[1]Предлагаемое техническое решение относится к неразрушающему контролю изделий ультразвуковыми методами дефектоскопии и может найти применение для контроля акустического контакта при контроле сварных соединений трубопроводов, изготовленных из магнитных и немагнитных материалов широкого диапазона диаметров.
[2]С целью повышения достоверности контроля, особенно автоматизированного и механизированного, необходимо использование эффективных способов и специальных систем или устройств, обеспечивающих контроль качества акустического контакта в процессе перемещения ультразвукового преобразователя по поверхности контролируемого изделия.
[3]Акустический контакт, представляющий собой звукопроводящее соединение между преобразователем и контролируемым изделием, обуславливает энергию возбуждаемых в изделии ультразвуковых колебаний и амплитуду эхо-сигналов от возможных дефектов. В общем случае, от качества акустического контакта зависит достоверность результатов неразрушающего контроля и, как следствие, безопасность эксплуатации ответственных объектов в промышленности.
[4]Для слежения за качеством акустического контакта в процессе сканирования поверхности объекта контроля используют различные способы, основанные на анализе донных эхо-сигналов, сигналов от конструктивных элементов пьезопреобразователей, низкочастотных колебаний, излучаемых дополнительным устройством, а также величине среднего уровня структурных помех. Известны следующие технические решения:
[5]Измерение амплитуды донного отражения продольной волны, излучаемой дополнительной пьезопластиной в призму наклонного преобразователя и вводимой в металл в том же месте, где вводится основная поперечная волна (см.: патент США №2667780, от 02.02.1954 г.; или авт. свид. №1534388, от 07.01.1990 г.). Недостатком этого способа является то, что уровень донного сигнала зависит не только от качества акустического контакта, но и от многих других факторов: от отражательной способности противоположной (донной) поверхности, от изменения структуры металла, от толщины контактирующей жидкости и т.п. Кроме того, способ может быть использован только при контроле объектов с эквидистантными поверхностями.
[6]Способ контроля качества акустического контакта по принятым колебаниям с определением фазы принятых колебаний и определение качества акустического контакта по ее значению (патент РФ №2141653, от 20.11.1999). Недостатком данного способа является то, что контроль качества акустического контакта возможен только для наклонного электроакустического преобразователя.
[7]Таким образом, указанные выше технические решения обладают низкой достоверностью контроля, имеют ограниченное применение.
[8]Наиболее близким к заявляемому техническому решению и принятым за прототип является способ контроля качества акустического контакта при ультразвуковой дефектоскопии по авт.свид. №1753405 от 07.08.1992 г. «Выделение структурных реверберационных шумов на фоне принятых эхо-сигналов от возможных дефектов и по его уровню оценка наличия акустического контакта». Однако уровень реверберационных шумов в первую очередь зависит от структуры контролируемого металла и может меняться в зависимости от контролируемой зоны изделия, а значит не может являться универсальным признаком качества акустического контакта. Таким образом, известный способ контроля качества акустического контакта, принятый за прототип, обладает непостоянностью исходного параметра и, как следствие, приводит к низкой достоверности контроля качества акустического контакта.
[9]Технический результат - повышение достоверности контроля качества акустического контакта.
[10]Технический результат достигается за счет того, что предложен новый способ контроля качества акустического контакта при ультразвуковой дефектоскопии изделий, заключающийся в том, что осуществляют выделение структурных реверберационных шумов на фоне принятых эхо-сигналов от возможных дефектов и по его уровню оценивают наличие акустического контакта. При этом дополнительно осуществляют выделение собственных реверберационных шумов дефектоскопа и по сравнению амплитуд реверберационных шумов на фоне принятых эхо-сигналов от возможных дефектов и собственных реверберационных шумов дефектоскопа контролируют контакт электроакустического преобразователя с контролируемым материалом.
[11]Также предлагается устройство контроля качества акустического контакта при ультразвуковой дефектоскопии, осуществляющее предлагаемый способ и содержащее электроакустический преобразователь дефектоскопа, сигналы с которого, содержащие собственные реверберационные шумы преобразователя и реверберационные шумы структуры контролируемого материала, поступают на временной селектор, имеющий два выхода, к первому выходу которого последовательно подключены первый усилитель, первый интегратор и первый компаратор, а ко второму выходу временного селектора последовательно подключены второй усилитель, второй интегратор и второй компаратор, с выходов первого и второго компаратора информация поступает на вход логической схемы И, к выходу которой подсоединен индикатор, свидетельствующий о наличии или отсутствии акустического контакта.
