователя 2 устройства для проверки у.з. дефектоскопа идентичны параметрам преобразователя акустического блока 12 проверяемого канала дефектоскопа из фиг.2, исходя из геометрических соображений, можно видеть (см. фиг.2), что протяженность ΔХ зоны локации имитируемых сигналов составляет

Для надежной фиксации сигналов контроля и обеспечения требуемой помехозащищенности при скоростном сканировании необходимо, чтобы от потенциального дефекта было принято не менее k_min импульсов (эхо-сигналов). Очевидно, такое же требование можно оставить и при фиксации имитируемых сигналов от устройства проверки работоспособности дефектоскопа. При известном периоде Т следования излучаемых дефектоскопом зондирующих импульсов и скорости сканирования V_c на участке ΔХ от дефекта (или модели дефекта) могут быть принято k импульсов

где t - время проезда акустическим блоком дефектоскопа зоны локации протяженностью ΔХ.

Из (1) и (2) при заданном минимальном количестве k_min импульсов, по которым принимается решение об обнаруженном дефекте, можно определить максимальную допустимую скорость сканирования

Например, при контроле ж.-д. рельса высотой 180 мм (рельс типа Р 65) с помощью ультразвукового вагона-дефектоскопа с частотой посылок зондирующих импульсов 4 кГц (период следования Т = 0,25 мс) с установленным в акустический блок преобразователем с углом ввода α₀=50° и с углом раскрытия диаграммы направленности 2ϕр=8° и при принятом условии, что минимальное количество эхо-сигналов от дефекта должно быть не менее 5 (k_min=5), рассчитанная по выражению (3) допустимая скорость перемещения акустического блока составляет V_c.max≤61 м/с (т.е. скорость сканирования не должна превышать 176 км/ч). Таким образом, при выбранных (реальных) параметрах дефектоскопической аппаратуры и принятых условиях в процессе реализации предлагаемого способа скорость перемещения акустического блока проверяемого дефектоскопа не должна превышать полученного значения (176 км/ч). В противном случае (при превышении указанной скорости) в процессе проезда над зоной локации имитируемого отражателя будет принято меньшее количество эхо-сигналов, чем пороговое k_min, и оператором (или системой автоматического распознавания дефектоскопа) данная пачка сигналов не будет отнесена к дефекту (или к проверочному сигналу).

В то же время полученное значение предельной скорости показывает, что способ может быть реализован при проверке работоспособности практически всех действующих в настоящее время дефектоскопических установок, т.к. их скорости сканирования не превышают 90 км/ч. Таким образом, прелагаемый способ может быть реализован в широком диапазоне скоростей сканирования (от V_c=0 до V_c=V_c.max), что по сравнению с прототипом расширяет область применения заявляемого способа.

При реализации заявляемого способа в качестве преобразователя 2 устройства для проверки может быть использован любой известный электроакустический преобразователь (пьезопреобразователь, ЭМА-преобразователь и др. (см. гл.1 [13]), позволяющий преобразовать механические давления (колебания) у.з. частоты в электрические при приеме у.з. колебаний из изделия, и электрические колебания в акустические - при вторичном излучении имитируемых эхо-сигналов в изделие с его тыльной стороны. При выводе выражения (3) было принято, что параметры электроакустического преобразователя 2 идентичны параметрам преобразователя акустического блока 12 проверяемого дефектоскопа. На практике размеры преобразователя 2 меньше геометрических размеров пьезопреобразователя акустического блока 12, а значит, он имеет более широкую диаграмму направленности [14], так что принятое условие об идентичности параметров заведомо выполняется.

Для проверки основных принципов предлагаемого способа при участии автора изготовлен действующий образец устройства «ИНСПЕКТОР-1» для оперативной проверки работоспособности ультразвуковых рельсовых дефектоскопов. Устройство «ИНСПЕКТОР-1» предназначено для контроля работоспособности съемных ультразвуковых дефектоскопов типа АВИКОН-01, РДМ-2 и АДС-02, оснащенных регистраторами сплошного контроля, автомотрис и вагонов-дефектоскопов с ультразвуковыми дефектоскопическими комплексами АВИКОН-03, «Эхо-комплекс», «Поиск-6» и «Р-2000», широко применяемых на железных дорогах России и СНГ для сплошного контроля рельсов. Эти дефектоскопы реализуют ультразвуковые методы контроля и имеют от 4 до 10 дефектоскопических каналов на каждую нитку пути. Искательные системы этих дефектоскопов состоят из двух-трех акустических блоков по 2-4 ПЭП в каждом.

