Способ ультразвукового неразрушающего контроля водоводов гидротехнических объектов

Использование: для обнаружения дефектов ультразвуковыми методами. Сущность изобретения заключается в том, что предварительно в процессе калибровки ультразвукового дефектоскопа на эталонном образце - металлической пластине, имеющей одинаковую с водоводом толщину, геометрию и химический состав и акустически нагруженную на воду, пьезопреобразователем излучают в эталонный образец зондирующий УЗ (ультразвуковой) импульс, пьезопреобразователем принимают отраженный опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее пьезопреобразователь устанавливают в точку контроля на поверхности металлического водовода, в контролируемый водовод пьезопреобразователем излучают зондирующий УЗ импульс, пьезопреобразователем принимают рабочий УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее из зарегистрированного рабочего эхо-сигнала вычитают зарегистрированный ранее опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, полученный в результате вычитания разностный измерительный эхо-сигнал запоминают, а о глубине водяного кармана судят по измеренному времени запаздывания первого импульса разностного измерительного эхо-сигнала относительно зондирующего УЗ импульса. Технический результат: устранение невозможности надежного и достоверного контроля двухслойных конструкций, у которых первый со стороны преобразователя слой выполнен из материала с низким затуханием ультразвука, а толщина второго слоя мала в сравнении с толщиной первого слоя. 9 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний материалов и изделий ультразвуковыми (УЗ) методами и может быть использовано для обнаружения дефектов и т.д.

Уровень техники

Из патента RU 2246724 С1 известно изобретение, которое относится к области неразрушающих испытаний материалов и изделий ультразвуковыми методами и может быть использовано для обнаружения дефектов в сварных швах и в основном материале, в том числе трещин, раковин, непроваров, несплавлений, шлаковых включений и т.д. Для обнаружения сигнала, отраженного от дефекта, и оценки его местоположения, анализ информационных свойств сигнала на выходе приемного устройства дефектоскопа производят с применением методологии кратномасштабного вейвлет-анализа, которая позволяет выявлять достаточно небольшие по амплитуде локальные изменения в сигнале, в том числе и в "мертвой" зоне дефектоскопа. Это достигается за счет того, что формируют "вейвлет-спектрограммы" эталонного сигнала на выходе приемного тракта дефектоскопа, который соответствует случаю, когда дефект в исследуемом образце отсутствует. При появлении дефекта в исследуемом материале неизвестного качества "вейвлет-спектрограмма" контролируемого сигнала на выходе приемного тракта дефектоскопа W f (a, t) и его ai-сечения при различных масштабах ai будут отличаться от "вейвлет-спектрограммы" эталонного сигнала, что адекватно обнаружению сигнала, отраженного от дефекта. Для определения местоположения дефекта последовательно формируют "вейвлет-спектрограммы" укороченных реализаций эталонного и контролируемого сигналов на время τу, причем укорочение указанных сигналов производят с конца последовательно на одну и ту же величину до тех пор, пока "вейвлет-спектрограммы" укороченных реализаций эталонного и контролируемого сигналов и их сечения при различных масштабах ai становятся практически одинаковыми: длина таких укороченных реализации эталонного или контролируемого сигналов является оценкой местоположения дефекта.

Из патента RU 2130169 С1 известно устройство-изобретение, которое относится к устройствам неразрушающего контроля и предназначено для измерения остаточной толщины стенок технологического оборудования в химической, нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности. Упрощение эксплуатации толщиномера при одновременном улучшении его конструктивных и эксплуатационных характеристик достигается за счет того, что толщиномер содержит синхронизатор, генератор зондирующего импульса, генератор задержки, триггер разрешения счета, усилитель, цифровой измеритель длительности импульса с регулируемой частотой заполнения, кнопку управления, преобразователь импульсов, второй триггер, двухвходовый элемент ИЛИ и дифференцирующую цепь. Преобразователь импульсов содержит диод и RC-цепь, образующие детектор с постоянной времени восстановления, большей постоянной времени затухания акустического сигнала. Для удаления постоянной составляющей на выходе преобразователя импульсов используется конденсатор. Поставленная цель достигается тем, что толщиномер может осуществлять измерение толщины двумя способами - по времени задержки между зондирующим импульсом и первым отраженным или по интервалу времени между двумя отраженными импульсами.