[12]Предлагаемое техническое решение поясняется следующими фигурами:
[13]На фиг.1 представлены принятые сигналы при отсутствии (а) и при наличии (б) акустического контакта для неметаллов (оргстекло).
[14]На фиг.2 представлены принятые сигналы при отсутствии (а) и при наличии (б) акустического контакта для металлов (сталь 20).
[15]На фиг.3 показана схема подключения устройства определения акустического контакта к дефектоскопу, реализующее предлагаемый способ.
[16]На фиг.4 показано устройство контроля качества акустического контакта, реализующее предлагаемый способ.
[17]Из фиг.1-2 видно, что при наличии акустического контакта интегральное значение амплитуд в зоне собственных шумов электроакустического преобразователя (зона 1 фиг.1 и фиг.2) уменьшается, а в зоне шумов контролируемого материала (зона 2 фиг.1 и фиг.2) увеличивается.
[18]Данные обстоятельства могут свидетельствовать об обеспечении акустического контакта между электроакустическим преобразователем и контролируемым материалом. Для определения акустического контакта необходимо:
[19]1. Определить a1C
интегральное значение амплитуд в зоне собственных шумов электроакустического преобразователя (зона 1 фиг.1 и фиг.2) в свободном состоянии (электроакустический преобразователь находится в воздухе) по формуле:
[20]a1C=1T∫oTAo(t)dt
[21]где T - значение времени зоны собственных шумов электроакустического преобразователя, устанавливаемое в зависимости от типа электроакустического преобразователя, контролируемого материала и контактной жидкости.
[22]Ao(t) - сигнал с электроакустического преобразователя
[23]2. Определить a2C
- интегральное значение амплитуд в зоне шумов контролируемого материала при свободном состоянии электроакустического преобразователя (зона 2 фиг.1 и фиг.2) по формуле:
[24]a2C=1Tn−T∫TTnAo(t)dt
[25]где T - значение времени зоны собственных шумов электроакустического преобразователя, устанавливаемое в зависимости от типа электроакустического преобразователя, контролируемого материала и контактной жидкости.
[26]Tn - значение времени зоны шумов контролируемого материала, определяемое частотой следования зондирующих импульсов дефектоскопа.
[27]Ao (t) - сигнал с электроакустического преобразователя.
[28]3. Определить a1Н
- интегральное значение амплитуд в зоне собственных шумов электроакустического преобразователя (зона 1 фиг.1 и фиг.2) в нагруженном состоянии (электроакустический преобразователь неподвижно находится на объекте контроля, при наличии контактной жидкости) по формуле:
[29]a1H=1T∫oTAH(t)dt
[30]где T - значение времени зоны собственных шумов электроакустического преобразователя устанавливаемое в зависимости от типа электроакустического преобразователя, контролируемого материала и контактной жидкости…
[31]AH (t) - сигнал с электроакустического преобразователя в нагруженном состоянии.
[32]4. Определить a2H
- интегральное значение амплитуд в зоне шумов контролируемого материала (зона 2 фиг.1 и фиг.2) при нагруженном состоянии электроакустического преобразователя по формуле:
[33]a2H=1Tn−T∫TTnAH(t)dt
[34]где T - значение времени зоны собственных шумов электроакустического преобразователя, устанавливаемое в зависимости от типа электроакустического преобразователя, контролируемого материала и контактной жидкости.
[35]Tn - значение времени зоны шумов контролируемого материала, определяемое частотой следования зондирующих импульсов дефектоскопа.
[36]AH (t) - сигнал с электроакустического преобразователя в нагруженном состоянии.
[37]5. Определить a1 - порог интегрального значения амплитуд в зоне собственных шумов (зона 1 фиг.1 и фиг.2) электроакустического преобразователя по формуле:
[38]a1=a1H+aC12
[39]6. Определить a2 - порог интегрального значения амплитуд в зоне контролируемого материала (зона 2 фиг.1 и фиг.2) по формуле:
[40]a2=a2H+aC22
[41]Таким образом, определены величины, позволяющие оценить качество акустического контакта.
