Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров

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.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, к способам исследования или анализа материалов с помощью акустических волн и может быть использовано для определения поврежденности металлов стенок контейнеров, содержащих отработанное ядерное топливо (ОЯТ). Кроме того, измерение акустических волн, распространяющихся в конструкционных изделиях, приобретает особое значение для технологий вновь создаваемых материалов.

Распространенными дефектами контейнеров, содержащих ОЯТ, являются поры, полости и холодные спаи, возникающие при электронно-лучевой сварке. Размер пор, как правило, меньше 3 мм. Основными причинами их появления являются плохая очистка и окисление поверхности свариваемых материалов. В некоторых случаях дефекты такого рода можно обнаружить только разрушающими методами. Особое значение имеет водород, который растворяется в расплавляемом при сварке металле. Он попадает в металл из воздуха, содержащего пары воды, из влаги покрытия электродов; из ржавчины, находящейся на поверхности металла изделия и электродов. При высокой температуре влага превращается в пар и диссоциирует с поглощением тепла. Водород содержится также в электродных покрытиях и в самом металле. В небольших количествах водород растворим в металле даже при комнатной температуре, однако с повышением температуры его растворимость растет и при переходе металла из твердого состояния в жидкое увеличивается с 0,0007% (8 см3 на 100 г металла) до 0,0025% (28 см3 на 100 г). Количество водорода в металле шва и зоне термического влияния зависит от качества сварочных материалов и способа сварки. Согласно стандарту ISO 2560 (ISO 2560: 2002, Covered electrodes forma nu al arc welding of mild steel and low alloy steel - Code of symbols for identification) по содержанию водорода в наплавленном металле применяемые электроды дают содержание водорода в наплавленном металле от 5 см3/100 г до 15 см3/100 г. При большой концентрации водорода в сварных швах сталь стенки становится хрупкой, что приводит к потере устойчивости контейнеров и их разрушению [В.Н. Поляков. Катастрофы трубопроводов большого диаметра. Роль полей водорода. Проблемы прочности. 1995. - №1. - С. 137-146].

Известны следующие способы неразрушающего анализа материалов с помощью акустических волн, распространяющихся в металлах. Неразрушающий контроль физико-механических свойств материалов и изделий осуществляют по определению коэффициента затухания из отношения амплитуд сигналов, получившихся в результате сложения колебаний переднего и заднего фронтов эхо-импульсов с многократно отраженными импульсами [Патент RU 2047171, опубл. 27.10.1995].

Неразрушающий контроль степени поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования проводят по измерению задержки поверхностной волны ультразвуковых колебаний на поверхности ранее неработавшего изделия из данного металла, в зоне аварийного разрушения металла элемента, и на поверхности металла в контролируемой зоне элемента, находящегося в процессе эксплуатации. [Патент RU 2231057, опубл. 20.06.2004].

Известен способ неразрушающего ультразвукового контроля сварных стыков железнодорожных рельсов [патент RU 2309402, опубл. 27.10.2007], заключающийся в том, что на поверхность рельса устанавливают ультразвуковой измерительный блок, содержащий несколько измерительных элементов. При зондированиях измеряют амплитуды и временное положение отраженных сигналов, вычисляют пространственное положение дефекта, объединяют и отображают результаты всех зондирований, по которым оценивают качество сварного стыка.

Известен способ контроля ультразвуковым томографом, включающим N ультразвуковых излучателей и приемников, мультиплексор излучающей и приемной матриц на N каналов с подключением одного из излучателей к цифро-аналоговому преобразователю микроконтроллера. Микроконтроллер подключен к блоку обработки информации и визуализации, имеющему возможность восстанавливать трехмерное изображение контролируемого дефекта [RU патент на полезную модель №144100, опубл. 10.08.2014]. Оценку глубины дефектов с использованием ультразвука реализуют на основе амплитудных измерений сигнала и по оценки времени прохождения волны [RU 2532606, опубл. 10.11.2014].