Недостатками известных способов контроля является невозможность надежного и достоверного контроля двухслойных конструкций, у которых первый со стороны преобразователя слой выполнен из материала с низким затуханием ультразвука, а толщина второго слоя мала в сравнении с толщиной первого слоя.

Задачей заявленного изобретения является решение существующей проблемы повышения достоверности УЗ контроля пространства заоблицовочного бетонирования, в частности обнаружения и мониторинга развития зон отслоения металлических облицовок от бетонного основания, особенно на начальных этапах их формирования, в настоящее время является актуальным.

Техническим результатом заявленного способа является устранение актуальных проблем, связанных со способами УЗ неразрушающего контроля водоводов, например устранение невозможности надежного и достоверного контроля двухслойных конструкций, в которых первый со стороны преобразователя слой выполнен из материала с низким затуханием ультразвука, а толщина второго слоя мала в сравнении с толщиной первого слоя.

Раскрытие изобретения

При эксплуатации ряда на первый взгляд не похожих технических объектов, сооружений и устройств существует ряд очень схожих по технической сущности задач, которые сводятся к необходимости выполнения технического контроля физико-механического состояния пространства, отделенного от средства контроля плоской металлической плитой. Это могут быть водоводы гидротехнических сооружений, лотковые расходомеры, накладные уровнемеры резервуаров.

Основные проблемы возникают при эксплуатации бетонных и железобетонных элементов/узлов/конструкций гидротехнических сооружений (таких как водоводы, водосбросы, спиральные камеры, опорные конусы, пазовые конструкции затворов, лотки и др.), защищенных от потоков воды металлическими облицовочными конструкциями. Данные элементы подвержены риску появления и развития дефектов в контактной зоне бетон-металл с изменением, по сравнению с проектом, эксплуатационных свойств металла и бетонной (железобетонной) конструкции. Количество и габаритные размеры таких дефектов, выявляемых в процессе проведения профилактических или капитальных ремонтов, свидетельствует о необходимости разработки новых методик и средств неразрушающего контроля (НК), позволяющих своевременно и с высокой степенью достоверности выявлять и идентифицировать дефекты такого рода.

По истечению определенного периода (в среднем 25 лет) эксплуатации гидротехнических объектов процессы старения материалов и конструкций могут приобретать интенсивный характер с развитием дефектов (полостей, пустот, разрушений) заоблицовочного бетонирования. В частности, развиваются зоны отслоения металлических облицовок от бетонного основания.

В результате разрушения (отслоения) контактных участков металл-бетон (см фиг. 1) усиливаются как коррозионные процессы разрушения металлических листов со стороны бетона (над полостями растут напряжения в металле), так и вибрация металлической облицовки водовода, с последующей фильтрацией, выносом и разрушением заоблицовочного бетона. Размеры образовавшихся заоблицовочных пустот и полостей в бетоне могут быть от нескольких сантиметров до метров в плане, и до десятков сантиметров в глубину. Как правило, эти полости оказываются заполненными водой.

И если дефектоскопия металлической облицовки ЭМА и УЗ методами неразрушающего контроля не вызывает особых затруднений, то выявление и идентификация водяных карманов (пустот) за облицовкой и участков отслоения металла, оценка геометрии (глубины) этих разрушений, вследствие появления которых возможен катастрофический вариант развития событий, осложняется одним обстоятельством, что при малых глубинах hк водяных карманов регистрация самого факта существования кармана затруднительна (см. фиг. 2).