На фиг.3 приведена дефектограмма в виде развертки типа В [15] контроля образца ж.-д. рельса с выполненными в подошве рельса пропилами глубиной 6 и 8 мм (на фиг.З соответственно пропилы А и С) и установленным также на подошву рельса электроакустическим преобразователем устройства «ИНСПЕКТОР-1» для проверки работоспособности ультразвуковых рельсовых дефектоскопов. Видно (см. фиг.3), что в процессе сканирования акустическим блоком у.з. дефектоскопа по поверхности катания головки рельса на дефектограмме формируются пачки сигналов от реальных отражателей и имитируемые (переизлучаемые) (на фиг.3 пачка сигналов В) устройством «ИНСПЕКТОР-1». Причем пачка сигналов от устройства (пачка В) полностью идентичны сигналам от реальных отражателей (пачки А и С), что свидетельствует о реализуемости предлагаемого способа. Естественно, изменяя амплитуду переизлучаемых устройством колебаний, можно воспроизводить сигналы практически от любого отражателя, в том числе и от отражателей в настроечных (стандартных) образцах из металла, что подтверждает возможность использования способа для проверки работоспособности ультразвуковых дефектоскопов.

Опробование способа в реальных условиях проверки многоканальных ультразвуковых дефектоскопов, установленных на подвижную единицу - дефектоскопную автомотрису (путем установки датчиков двух одноканальных устройств проверки под головку и подошву рельса), позволило продемонстрировать следующие положительные свойства предлагаемого способа:

- проверяется работоспособность всего электроакустического тракта дефектоскопа: генератора зондирующих импульсов, входных и выходных разъемов, кабелей, ПЭП, приемного тракта, индикаторов (ЭЛТ и звукового) и регистратора;

- проверка работоспособности дефектоскопа (дефектоскопической установки) осуществляется в тех же условиях, что и процесс непосредственного контроля изделия: условия обеспечения акустического контакта, состояние поверхности сканирования, скорость перемещения акустического блока дефектоскопа полностью идентичны;

- при наличии неисправных дефектоскопических каналов в дефектоскопе удается локализовать причину отказа непосредственно в процессе контроля, а не после завершения процедуры контроля изделия (при отказе излучающей части дефектоскопа, включая ПЭП акустического блока проверяемого дефектоскопа, не срабатывает световой индикатор устройства, при неисправности приемного тракта - при проезде над преобразователем устройства не работают индикаторы дефектоскопа);

- процедура проверки работоспособности дефектоскопа проводится непосредственно в процессе проведения контроля изделия (рельсов ж.-д. пути) без снижения производительности работы дефектоскопического комплекса;

- проверка работоспособности дефектоскопа может проводиться в широком диапазоне скоростей сканирования (опробования проводились на скоростях 5,24 и 40 км/ч);

- производится объективное документирование результатов проверки работоспособности дефектоскопического комплекса непосредственно на дефектограмме регистратора дефектоскопной автомотрисы;

- предлагаемый способ является удобным не только для операторов, но и для руководителей подразделений неразрушающего контроля и инспектирующих организаций, осуществляющих выборочную инспекционную проверку правильности работы дефектоскопических установок (и обслуживающего их персонала).

Применение предлагаемого способа при неразрушающем контроле изделий различного производственного назначения может дать существенный экономический эффект.

Например, при производстве ответственных трубопроводов на трубопрокатных заводах в соответствии с НТД в начале и в конце рабочей смены в поток, где производится ультразвуковой контроль с помощью многоканальной дефектоскопической установки, размещают тестовую трубу с различньми отражателями в виде зарубок и плоскодонных сверлений. Производят тестовый контроль. При отрицательном результате (выявлены не все отражатели, требуемые к обнаружению) в конце смены вся сменная продукция должна подвергаться вторичному контролю. При реализации же предлагаемого способа имеется возможность, не прерывая процесса контроля, периодически устанавливать вовнутрь контролируемой трубы датчики устройства для проверки работоспособности и получать на рабочих дефектограммах записи от имитируемых дефектов соответствующих размеров, определяемых амплитудой излучаемых устройством колебаний, подтверждающие работоспособность дефектоскопической установки.

При контроле ж.-д. рельсов с помощью автомотрис и вагонов-дефектоскопов настройку дефектоскопической аппаратуры производят только в ходе подготовки к проезду (по действующему НТД с помощью стандартного образца СО-2 или СО-3Р). При этом, кроме отметки оператора в рабочем журнале, никаких объективных документов о выполненной настройке не остается. Естественно, в процессе контроля (в динамических условиях, при рабочих скоростях до 60 км/ч) условия контроля могут меняться весьма в значительных пределах, однако в настоящее время каких-либо способов обоснованной корректировки чувствительности не имеется.