Известен способ визуализации ультразвуковой дефектоскопии трехмерного изделия, заключающийся в том, что ультразвуковые преобразователи (УЗП) антенной решетки располагают на расстоянии больше половины длины УЗ волны, производят циклическое облучение объекта и одновременный прием эхо-сигналов по локальным областям объекта контроля. Сигналы от каждой локальной области оцифровывают и используют их для реконструкции изображения и его визуализации [RU 2532597, опубл. 10.11.2014]. Недостатком данного способа является потеря точности изображения из-за разбиение зоны на локальные области. В результате преобразования сигналов от каждой из них в совокупный сигнал происходит потеря качества информации об дефектах.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ ультразвукового контроля [патент US 8839673, опубл. 23.09.2014], где используется фазированная решетка, которая испускает импульсы отдельно или в комплекте с переменной частотой повторения импульсов (PRF). Дефекты объекта идентифицируются путем анализа отраженного эхо-сигнала. Размер дефекта и его расположение в контролируемом объекте соотносится с эквивалентным размером отражателя (ERS) с помощью метода «Расстояние Усиление-Размер» (Distance Gain-Size (DGS)). Используется разделение во времени УЗ импульсов, испускаемых источником излучения (преобразователя) по всей глубине (дистанции) следования импульса. Т.е. последующий импульс запускается после того как предыдущий импульс пройдет все расстояние до дефекта или полностью размер стенки детали. Используется многоканальная решетка, с помощью которой формируется фронт акустических волн, затем производят реконструкцию и визуализацию изображения дефекта.

Недостатком способа является то, что данное решение (как и все другие) не может быть применено для ультразвуковой томографии пеналов с отработанным ядерным топливом ввиду специфичности условий контроля и типов дефектов, а также отсутствия возможностей для реализации трехмерной визуализации дефектов в режиме реального времени. Специфичность состоит в том, что при хранении происходит наводороживание стенки. В результате скорость прохождения УЗ сигнала изменяется. Соответственно нужно изменять частоту следования УЗ импульсов. В свою очередь это ведет к искажению формируемой матрицы сигналов, которая служит банком данных для трехмерной визуализации объектов. Все перечисленные недостатки можно исключить, если измерять скорость распространения УЗВ, по величине которой изменять расположение излучателей и приемников в решетке, и выбирать частоту излучателей и приемников в нужном диапазоне частот.

Теоретически задача о применении фазированной решетки описана во многих работах. Решетка представляет собой импульсный многоэлементный излучатель элементарных УЗ волн. Включают первый элемент решетки, который посылает сигнал с определенной скоростью в направлении объекта диагностирования, остальные элементы решетки принимают отраженные сигналы. Эти сигналы сохраняются в базе данных. Например, в процессе измерения излучает i-й элемент решетки. Элементы решетки с 1 по N принимают отраженные от дефекта сигналы. Из этих сигналов формируется матрица Aij. (фиг. 1). После того как последовательно включены все N элементов и получены отраженные сигналы, матрица полностью заполнена. Она содержит временные сигналы всех комбинаций излучатель-приемник на данный момент времени для данного размера и состояния дефекта. Если размер и состояние дефекта не сопоставимы с расстоянием, на которое перемещается излучатель, то происходит размывание полученного изображения дефекта. Просуммированные сигналы на результирующем искусственном А-скане соответствуют временам пробега звуковой волны от датчика до точки в объеме материала, т.е. эквивалентны временам, полученным с помощью традиционных излучателей. Этот метод носит название DFA (решетка с цифровой фокусировкой) - реконструкции объекта в форме сектор-скана. С увеличением количества датчиков многоэлементной решетки и скорости их перемещения на реконструируемом сектор-скане более отчетливо прорисовывается дефект в материале. Время пробега звуковой волны (при известной скорости распространения УЗВ) каждого элемента призмы для каждой точки объема, рассчитывается и заносится в соответствующую таблицу. Физически реализуемая зона фокусировки и разрешающая способность фазированной решетки, ограничивается толщиной деталей, и точность достигается: 1) скоростью обработки результатов измерения распространения УЗВ; 2) скоростью построения изображений. Размер области измерения дефектов определяется частотой получения информации (т.е. зависит от скорости распространения УЗВ) и скорости обработки изображений на компьютере и равен 1 килогерцу, что соответствует скорости около метра в секунду, если измерения автоматизированы по регистрации и записи. Описанная реконструкция изображения состоит в том, что в таком алгоритме складываются отдельные временные сигналы, которые быстро затухают с увеличением толщины стенки контролируемого объекта. Таким образом, фокусное пространство оказывается недостаточным для отчетливого детектирования объекта. Одновременно не решается задача фиксирования изменения дефекта во времени (например, в ходе наводороживания области детектирования). Поэтому необходимо повысить точность измерения размера дефекта и его положения в материале, качество визуализации трехмерного изображения, разрешающей способности изображения дефекта металла контейнера.