Рассмотрим два варианта соотношения толщины hм металлического листа облицовки и глубины hк водяного кармана, существенно влияющего на результат контроля:

1. Значение времени tк>t5, что означает, что глубина hк водяного кармана существенно больше толщины hм металлического листа облицовки (см. фиг. 3). На фиг. 3 показаны математически смоделированный комплекс эхо-сигналов, отраженных от дна металлической облицовки, и эхо-сигнал, отраженный от дна водяного кармана. Так как затухание УЗ волны зондирующего сигнала в металлической оболочке невелико, то имеет место реверберационный процесс многократного переотражения эхо-сигнала с формированием пакета переотраженных импульсов. Количество реверберационных эхо-сигналов, входящих в состав сигнального эхо-комплекса, зависит от величины затухания УЗ волны в материале облицовки и для металлов, как правило, составляет величину от 4 до 8 эхо-импульсов (на фиг. 3 показано 5 эхо-импульсов) и зависит, прежде всего, от уровня затухания УЗ волны в оболочке. Это же количество эхо-импульсов будет входить в состав каждого отраженного от дна водяного кармана эхо-сигнала. При означенных выше условиях, что интервал времени tк=2hм/Cм+2hк/Cк больше интервала времени tм=2hм/Cм, эхо-сигнал, отраженный от дна кармана не накладывается во времени на комплекс эхо-сигналов, отраженных от дна металлического листа облицовки. Это позволяет уверенно регистрировать первый импульс, входящий в состав донного эхо-сигнала водяного кармана, и измерять величину tк известным эхо-методом УЗ толщинометрии.

На фиг. 4 показана экспериментально измеренная осциллограмма эхо-сигналов для металлического листа толщиной hм=22 мм и глубины водяного кармана hк=27 мм. Уверенно регистрируется отраженный от дна водяного кармана эхо-сигнал и измеренная величина его задержки tк=52 мкс.

2. Значение времени tк<t5, что означает, что глубина hк водяного кармана незначительная и существенно меньше толщины hм металлического листа облицовки (см. фиг. 5). Этот вариант соотношения толщины металлического листа и глубины водяного кармана наиболее интересен с практической точки зрения и представляет собой начало процесса разрушения бетонной подкладки и формирования заоблицовочного кармана. На этом этапе размер кармана мал и еще не может служить причиной начала процесса разрушения облицовки канала водосброса. Обнаружение начала этого процесса практически наиболее интересно, т.к. позволяет предотвратить катастрофические по последствиям аварии, но вместе с тем и наиболее сложно в силу описанного ниже обстоятельства.

На фиг. 5 показаны рассчитанный модельный комплекс эхо-сигналов, отраженных от дна металлической облицовки, и эхо-сигнал, отраженный от дна водяного заоблицовочного кармана для условия 5hм>hк>hм. При этих условиях комплекс эхо-сигналов, отраженных от дна кармана, накладывается во времени на эхо-сигнал, отраженный от дна металлического листа облицовки. Сигналы аддитивно складываются и большие по амплитуде импульсы комплекса эхо-сигналов металлического листа облицовки маскируют эхо-сигналы от дна кармана, что не позволяет уверенно регистрировать первый импульс, входящий в состав донного эхо-сигнала водяного кармана, и измерять величину tк известным эхо-методом УЗ толщинометрии. На фиг. 6 показана экспериментально измеренная осциллограмма эхо-сигналов для металлического листа толщиной hм=20 мм и глубины водяного кармана hк=5 мм. При отсутствии априорной информации о месте расположения первого импульса отраженного от дна кармана эхо-сигнала не представляется возможным уверенно его зарегистрировать и уже тем более измерить его временные координаты.

Таким образом, решение существующей проблемы повышения достоверности УЗ контроля пространства заоблицовочного бетонирования, в частности обнаружения и мониторинга развития зон отслоения металлических облицовок от бетонного основания, особенно на начальных этапах их формирования, в настоящее время является актуальным.

