FI85773C - Foerfarande samt system foer inspektion av ett fast material under ytan. - Google Patents

Description

1 85773

Menetelmä ja järjestelmä kiinteän materiaalin tutkimiseksi pinnan alta

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen kiinteän aineen tutkimiseksi sisäisten vikojen takia ja tarkemmin sanottuna menetelmään ja laitteeseen kiinteän aineen ultraäänitutkimusta varten mainitun aineen pinnan lähellä sijaitsevien sisäisten vikojen takia.

Ainetta rikkomattomia arviointimenetelmiä on käytetty kauan tutkittaessa kiinteiden kappaleiden sisäosia vikojen tai muiden vajavuuksien havaitsemiseksi. Eräs tällainen nykyään laajalti käytetty menetelmä on ultraäänikoestus.

Tässä menetelmässä käytetään lähetintä lähettämään äänienergia-aalto kiinteän kappaleen pinnan alapuolelle. Jos tämä ultraääniaalto kohtaa mahdollisia vikoja kuten halkeaman, vieraan aineen sulkeuman, raon jne., kehitetään heijastunut ääniaalto, jonka voi havaita vastaanotin, joka on myös sijoitettu kiinteän kappaleen pinnan yläpuolelle. Vian laadusta riippuen voi ääniaalto heijastua suunnassa, joka ei yhdy vastaanottimen asentoon. Tästä syystä on tutkittavan kappa-leen pinnan yli kuljettava useita kertoja, jotta varmistetaan, että kaikki sisäiset viat on havaittu.

; Lisäksi vaikka vika havaittaisiin nykyisin käytetyllä tutki- musmenetelmällä, ei usein ole mahdollista välittömästi mää-rittää vian syvyyttä, koska heijastunut ääniaalto voi olla peräisin erilaisista syvyyksistä kiinteän kappaleen pinnan alapuolella. Tämä on erityisen hankalaa sellaisen paineastian . . : kohdalla, jossa on muuta ainetta olevaan pohjaan kiinnitetty . sisäpuolinen verhous. Tässä tilanteessa päätutkimusvyöhyke ; on verhouksen ja pohja-aineen välinen rajapinta, jolloin , syvällä pohja-aineessa esiintyvät viat haittaavat vähemmän | ‘ : paineastian toimintakykyä. Eräs tunnettu ultraäänitutkimus- *:*·:’ järjestelmä voi havaita vikoja hyvin erilaisissa syvyyksissä 2 85773 ensimmäisen ylikulun aikana, joten lisätutkimukset ovat tarpeen sen toteamiseksi, onko vika merkityksetön vika pohjassa vai verhouksen ja pohjan välissä esiintyvä vika, jota ei voida hyväksyä.

Eräs tilanne, jossa tutkimusvaatimukset ovat hyvin tiukat, on ydinreaktoripaineastia, jossa on hiiliteräksestä tehty pohja ja ruostumattomasta teräksestä tehty sisäverhous, jonka paksuus on 1,0 cm. Ruostumattomasta teräksestä tehdyn verhouksen ja hiiliteräspohjan välillä esiintyvä vika saattaisi mahdollisesti aiheuttaa astian toimintakyvyttömyyden ja astian suurpainesisällön vapautumisen. Koska tällaiset astiat ovat tavallisesti hyvin suuria ja tutkimusvaatimukset ovat hyvin tiukkoja, useiden eri suunnissa tapahtuvien ylikulkujen tarve ja vastaanottimen/lähettimien erilaiset suuntaukset johtavat kalliiseen ja aikaa vievään prosessiin.

Tarvitaan siis menetelmää ja laitetta, joilla tutkitaan suuren paineastian verhouksen ja pohjan välistä tutkimusvyöhy-kettä ja jotka eivät vaadi useita ylikulkuja vian havaitsemiseksi ja jotka eivät ole herkkiä havaitsemaan merkityksettömiä vikoja pohjassa tutkimusvyöhykkeen ulkopuolella.