Задача - создание способа определения степени поврежденности металлов контейнеров с отработанным ядерным топливом.

Техническим результатом изобретения является создание портативного способа измерения степени поврежденности металлов контейнеров, с качеством результатов контроля, превышающим детализацию, достигаемую при рентгенографическом контроле.

Указанный технический результат достигается тем, что так же как и в прототипе, способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров включает размещение датчиков фазированной антенной решетки на объекте контроля, перемещение датчиков вдоль выбранного направления, измерение скорости распространения ультразвуковых волн (УЗВ) в металле, преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, обработку цифровых кодов, реконструкцию изображения. В отличие от прототипа, предварительно по измеренным скоростям и частоте датчика рассчитывают длины УЗВ с учетом преобразования ультразвуковых волн при их отражении и преломлении на границах раздела сред, делят каждое из полученных значений длин УЗВ на два, сравнивают эти величины X с размером единичного пикселя, равного 1 мм, изменяя частоту излучения датчика, выбирают то значение X, которое максимально соответствует размеру пикселя, пьезоэлементы датчика устанавливают в решетке на расстоянии не более найденного значения X, затем перемещают датчик вдоль выбранного направления с шагом X, и поперек с шагом 2Х, сигналы с датчика через каждый шаг записывают в таблицу времен пробега ультразвуковой волны от каждого датчика до каждой точки объема, и используют их для реконструкции изображения и его визуализации.

На фиг. 1 приведен внешний вид ультразвуковых решеток (датчиков). Номинальные параметры ультразвуковых датчиков приведены в таблице 1.

На фиг. 2 показан внешний вид расположения фазированной решетки на стенке контейнера, 1 - стенка контейнера, 2 - шов, 3 - датчик фазированной решетки, 4 - держатель датчика, соединенный с манипулятором, 5 - кабель передачи информации в блок для сбора данных.

На фиг. 3 показана схема измерения скорости распространения УЗВ в разных направлениях относительно стенки контейнера, 1 - стенка контейнера, 3 - датчик фазированной решетки, 6 - направления распространения УЗВ, 7 - скан-поле волны, отражаемой на экране компьютера.

На фиг. 4 приведена общая блок-схема передачи сигналов от фазированной решетки в блок программирования и матрица сбора данных

На фиг. 5 приведены блоки схемы сбора данных.

На фиг. 6 показана схема перемещения датчиков по стенке контейнера, 1 - стенка, 2 - шов, 3 - многоэлементный датчик фазированной решетки, 8 - расстояние между позициями измерения (шаг), 9 - расстояние между линиями измерения.

На фиг. 7 приведен вид сектор-скана, отображающий на экране компьютера дефекты стенок контейнера, 1 - стенка, 10 - дефекты стенок контейнера.

На фиг. 8 приведены искусственные дефекты в виде вырезов в образце стенки контейнера толщиной 32 мм. Цифрами указан размер прорезей в стенке контейнера.

На фиг. 9 приведены восстановленные изображения дефектов, искусственно приготовленные в стенке.

Таблица 1. Параметры УЗ-датчиков.

Таблица 2. Технические параметры блока электроники.