[42]Для оценки качества акустического контакта при выполнении контроля необходимо:
[43]1. Определить интегральное значение амплитуд в зоне собственных шумов электроакустического преобразователя (зона 1 фиг.1 и фиг.2) при проведении контроля по формуле:
[44]a1тек=1T∫oTAтек(t)dt
[45]где T - значение времени зоны собственных шумов электроакустического преобразователя, устанавливаемое в зависимости от типа электроакустического преобразователя, контролируемого материала и контактной жидкости.
[46]Aтек (t) - сигнал с электроакустического преобразователя при проведении контроля.
[47]2. Определить a2тек
- интегральное значение амплитуд в зоне шумов контролируемого материала (зона 2 фиг.1 и фиг.2) при проведении контроля по формуле:
[48]a2тек=1Tn−T∫TTnAтек(t)dt
[49]где T - значение времени зоны собственных шумов электроакустического преобразователя.
[50]Tn - значение времени зоны шумов контролируемого материала, определяемое частотой следования зондирующих импульсов дефектоскопа.
[51]Aтек(t) - сигнал с электроакустического преобразователя при проведении контроля.
[52]3. Сравнить значение a1тек
с пороговым значением для зоны собственных шумов электроакустического преобразователя (зона 1 фиг.1 и фиг.2).
[53]|a1H−a1тек|≤a1
[54]4. Сравнить значение a2тек
с пороговым значением для зоны контролируемого материала (зона 2 фиг.1 и фиг.2).
[55]|a2H−a2тек|≤a2
[56]5. Определить качество акустического контакта
[57]|a1H−a1тек|≤a1
и |a2H−a2тек|≤a2 - акустический контакт удовлетворительный.
[58]|a1H−a1тек|>a1
и |a2H−a2тек|≤a2 - акустический контакт неудовлетворительный.
[59]|a1H−a1тек|≤a1
и |a2H−a2тек|>a2
- акустический контакт неудовлетворительный.
[60]|a1H−a1тек|>a1
и |a2H−a2тек|>a2
- акустический контакт неудовлетворительный.
[61]Таким образом, можно постоянно контролировать контакт электроакустического преобразователя с контролируемым материалом и судить о его качестве.
[62]Данный способ может быть реализован на мультипрограммных дефектоскопах или с помощью специального устройства на обычных дефектоскопах.
[63]Предлагаемый способ можно реализовать с помощью устройство контроля качества акустического контакта.
[64]Устройство контроля качества акустического контакта представлено на фиг.3 и реализовано следующим образом:
[65]Сигналы, принятые электроакустическим преобразователем дефектоскопа, на фиг.3 не показан (собственные и структурные реверберационные шумы), поступают на вход временного селектора 1. На выходы временного селектора поступают собственные реверберационные шумы преобразователя (выход 1) и реверберационные шумы структуры контролируемого материала (выход 2). К выходам временного селектора последовательно подсоединены усилители 2, интеграторы 3 и компараторы 4. Каждый усилитель имеет свой коэффициент усиления, а компаратор установленный порог. С выходов компараторов информация поступает на вход логической схемы И 5. К выходу логической схемы И 5 подсоединен индикатор 6, свидетельствующий о наличии или отсутствии акустического контакта. Таким образом, путем выделения и сравнения реверберационных шумов преобразователя и реверберационных шумов структуры контролируемого материала определяется наличие или отсутствие акустического контакта электроакустического преобразователя дефектоскопа.
[66]Предлагаемое устройство можно подключить к устройству дефектоскопа (см. фиг.4), для этого сигнал от приемника дефектоскопа 10 должен поступать на делитель 8, а оттуда на описанное выше устройство контроля качества акустического контакта 9 и на устройство обработки дефектоскопа 7.
[67]Выше был раскрыт конкретный вариант осуществления предлагаемого технического решения, но любому специалисту в данной области техники очевидно, что на основе раскрытых данных можно создать вариации устройств, например, применяя для сравнения реверберационных шумов на фоне принятых эхо-сигналов от возможных дефектов и собственных реверберационных шумов дефектоскопа ПК. Таким образом, объем изобретения не должен быть ограничен конкретным вариантом его осуществления, раскрытым в предлагаемой формуле изобретения.