Не решают проблему и специальные тарировочные участки пути (дефектные тупики), куда, в соответствии с действующими НТД, периодически (раз в год) должны заезжать мобильные средства дефектоскопии и подтверждать способность выявлять дефектоскопической аппаратурой определенные типы дефектов (модели дефектов в виде пропилов и сверлений в различных сечениях по высоте и длине рельсового пути). Во-первых, условия контроля не идентичны к реальным условиям проверки рельсов, так как состояние поверхности катания рельсов редко используемого участка пути значительно отличается от поверхности рельсов действующих участков пути с интенсивным движением поездов. Во-вторых, отражающие свойства моделей дефектов (пропилов и сверлений) вследствие неизбежной коррозии поверхностей меняются со временем. В-третьих, скорости, реализуемые на дефектном тупике, отличаются от скоростей сканирования на реальных участках пути. Кроме того, строительство и содержание такого тарировочного (настроечного) участка пути весьма дорого. В результате для всей сети ОАО «РЖД» только на Московской ж.-д. имеется более или менее приемлемый тупик.

Использование предлагаемого способа проверки работоспособности ультразвуковых дефектоскопов позволяет решить указанную проблему. Способ можно реализовать на любом действующем участке пути, установив электроакустический преобразователь устройства на тыльную сторону контролируемого изделия (для рассматриваемого случая - подголовочная грань или подошва ж.-д. рельса). При этом условия проверки дефектоскопа полностью идентичны условиям проведения контроля (состояние поверхности сканирования, скорость перемещения акустического блока дефектоскопа и т.п.), процедура проверки дефектоскопа не прерывает сам процесс контроля изделия, а значит, не снижает производительности контроля.

Автоматически производится документальная фиксация факта и качества проверки дефектоскопа двумя способами: на дефектограмме мобильного средства фиксируются сигналы имитируемого «дефекта», и срабатывает индикатор на устройстве для проверки работоспособности дефектоскопа (для этого индикатор должен быть фиксируемым и не выключаться после проезда мобильного средства дефектоскопии).

Для того чтобы сигналы от устройства проверки не были приняты за опасный дефект в рельсе, необходимы определенные организационные меры. Например, устройство проверки можно установить на определенном (к примеру - 50 м) расстоянии от ж.д. переезда: и устройство будет под присмотром официального лица, и будут известны точные координаты имитируемого «дефекта». Очевидно, что при инспекционной проверке координаты установки электроакустического преобразователя устройства не должны быть известны обслуживающему персоналу мобильного средства.

Контроль ж.-д. рельсов приведен в данном описании только в качестве примера реализации способа. Заявляемый способ может быть реализован при ультразвуковом контроле многих примышленных объектов и изделий: сварных соединений, листов, проката разной конфигурации, в том числе рельсов, труб и т.п. как при их производстве, так и при эксплуатации. При контроле конкретных объектов для реализации способа может потребоваться изменение вариантов установки на тыльную сторону изделия электроакустического преобразователя устройства. В зависимости от производственных условий для этих целей возможно применение известных вариантов закрепления объекта с массой 7-50 г (масса электроакустического преобразователя) на металлической поверхности с помощью магнитов, вакуумной присоски, путем приклеивания или с помощью специальных механических приспособлений (скоб, струбцин и т.п.).

Таким образом, предложенная последовательность операций способа и совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет получить новые технические результаты:

1. Повысить производительность контроля, так как при реализации предлагаемого способа отпадает необходимость периодически приостанавливать процесс контроля изделия для проверки работоспособности дефектоскопа. Достаточно лишь по пути (траектории) продвижения акустического блока дефектоскопа на противоположной поверхности кратковременно установить (на момент прохождения блока) электроакустический преобразователь устройства для проверки работоспособности. Причем установку преобразователя может выполнять вспомогательный персонал с той периодичностью, с какой предусмотрена проверка работоспособности дефектоскопа действующими НТД.

2. Повысить надежность и достоверность контроля, так как условия проведения проверки работоспособности дефектоскопа полностью идентичны условиям проведения контроля изделия по всем основным параметрам: по скорости сканирования; по условиям обеспечения акустического контакта (условия смачиваемости контактирующих поверхностей и скорости затекания контактирующей жидкости); по чистоте (состоянию) сканируемой поверхности и т.п. Все это обуславливает проведение процесса контроля изделия и проверки работоспособности дефектоскопа при адекватных условиях и сводит к минимуму возможные разбросы рабочих и настроечных чувствительностей дефектоскопа.