Датчики фазированной решетки (фиг. 1) располагают на поверхности контейнера (фиг. 2). Датчики фазированной решетки (фиг. 3) посылают УЗВ-сигналы в различных направлениях. Направления распространения сигналов последовательно выбирает компьютерная программа управления датчиками. Измеряют датчиками фазированной решетки скорость распространения звука в стенке контейнера в различных направлениях относительно положения стенки контейнера (фиг. 3). С этой целью измеряют время прохождения УЗ волной расстояния от стенки или дефекта и обратно. По измеренным скоростям и частоте датчика фазированной решетки рассчитывают длины УЗ волн в разных направлениях 6 и т.д. (фиг 3). Делят каждое из полученных значений длин волн на два. Эту величину обозначают как X. После чего сравнивают эти величины X с размером единичного пикселя изображающего цифрового поля компьютерной программы, равного 1 мм, и выбирают то значение X, которое максимально соответствует величине 1 мм, равное размеру пикселя. Пьезоэлементы датчика располагают в решетке на расстоянии, равном найденному значению X. Устанавливают датчики фазированной решетки вдоль выбранного направления относительно стенки контейнера и перемещают датчик вдоль выбранного направления с шагом X и поперек - с шагом 2Х. Сигналы с датчика через каждый шаг записывают в таблицу времен пробега ультразвуковой волны от каждого датчика фазированной решетки до каждой точки объема (фиг 4). По этим сигналам формируют составное В-изображение, на основе которого создают объемное изображение (визуализируют) дефекта по величине и месту его положения в стенке контейнера.

Блоки компьютерной программы (фиг. 5) позволяет реконструировать В-сканы и пошагово заполнить трехмерную матрицу (фиг. 4). Данные матрицы используют затем для получения трехмерного изображения объекта. Каждый датчик фазированной решетки одновременно является излучателем и приемником акустического сигнала. Включение и выключение датчиков осуществляют автоматизированно с помощью управляющей программы и компьютера (фиг. 5). Датчики решетки перемещают по поверхности контейнера с ОЯТ с помощью трехосевого манипулятора. Манипулятор обеспечивает трехмерное перемещение датчиков фазированной решетки по осям X, Y и Z. Информацию о конкретном положении объекта во время контроля записывают автоматически блоком определения координат и передают в блок электроники для дальнейшей обработки и реконструкции изображений.

В анизотропном негомогенном материале (в т.ч. наводороженном), где акустические волны распространяются не прямолинейно, вид волнового фронта, также как и скорость распространения волны, зависит от структуры материала. В случае сварных швов это означает, что расстояние между положением датчика и шва влияет на значения сигналов в формируемой таблице данных, определяющих размер и положение дефекта. Для анализа аустенитных соединений в режиме реального времени для улучшения качества контроля проводят измерения распространения звука в материале для всех предполагаемых позиций измерения. Полученные вспомогательные таблицы сохраняют вместе с данными о координате датчика для реконструкции двухмерных и трехмерных изображений в реальном времени. Сигналы УЗВ от дефектов, измеренные датчиками фазированной решетки, передают в блок программного обеспечения для автоматической обработки данных (фиг. 4, 5). УЗ-сигналы записываются от каждого датчика, положение которого относительно изделия записывается с помощью блока определения координат. Все ультразвуковые данные сохраняются совместно с координатами местоположения датчика. Это позволяет создавать двухмерные и трехмерные изображения. Т.е. датчиками антенной решетки проводят измерение скорости распространения звука в области шва контейнера с ОЯТ или его стенки (фиг. 6). Ультразвуковые данные записывают в соответствии с принципом DFA. Шаг сканирования выбирают, исходя из свойств материала стенки контейнера. Шаг сканирования равен Х=1 мм (направление перпендикулярное шву это - скан-направление), а расстояние между дорожками 2 мм (параллельное шву - индексное направление, перпендикулярное направлению сканирования) (фиг. 6). Размер 1 мм соответствует размеру пикселя для реконструирования с помощью компьютерной программы сектор-скана. Положение каждого датчика (и соответственно время пробега сигнала) записывают во вспомогательную таблицу. Вид сектор-скана приведен на фиг. 3 и указан цифрой 7. Изображение сектор-скана формируют в составное В-изображение. С помощью В-изображения создают объемную модель дефекта с различных точек измерения. УЗ-сигналы записывают от каждого датчика фазированной решетки с учетом поправки на скорость распространения сигнала, которая изменяется в зависимости от свойств материала стенки контейнера (например, наводороженности металла). Т.е. полученный от датчика УЗВ-сигнал преобразуется методом фокусирования с синтезированной апертурой решеткой с цифровым фокусом (DFA - решетка с цифровой фокусировкой). Такое преобразование необходимо для построения томографического изображения в реальном масштабе времени. Одновременно решетка с помощью компьютерной программы обеспечивает прием (формирование) эхосигналов (отраженных от дефектов сигналов) в объекте контроля с учетом дисперсии акустических свойств материала объекта. Программа обеспечивает и учитывает связи между наборами эхосигналов, отраженных от границ деталей, и дефектов различной формы, размеров и местоположения. Все акустические сигналы автоматически записывают по всему объему контролируемого объекта. По измеренным в совокупности акустическим сигналам восстанавливается объемная конфигурация объекта анализа (стенка контейнера с ОЯТ), содержащая дефектные структуры.