Предлагаемый к патентованию способ ультразвукового (УЗ) неразрушающего контроля водоводов гидротехнических объектов заключается в том, что предварительно в процессе калибровки ультразвукового дефектоскопа на эталонном образце - металлической пластине, имеющей одинаковую с водоводом толщину, геометрию и химический состав и акустически нагруженную на воду, пьезопреобразователем излучают в эталонный образец зондирующий УЗ импульс, пьезопреобразователем принимают отраженный опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее пьезопреобразователь устанавливают в точку контроля на поверхности металлического водовода, в контролируемый водовод пьезопреобразователем излучают зондирующий УЗ импульс, пьезопреобразователем принимают рабочий УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее из зарегистрированного рабочего эхо-сигнала вычитают зарегистрированный ранее опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, полученный в результате вычитания разностный измерительный эхо-сигнал запоминают, а о глубине водяного кармана судят по измеренному времени запаздывания первого импульса разностного измерительного эхо-сигнала относительно зондирующего УЗ импульса. Один из возможных вариантов установки для регистрации опорного эхо-сигнала показан на фиг. 7.

В нашем примере, для металлической пластины толщиной hм=20 мм экспериментально измеренный опорный эталонный эхо-сигнал приведен на фиг. 8.

Далее пьезопреобразователь устанавливается в точку контроля на поверхности металлического водовода, в контролируемый водовод пьезопреобразователем излучается зондирующий УЗ импульс, пьезопреобразователем принимается рабочий УЗ эхо-сигнал, который регистрируется и запоминается. Осциллограмма рабочего эхо-сигнала приведена на фиг. 6. Далее из зарегистрированного рабочего эхо-сигнала, показанного на фиг. 6, вычитается показанный на рис. 8 зарегистрированный ранее опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, полученный в результате вычитания разностный измерительный эхо-сигнал запоминается, а о глубине водяного кармана судят по измеренному времени запаздывания показанного на фиг. 9 первого импульса разностного измерительного эхо-сигнала относительно зондирующего УЗ импульса.

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



 

Похожие патенты:

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

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что на первом этапе опорный эхо-сигнал электроакустической наводки регистрируется и запоминается в блоке накопителя, при этом для формирования опорного сигнала из материала, идентичного материалу контролируемого образца, изготавливается бездефектный эталонный стандартный образец (СО), бездефектность которого гарантируется применением других методов испытаний, размер контролируемой толщины этого бездефектного эталонного образца выбирается большим, чем максимальная толщина контролируемого объекта, что гарантирует отсутствие каких-либо донных сигналов в пределах контролируемого интервала глубин; далее на втором этапе пьезопреобразователь устанавливается на поверхность контролируемого изделия, регистрируется рабочий эхо-сигнал, который подается на первый вход блока вычитания, на второй вход которого подается сигнал из блока накопителя, а сигнал с выхода блока вычитания подается на индикатор.

Использование: для оценки качества конструкций замкнутого контура с внутренней полостью, изготовленных из полимерных композиционных материалов, например углепластика или стеклоуглепластика.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью ультразвуковых волн акустическими контрольно-измерительными приборами и может быть использовано при неразрушающем контроле материалов и изделий в различных областях промышленности.

Использование: для выявления поперечно ориентированных дефектов при ультразвуковом сканировании изделия с отражающим дном. Сущность изобретения заключается в том, что два многоэлементных ультразвуковых преобразователя размещают на поверхности контролируемого изделия в заранее рассчитанном положении, излучают и фиксируют ультразвуковые эхо-импульсы, восстанавливают множество парциальных изображений, получают изображение дефектов, используя несколько путей от излучающего до приемного преобразователя с отражением от дна и поверхности, суммируют восстановленные парциальные изображения для каждого положения преобразователей.

Использование: для определения точного объема вынесенного металла коррозионных дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения точного объема вынесенного металла коррозионных дефектов состоит из следующих этапов: предварительная загрузка данных о потерях металла; разбиение на зоны в каждой области потери металла с вычислением объема каждой зоны; подсчет объемов во всех зонах областей потерь металла и вычисление общего объема для всего анализируемого участка трубопровода.