3. Расширить область применения способа, так как процедура проверки работоспособности дефектоскопа не требует специальных настроечных образцов со специфическими, ориентированными на посадочные площадки акустических блоков конкретных дефектоскопов. Проверка работоспособности дефектоскопа выполняется в процессе обычного штатного контроля в широком диапазоне скоростей сканирования на любом контролепригодном изделии, без подгонки посадочной площадки образца под размер акустического блока дефектоскопа, как это было при использовании прототипа, и без остановки для выполнения процедуры проверки дефектоскопа.

Следовательно, поставленные при создании изобретения задачи повышения надежности и производительности контроля, расширения области применения способа проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа, полностью решены.

Источники информации

1. A/c СССР №1769116 А-1, Е.М.Кутин, И.А.Одинцов, М.И.Ермолаев. Способ контроля работоспособности ультразвукового дефектоскопа. Опуб. 15.10.92, Бюл. изобр. №38.

2. ГОСТ 23049-84. Контроль неразрушающий. Дефектоскопы ультразвуковые. Основные параметры и общие технические требования. М.: Гос. Ком. СССР по стандартам 1986 г.

3. А/с СССР №502315 (G 01 N 29/04) Б.В.Томилов. Устройство для настройки и поверки ультразвуковых приборов. Опуб. 16.04.76.

4. А/с СССР №1388789 (G 01 N 29/04) А.К.Гурвич, А.А.Марков и др. Ультразвуковой дефектоскоп. Опуб. 15.04.88. Бюл. изобр. №14.

5. ГОСТ 14782. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

6. ГОСТ 18576. Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые.

7. Проспект фирмы TOKIMEC (Япония). Cat. № 895-1-J0601-1S-F.

8. Проспект фирмы США "PANAMETRICS" N°P393. Ultrasonic Transdusers for nondestructive testing, стр. 28 и 29 Calibration blocks. NDT Division, 221 Crescent Street Waltman, MA 02154 U.S.A. 4/93 г.

9. Проспект фирмы Krautkramer Gerate - KATALOG. BL2/1 (5/79).

10. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля/ И.Н.Ермолов, Н.П.Алешин, А.И.Потапов; Под. ред. В.В.Сухорукова. - М.: Высш. школа, 1991 -283 с.

11. ГОСТ 17410. Контроль неразрушающий. Трубы металлические бесшовные цилиндрические. Методы ультразвуковой дефектоскопии.

12. Патент РФ № 2104519 C1 (G 01 N 29/04). Марков А.А., Миронов Ф.С. и др. Способ и устройство контроля работоспособности ультразвукового дефектоскопа. Опуб. 10.02.98. Бюл. №4. 11 с.

13. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. Ред. В.В.Клюева. Т. 3: Ультразвуковой контроль / И.Н.Ермолов, Ю.В.Ланге. - М.: Машиностроение, 2004. - 864 с.

14. Марков А.А., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. Санкт-Петербург: Образование-Культура, 1999. - 235 с.

15. Марков А.А., Шпагин Д.А. Регистрация и анализ сигналов ультразвукового контроля рельсов. Санкт-Петербург: Образование-Культура, 2003. - 148 с.

Способ проверки работоспособности ультразвукового дефектоскопа, заключающийся в том, что его акустическим блоком, содержащим один или несколько преобразователей, периодически излучают импульсные ультразвуковые колебания, принимают эти колебания образцовым электроакустическим преобразователем, индицируют факт приема, через заданное время этим же преобразователем периодически излучают ультразвуковые колебания с амплитудой больше порогового уровня дефектоскопа, акустическим блоком дефектоскопа принимают эти колебания, дефектоскопом усиливают, селектируют по времени их прихода и по срабатыванию индикаторов судят о его работоспособности, отличающийся тем, что излучение ультразвуковых колебаний акустическим блоком дефектоскопа осуществляют в контролируемое изделие, прием этих колебаний образцовым преобразователем производят с тыльной стороны контролируемого изделия, излучение вторичных ультразвуковых колебаний в изделие производят в том же направлении, что и направление приема, проверку работоспособности дефектоскопа производят без прерывания процесса контроля изделия при скоростях сканирования V_c.max, не превышающих

V_c.max≤H[tg(a₀+ϕ_р)-tg(a₀-ϕ_р)]/k_min.Т,

где Н - толщина (высота) контролируемого изделия;

α₀ и ϕ_р - угол ввода и половина угла раскрытия диаграммы направленности преобразователя дефектоскопа;

Т - период следования зондирующих импульсов дефектоскопа;

k_min - минимальное количество эхо импульсов, при котором принимается решение об обнаружении дефекта.