В систему обработки данных (фиг. 5), полученных от датчиков, входит вычислительный модуль, блок управления манипулятором (устройство, интегрированное в систему проведения измерений и получения данных), блок определения координат, обеспечивающий корректную работу электроники и получение данных, блок ультразвуковой электроники. Блок ультразвуковой электроники представляет собой автономный 64-канальный ультразвуковой прибор с функцией работы в режиме метода фазированной решетки и метода решетки с цифровой фокусировкой. Технические характеристики блока ультразвуковой электроники приведены в таблице 2. Компьютер имеет следующую конфигурацию: блок питания 1000 Вт; процессор IntelXeon (R) 2.5 ГГц, Quadcore; 16 GB RAM (на Windows ХР64 Bit); видеокарта NVidia GeForce 8800; DVD привод; ОС Windows XP Professional 64-Bit.

Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров производят по следующему алгоритму: располагают датчик фазированной решетки на поверхности стенки контейнера (например, в области сварного шва, как наиболее уязвимого). Измеряют датчиком фазированной решетки скорость распространения звука в стенке контейнера во всех направлениях относительно оси контейнера с учетом границы изменения свойств среды. По измеренной скорости УЗВ и частоте датчика рассчитывают длину ультразвуковой волны, сравнивают половину длины волны X с величиной пикселя компьютерной программы построения изображения. Если X не соответствует величине пикселя, подбирают частоту излучения датчика так, чтобы X равно размеру пикселя. Устанавливают датчики фазированной решетки на расстояние X. Перемещают датчики с выбранной частотой вдоль и поперек оси контейнера, как показано на фиг. 6. Перемещение датчика автоматически с помощью компьютерной программы осуществляет манипулятор. УЗ-сигналы записывают от каждого датчика, положение которых относительно изделия записывается с помощью блока определения координат. Все ультразвуковые сигналы сохраняют в матрице (фиг. 4) совместно с координатами местоположения датчика для создания двухмерного и трехмерного изображения дефекта. Ультразвуковые данные записывают в соответствии с принципом DFA с шагом сканирования по длине образца равным размеру пикселя и удвоенным расстоянием между дорожками (направление, перпендикулярное направлению сканирования) (фиг. 6). Полученные сигналы компьютерная программа формирует в секторные изображения. Секторные изображения переформируют в составное В-изображение. Вид сектор-скана приведен на фиг. 7. Изображение сектор-скана формируют в составное В-изображение. На основе В-изображения создают объемное изображение (визуализируют) дефекта по величине и месту его положения в стенке контейнера (фиг. 7).

Таким образом, для реализации способа неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров располагают датчики 3 фазированной решетки на поверхности стенки контейнера 1 (например, в области сварного шва 2). Измеряют датчиком 3 фазированной решетки скорость распространения звука в стенке контейнера во всех направлениях 6 (фиг. 3). По измеренной скорости V и частоте датчика ν рассчитывают длину λ ультразвуковой волны по формуле λ=V/ν. Делят полученное значение на два и находят величину X=λ/2. В программе построения изображения на компьютере зафиксирована величина единичного пикселя, равная 1,02±0,02 мм. Сравнивают найденную величину X с размером единичного пикселя, равного 1 мм. Если X не соответствует величине 1 мм, подбирают частоту излучения датчика так, чтобы X с точностью 0,02 мм было равно размеру пикселя 1 мм. Устанавливают датчики 3 фазированной решетки на расстояние 1 мм. Перемещают датчики 3 с выбранной частотой вдоль и поперек оси контейнера, как показано на фиг 6. Перемещение датчика с держателем 4 автоматически с помощью компьютерной программы осуществляет манипулятор (фиг. 2). УЗ-сигналы записывают от каждого датчика до каждого дефекта (D1-D2…DN, фиг. 4). Положение датчиков относительно изделия записывается с помощью блока определения координат. Все ультразвуковые сигналы сохраняют в матрице Aij (фиг. 4) совместно с координатами местоположения датчика для создания двухмерного и трехмерного изображения дефекта. Ультразвуковые данные записывают в соответствии с принципом DFA с шагом сканирования 8 по длине образца в 1 мм и расстоянии 9 между дорожками 2 мм (направление, перпендикулярное направлению сканирования) (фиг. 6). Полученные сигналы компьютерная программа формирует в секторные изображения. Секторные изображения переформируют в составное В-изображение. Вид сектор-скана приведен на фиг. 7. Изображение сектор-скана формируют в составное В-изображение. На основе В-изображения создают объемное изображение (визуализируют) дефекта по величине и месту его положения в стенке контейнера (фиг. 8).