Keksinnön mukaiselle ultraäänitutkimusjärjestelmälle on tunnusomaista se, että se käsittää kelkan tutkimusjärjestelmän kuljettamiseksi pinnan yli, jolloin näiden välillä säilytetään muuttumaton kiinteä etäisyys, kelkkaan kiinnitetyn ult-raäänilähettimen ultraäänisäteen suuntaamiseksi mainitun väliaineen läpi kiinteään aineeseen tutkimusvyöhykettä kohti, jolloin lähetin on lisäksi suunnattu pinnan suhteen siten, että mainitussa aineessa kulkevan säteen radan ja tasaisen pinnan väliin muodostuu n. 20°:n kulma, kelkaan kiinnitetyn ensimmäisen ultraäänivastaanottimen, joka ottaa vastaan heijastuneen ultraäänen, joka on peräisin mainitussa tutkimusvyöhykkeessä esiintyvästä viasta, jolloin ensimmäinen vastaanotin on suunnattu mainitun aineen pinnan suhteen siten, että se ottaa vastaan heijastunutta ääntä, joka on peräisin tutkimusvyöhykkeestä ja kulkee kiinteän aineen läpi heijastuneen äänen rataa pitkin muodostaen n. 20°n kulman 3 85773 mainitun tasaisen pinnan kanssa, ja kelkkaan kiinnitetyn toisen ultraäänivastaanottimen, joka ottaa vastaan heijastuneen ultraäänen, joka on peräisin tutkimusvyöhykkeessä esiintyvästä viasta, jolloin toinen vastaanotin on suunnattu mainitun aineen mainitun tasaisen pinnan suhteen siten, että se ottaa vastaan vain heijastuneen äänen, joka on peräisin tutkimusvyöhykkeestä ja kulkee mainitun aineen läpi heijastuneen äänen rataa pitkin, joka muodostaa n. 20°:n kulman tasaisen pinnan kanssa.

Esillä oleva keksintö tarjoaa ultraäänitutkimusjärjestelmän, joka mahdollistaa tutkimusvyöhykkeen täydellisen tutkimuksen kiinteän aineen pinnan lähellä, jolloin tutkimuslaitteisto kulkee vain kerran pinnan yli. Järjestelmässä käytetään yhtä ultraäänilähetintä ja edullisesti kahta ultraäänivastaan-otinta, jotka on sovitettu siten, että tutkimusvyöhykkeessä saadaan mahdollisimman suuri äänen voimakkuus ja herkkyys.

Lähetin on kiinnitetty kelkkaan, joka kulkee tutkittavan kiinteän kappaleen pinnan yli kiinteän etäisyyden päässä siitä. Lähetin on suunnattu siten, että se lähettää ultra-äänisäteen johtavan väliaineen läpi ja kiinteän aineen si-•sään, jolloin mainittu ääniaalto mahdollisesti menee tutkimusvyöhykkeen läpi ennalta valitulla syvyydellä pinnan ala-puolelta.

Lähetin on edelleen suunnattu siten, että pinnan ja kiinteässä aineessa olevan säderadan välinen kulma on n. 20°. Tämä kulma ja lisäksi lähettimen sijoitus pinnasta sellaisen välimatkan päähän, että ääniaallon pituus lähettimestä tut-kimusvyöhykkeeseen on yhtä suuri kuin Fresnelin etäisyys väliaineen ja kiinteän aineen kohdalla, antavat tulokseksi maksimaalisen äänen voimakkuuden tutkimusvyöhykkeessä.

Mikäli tutkimusvyöhykkeessä esiintyy jokin vika, kehitetään heijastunut ääniaalto. Esillä olevan keksinnön mukainen jär-jestelmä havaitsee heijastuneen äänen kelkkaan kiinnitetyillä vastaanottimina, jotka on suunnattu samalla tavoin kuin lähetin pinnan tason suhteen, jolloin ne ottavat vastaan 4 85773 vain tutkimusvyöhykkeestä tulevat ääniaallon. Edullisessa suoritusmuodossa on kaksi vastaanotinta sijoitettu kelkalle vastapäätä toisiaan ja suunnattu tutkimusvyöhykettä kohti ottamaan vastaan sivusuunnassa lähetetyn ääniaallon suhteen heijastuneen äänen. Tämä sijoitus mahdollistaa esillä olevan keksinnön mukaisen järjestelmän käytön sekä kehän suuntaisten että pitkittäishalkeamien havaitsemiseen ja toisistaan erottamiseen suuressa lieriömäisessä pinnassa, kuten suuren ydinpaineastian sisällä, vain yhden ylikulun aikana.