Использование: для контроля дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля дефектов включает в себя: первый процесс формирования ультразвуковых колебаний в поверхности стального листа; второй процесс обнаружения эхо-сигнала F и эхо-сигнала B в ультразвуковых колебаниях; третий процесс корректировки значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного на конце стального листа, на основе значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного в области общей оценки, причем область общей оценки является областью иной, чем конец стального листа; и четвертый процесс оценивания внутреннего дефекта стального листа на основе значения обнаружения эхо-сигнала F, полученного во втором процессе, и значения обнаружения эхо-сигнала B, скорректированного в третьем процессе на конце стального листа.

Изобретение относится к динамической локализации дефекта в дефектном изделии, полученном ковкой. Система локализации дефекта содержит средства обработки для моделирования операции ковки при помощи численного решения уравнений с получением набора моделей формования изделия, средства ввода для предоставления указанному средству обработки данных относительно дефекта в изделии, средства обработки для добавления к первой модели из набора отметчика дефекта и средства визуализации для отслеживания во времени отметчика дефекта.

Использование: для измерения внутренних механических напряжений при ультразвуковом неразрушающем контроле. Сущность изобретения заключается в том, что в нагруженный исследуемый объект и ненагруженный его аналог вводят импульсы ультразвуковых продольных и поперечных волн, принимают приемным преобразователем прошедшие сигналы и дополнительно принимают трансформированные поперечные волны от падающих на исследуемый объект продольных волн и трансформированные продольные волны от падающих на исследуемых объект поперечных волн, измеряют времена прохождения этих волн в нагруженном и ненагруженном объекте, определяют изменение времени задержки прошедших сигналов, а величину напряжения определяют по определенному математическому выражению, причем используют приемный и излучающий преобразователи с углом ввода продольных ультразвуковых колебаний, равным 18°.

Изобретение может быть использовано при восстановлении наплавкой крупногабаритных деталей типа валов, в частности судовых гребных и промежуточных валов. После предварительного контроля восстанавливаемой поверхности на наличие дефектов в виде несплошностей металла исследуют неразрушающим методом контроля макроструктуру металла в поперечном сечении детали на предполагаемом участке перехода от металла наплавки к основному металлу, соответствующем опасному сечению детали.

Использование: для неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров с отработавшим ядерным топливом. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность контейнера устанавливают ультразвуковые излучатели и приемники сигналов в равном количестве, которые формируют прямоугольные импульсы с соответствующей шириной, длительностью частотой. Измеряют начальную скорость распространения УЗ сигналов в неоднородной среде, по которым рассчитывают величину перемещения датчиков вдоль стенки контейнера и поперек ее. Формируют матрицу сигналов поступивших со всех приемников. С помощью матрицы создают сектор-скан с временами пробега ультразвуковой волны от каждого датчика до каждой точки объема с учетом преобразования ультразвуковых волн при их отражении и преломлении на границах раздела сред. Полученные сигналы компьютерная программа формирует в секторные изображения. Затем секторные изображения формируются в составное В-изображение, на основе которого создаются объемная модель дефекта с различных точек измерения. По изменению объемного изображения с течением времени судят о деградации стенки контейнера. Технический результат: создание портативного способа измерения степени поврежденности металлов контейнеров с качеством результатов контроля, превышающем детализацию, достигаемую при рентгенографическом контроле. 2 табл., 9 ил.

Использование: для оценки величин дефектов в тестируемом объекте при ультразвуковом тестировании. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют оценку величин дефектов в тестируемом объекте, реализуя следующие этапы: определение (S1) набора данных измерений тестируемого объекта; выполнение (S2) обработки способом фокусировки синтезированной апертуры (SAFT-обработки) определенного набора данных измерений; вычисление (S3) ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте посредством моделирования эхо-сигналов для сценария тестирования; выполнение (S4) SAFT-обработки для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов каждой из множества величин дефектов; оценка (S5) величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений посредством сопоставления SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов. Технический результат: обеспечение возможности оценки величины мелких дефектов на основе способа SAFT. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Наверх