Для реализации способа в металле контейнера (сталь марки 12Х18Н10Т, толщиной 32 мм), были подготовлены искусственные дефекты в виде наклонных вырезов с тремя различными глубинами, расположенными по всей ширине образца с углами наклона соответственно 50°, 40°, 30°, 20° и 10° с размерами вырезов по длине 10 мм, 4 мм, 2 мм. Созданные вырезы моделируют дефекты (трещины) различных направлений (фиг. 8, вырезы 10, 4, 2). Образцы из стали содержат по 3 выреза (глубиной 10, 4, 2 мм, с углами наклона 0, 10, 20, 30, 40 и 50 градусов) (фиг. 8). Глубина вырезов и их угловое положение реконструированы в В-сканы (фиг. 9).

Конкретный пример способа неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров с отработавшим ядерным топливом. На стенку 1 контейнера (фиг. 2), изготовленную из стали марки 12Х18Н10Т с искусственными вырезами (фиг. 7) помещали многоэлементный датчик Olympus 5L16-A3, состоящий из 16 пьезодатчиков (фиг. 3, 6). Измеряли датчиком 3 фазированной решетки скорость распространения звука в стенке контейнера во всех направлениях (фиг. 3). Направления измерения показаны на фиг. 3 цифрами 6. Скорость измеряли по величине времени распространения УЗВ от датчика и обратно во всех направлениях. Для этого фиксировали время пробега УЗВ от каждого датчика до каждого дефекта и стенки контейнера. Время пробега записывали во вспомогательную таблицу (матрицу). Рассчитывали скорость распространения звука для всех позиций датчиков (фиг. 4). По измеренной скорости V и частоте датчика ν рассчитывали длины λ ультразвуковых волн, распространяющихся в отмеченных направлениях, по формуле λ=V/ν. Частота датчика 3 МГц. Скорость звука 5900 м/с. Длина волны 1,966 мм. Полученное значение делили на два и находили величину Х=λ/2. X=0,986 мм. Сравнивали полученное значение с размером пикселя для восстановления объемного изображения и положения дефекта. В программе построения изображения на компьютере зафиксирована величина единичного пикселя, равная 1,02±0,02 мм. Сравнивали найденную величину X с размером единичного пикселя, равного 1 мм. Если X не соответствует величине 1 мм, подбирали частоту излучения датчика так, чтобы X с точностью 0,02 мм было равно размеру пикселя 1 мм. Датчики 3 фазированной решетки 3 также устанавливали на расстояние 1 мм. Перемещали датчики 3 с выбранной частотой вдоль и поперек оси контейнера, как показано на фиг. 6. Перемещение датчика автоматически с помощью компьютерной программы осуществлял манипулятор 4 (фиг. 2). УЗ-сигналы записывали от каждого датчика, положение которых относительно изделия записывается с помощью блока определения координат. Все ультразвуковые сигналы сохранялись в матрице (фиг. 4) совместно с координатами местоположения датчика для создания двухмерного и трехмерного изображения дефекта. Ультразвуковые данные записывали в соответствии с принципом DFA с шагом сканирования по длине образца в 1 мм и расстоянии между дорожками 2 мм (направление, перпендикулярное направлению сканирования) (фиг. 6). Полученные сигналы компьютерная программа формирует в секторные изображения. Секторные изображения переформируют в составное В-изображение. Вид сектор-скана приведен на фиг. 7. Изображение сектор-скана формируют в составное В-изображение. На основе В-изображения создают объемное изображение (визуализируют) дефекта по величине и месту его положения в стенке контейнера В-скан образца 1 (фиг. 8). Конфигурация компьютерной программы представлена в табл. 2.