Keksintö käsittää myös vaihtoehtoisen suoritusmuodon, johon kuuluu kolmas vastaanotin, joka on sijoitettu kelkalle vastapäätä lähetintä tutkimusvyöhykkeen suhteen ottamaan vastaan heijastuneita signaaleja, jotka kulkevat samassa suunnassa pinnan tasossa kuin lähetetty ääniaalto. Kolmas vastaanotin voi siis havaita verhouksen ja pohjan välisen dela-minaation, joka voi esiintyä verhotussa ydinpaineastiassa.

Kun lähetin ja vastaanottimet sijoitetaan tässä kuvatulla tavalla, esillä oleva keksintö rajoittaa vikojen havaitsemisen kiinteässä kappaleessa tutkimusvyöhykkeeseen, joka sijaitsee ennalta määrätyllä syvyydellä kappaleen pinnan alapuolella. Kun vastaanottimet lisäksi sijoitetaan useihin eri suuntiin tutkimusvyöhykkeen ympärille tutkimusprosessin aikana, järjestelmän käyttäjä voi esillä olevan keksinnön avulla havaita ja erottaa toisistaan monenlaisia vikoja ilman, että tietyn pisteen yli täytyy kulkea useita kertoja.

Keksintö kohdistuu myös menetelmään pääasiassa lieriömäisen kiinteän kappaleen pinnan tutkimiseksi käyttämällä edellä mainittua tutkimusjärjestelmää. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että kelkka suunnataan siten, että lähetin ja ensimmäinen vastaanotin rajoittavat lieriömäisen kiinteän kappaleen pituusakselin suuntaisen viivan, ja että kelkka sijoitetaan lieriömäisen pinnan suhteen mainitulle kiinteälle etäisyydelle, ja tutkimusjärjestelmä kuljetetaan lieriömäisen kiinteän kappaleen mainitun pinnan yli, jolloin ensimmäinen vastaanotin ottaa vastaan kiinteässä aineessa mahdollisesti esiintyvistä pitkittäishalkeamista 5 85773 heijastuneen äänen tutkimusvyöhykkeessä, ja toinen vastaanotin ottaa vastaan kiinteässä aineessa tutkimusvyöhykkeessä mahdollisesti esiintyvistä kehän suuntaisista halkeamista heijastuneen äänen.

Piirustuksen kuvioissa kuvio 1 esittää isometrisenä kuvana esillä olevaa keksintöä kiinteän aineen pinnan yli tapahtuvan ylikulun aikana, kuvio 2 esittää kaaviona lähetetyn ultraääniaallon ja vastaanottimen vastaanottamien heijastuneiden säteiden suunnan välistä kulmasuhdetta, kuvio 3 esittää lähetettyjä ja heijastuneita ultraääniaal-toja pinnan tasossa nähtyinä, ja kuviot 4a, 4b ja 4c esittävät erityyppisten vikojen vaikutusta heijastuneen ääniaallon suuntaan pinnan tasossa nähtynä.

Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon, jossa on ultraäänilähetin 10 ja vastakkaiset ultra-äänivastaanottimet 12, 16, jotka on kiinnitetty liikkuvalle kelkalle 18. Kuviossa 1 esitetään myös vaihtoehtoinen suoritusmuoto, jossa lisävastaanotin 14 on myös kiinnitetty kelk-kaan 18.

Kelkassa 18 on osat 20, jotka pitävät kelkan kiinteän väli-;· matkan päässä tutkittavan kiinteän aineen oleellisen tasai- ! sen pinnan 22 yläpuolella. Vaikka nämä osat on esitetty täs sä yksinkertaisina pyörinä tai rullina, jotka on kiinnitetty kelkkaan 18 ja jotka vierivät pinnan yli, ne voivat vaihtoehtoisesti muodostua mitä moninaisimmista sijoitusapuosis-ta kuten mekaanisesta, esittämättä jätetystä puomista, joka on kiinnitetty jäykästi kiinteän kappaleen johonkin muuhun kohtaan kelkan 18 kuljettamiseksi tarkasti pinnan 22 yli, tai joistakin muista osista, joita voitaisiin käyttää kelkan 18 siirtoon. Käytetty siirtomekanismityyppi riippuu kulloisestakin käytöstä ja niistä rajoituksista, joiden alaisena tutkimusjärjestelmän on toimittava. Sen tähden nämä osat on tässä esitetty vain havainnollistavassa eikä rajoittavassa mielessä.