Как правило, наилучший результат получают, применяя фазированные решетки фирм «Sonaxis» и «Olympus NDT». Для излучения под углом используют специальные призмы как для продольных, так и для поперечных волн с углами преломления 45 и 60 градусов.

Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров на основе предложенного способа (фазовая решетка с цифровым фокусом) обладает высокой информативностью, позволяет выполнять томографическую реконструкцию изображений дефектов в контролируемом объекте в реальном масштабе времени, обеспечивает высокую достоверность, надежность, воспроизводимость и высокую производительность методов ультразвукового неразрушающего контроля.

Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров, включающий размещение датчиков фазированной антенной решетки на объекте контроля, перемещение датчиков вдоль выбранного направления, измерение скорости распространения ультразвуковых волн (УЗВ) в металле, преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, обработку цифровых кодов, реконструкцию изображения, отличающийся тем, что предварительно по измеренным скоростям и частоте датчика рассчитывают длины УЗВ с учетом преобразования ультразвуковых волн при их отражении и преломлении на границах раздела сред, делят каждое из полученных значений длин УЗВ на два, сравнивают эти величины X с размером единичного пикселя равного 1 мм, изменяя частоту излучения датчика, выбирают то значение X, которое максимально соответствует размеру пикселя, пьезоэлементы датчика устанавливают в решетке на расстоянии не более найденного значения X, затем перемещают датчик вдоль выбранного направления с шагом X, и поперек с шагом 2Х, сигналы с датчика через каждый шаг записывают в таблицу времен пробега ультразвуковой волны от каждого датчика до каждой точки объема, и используют их для реконструкции изображения и его визуализации.



 

Похожие патенты:

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

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

Использование: для 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°.

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.

Использование: для неразрушающего контроля эхо-импульсным методом магистрального трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что контроль роста усталостной трещины производят путем одновременной передачи не менее двух сигналов в виде импульсных ультразвуковых колебаний от источников, размещенных в одной плоскости на одной общей платформе, причем сигналы формируют разной частоты и они направлены под разными углами к исследуемому объекту, а прием сигналов производят посредствам устройств, смонтированных на второй платформе в той же плоскости, что и источники импульсных ультразвуковых колебаний, при этом платформы располагают в одной плоскости на внешней стороне магистрального трубопровода, измеряют время распространения ультразвуковых колебаний в исследуемом образце и рассчитывают геометрические характеристики усталостных трещин магистральных трубопроводов. Технический результат: обеспечение измерения геометрических характеристик усталостной трещины и глубины ее залегания от поверхности исследуемого образца магистрального трубопровода без остановки технологического процесса. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования механических свойств проводящих и диэлектрических материалов при их обработке и может быть использовано при получении информации в процессе различных работ, связанных с токарной обработкой, сверлением, фрезерованием, шлифованием, прокаткой и другими технологическими операциями. Сущность: осуществляют деформацию материала под воздействием, превышающим уровень его разрушения, прием возникающего при этом электромагнитного излучения антенной в радиодиапазоне и регистрацию принятого сигнала. Скорость деформации определяют по форме нарастания сигналов, по их амплитуде судят о величине разрушения, а по спектру сигналов судят о наличии микронеровностей на обрабатываемой поверхности материала в каждый момент времени. Технический результат: возможность бесконтактно получать дополнительную информацию в электромагнитном диапазоне, корректировать процесс обработки материала без отключения режимов работы всей системы, что увеличивает эффективность технологических операций. 5 ил.

Изобретение относится к неразрушающим методам и средствам дефектоскопии технически сложных элементов конструкции. Сущность: элемент конструкции, к которому есть доступ, нагружают переменной механической нагрузкой и вызывают его перемещения. Измеряют параметры процесса перемещения элемента конструкции, к которому есть доступ. Затем сравнивают с такими же параметрами элемента конструкции, уровень дефектов которой принимают за допустимый. Причем перед нагружением элемента конструкции, к которому есть доступ, устанавливают жесткую связь, обеспечивающую общий резонанс, с элементом конструкции, к которому нет доступа. Устройство содержит возбудитель и приемник свободных колебаний, каждый из которых имеет пьезоэлемент, подключенный к генератору колебаний или индикатору измерений. Возбудитель и приемник свободных колебаний состоят из расчлененных по длине стальных стержней и имеют комплект съемных элементов, которые имеют широкий диапазон рабочих частот. Технический результат: проведение неразрушающей дефектоскопии технически сложных элементов конструкции и осуществление неразрушающей дефектоскопии технически сложных элементов конструкции, находящихся в сборке, к которым нет доступа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для неразрушающего ультразвукового контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют ввод излучающим преобразователем ультразвуковых колебаний в изделие, прозвучивание свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде канала изделия устройством с приемным преобразователем, при этом проводят предварительный ультразвуковой контроль изделия известным способом для определения участков, на которых фиксируется прохождение ультразвуковых колебаний через свод изделия, после чего на один из таких участков устанавливают неподвижно излучающий ультразвуковой преобразователь, выбирают акустически непрозрачный участок изделия для определения на нем сплошности скрепления полимерного материала с прилегающей к нему поверхностью корпуса, а также участок изделия, симметричный ему относительно излучающего преобразователя и образующей поверхности изделия, проходящей через место контакта излучающего преобразователя с поверхностью изделия, ориентируют устройство с приемным преобразователем путем поворота и продольного перемещения относительно оси изделия на участок поверхности канала, радиально противоположный выбранному акустически непрозрачному участку, устанавливают уровень сигнала в пределах экрана без ограничения сверху, и при неподвижно установленном излучающем преобразователе сканируют ультразвуковым приемным преобразователем участки поверхности канала изделия, радиально-противоположные выбранному акустически непрозрачному участку и симметричному ему участку, и последовательно сравнивают сигналы на данных участках, выявляя участки, на которых имеет место относительное уменьшение уровня сигнала, после чего аналогичным образом проверяют другие акустически непрозрачные участки. Технический результат: обеспечение возможности, качества, надежности и полноты ультразвукового контроля изделий. 1 ил.

Изобретение относится к области испытания конструкции на воздействие подводной ударной волны и может быть использовано для регистрации сотрясений на элементах подводного аппарата при воздействии подводной ударной волны. Сущность: емкость наполняют водой, размещают в ней подводный аппарат с регистратором и подрывают заряд взрывчатого вещества. Заряд взрывчатого вещества располагают в воздухе над поверхностью воды, взрывают его, создавая воздушную ударную волну, которая при взаимодействии с поверхностью воды генерирует подводную ударную волну, покрывающую поверхность корпуса подводного аппарата. Поверхность емкости выстилают водонепроницаемой прослойкой, акустическое сопротивление которой меньше акустического сопротивления воды, а информацию о сотрясениях на элементах насыщения подводного аппарата фиксируют регистратором в режиме реального времени. Технический результат: расширение функциональных возможностей за счет создания в лабораторных условиях возможности для изучения сотрясений на элементах внутреннего насыщения полномасштабного подводного аппарата во время воздействия подводной ударной волны при использовании емкости с водой малых размеров, соизмеримых с ПА. 1 ил.

Использование: для контроля технического состояния магистральных нефтепроводов в процессе их эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что для стопроцентного контроля всего сечения трубы на дефектоскопе устанавливают большое количество ультразвуковых преобразователей. Ультразвуковые преобразователи сдвигают относительно друг друга вдоль оси дефектоскопа, при этом сдвиг может составить до 700 мм. Для того чтобы иметь возможность анализировать информацию, зарегистрированную ими в одном сечении трубы, в буферной памяти должна храниться вся информация, зарегистрированная всеми ультразвуковыми преобразователями при перемещении дефектоскопа на расстояние не менее двойного расстояния между первым по ходу движения ультразвуковым преобразователем и последним. В заявляемом способе предлагается записывать в бортовой накопитель информацию, зарегистрированную на заданном расстоянии до появления признака выявления продольного сварного шва и после его окончания. Размер зоны записи должен быть не меньше 150 мм. Технический результат: повышение достоверности выявления сварных швов в процессе внутритрубного ультразвукового контроля. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

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

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

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

Использование: для 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.

Наверх