6 85773

Kiinteä kappale, jonka osa pinta 22 on, on esitetty kuviossa 1 yhdistelmäkappaleena, jossa on verhous 24, joka on sovitettu pohjan 26 päälle. Ydinreaktoriasiiässä pohja 24 olisi tehty esim. ruostumattomasta teräksestä, ja sen paksuus olisi n.

1,0 cm. Pohja 26 on tässä tilanteessa tavallisesti jokin hiiliteräksen muoto ja huomattavasti paksumpi kuin ruostumattomasta teräksestä tehty verhous 24.

Kun verhottua astiaa, jollainen on esitetty kuviossa 1, tutkitaan, on erittäin tärkeää, ettei verhouksen 24 ja pohjan 26 välissä ole halkeamia tai muita vikoja, jotta vältyttäisiin toimintahäiriöiltä ydinreaktorin käytön aikana. Nykyiset tutkimusohjeet edellyttävät tämän rajapinnan täydellistä tutkimusta astian koko sisäpinnan osalta, jotta sekä kehän suuntaiset että pitkittäishalkeamat samoinkuin mahdolliset muut viat havaittaisiin.

Lähetin 10 on ultraäänioskillaattori, joka tyypillisesti toimii taajuudella 2,25 megahertziä. Lähetin lähettää suunnatun ultraäänienergiasäteen alaspäin verhouksen 24 pinnan 22 alapuolelle ääntä johtavan väliaineen (ei esitetty kuviossa 1) kuten veden läpi. Pinnan 22 alapuolella olevien vikojen heijastamat ääniaallot kulkevat ylöspäin poistuen pinnalta, ja ne havaitaan vastaanottimien 12, 14,. 16 avulla, jotka ovat samanlaisia kuin suuntamikrofonit sikäli, että niiden paras vas-taanottokulma on rajoittunut määrättyyn suuntaan. Lähettimen 10 tarvitsema teho ja sähkösignaalit, jotka edustavat jokaisesta vastaanottimesta 12, 14, 16 tulevien havaittujen ääniaaltojen voimakkuutta, kulkevat kuviossa 1 esitettyjen sähköjohtojen tai muiden elimien esittämättä jätetystä tarkkailupisteestä. Tehon syöttö ja signaalien tulkintalaite ovat tunnettuja ultraäänitutkimuksen alalla, eikä niitä tarvitse tässä selittää. Riittäköön, kun sanotaan, että tulkintalaite toimii havaitakseen vastaanotetun äänen epänormaalin korkean tason esiintymisen jossakin vastaanottimessa 12, 14, 16 normaalin tausta- tai interferenssiäänitason yläpuolella. Tällainen epänormaalin korkea äänitaso osoittaa, että pinnan 22 alapuolella on heijastava vika.

Il 7 85773

Kuvio 2 esittää kaaviollisesti sekä lähetettyjen että heijastuneiden ääniaaltojen ratojen keskiviivoja, sellaisina kuin ne näkyvinä esiintyisivät. Kuvion lähetintä 10 ja vastaanottimia 12, 14, 16 edustavat pisteet 10a, 12a, 14a ja vastaavasti 16a. Lähetetyn ääniallon 30 rata kulkee johtavan väliaineen 32 (osa 30a) läpi, kohtaa verhouksen 24 pinnan 22 pisteessä 34 ja kulkee sitten (osa 30b) kiinteän aineen 24 läpi polttopisteeseen 36, joka sijaitsee ennalta määrätyn välimatkan 40 päässä pinnan 22 alapuolella kiinteän aineen 24 sisällä.

On tärkeää huomata, että ääniaalto 30 taittuu kohdatessaan kiinteän aineen 24 äänen nopeuden välisen eron takia johtavassa väliaineessa 32 ja kiinteässä aineessa 24. Liikuttaessa erilaisten aineiden välisen rajapinnan läpi aiheuttaa tämä taittuminen terävän kulman lähetetyn ääniaallon 30 kahden osan 30a, 30b välille pinnan pisteessä 34. Tämä pintataittoilmiö, joka tunnetaan erilaisten väliaineiden välillä kulkevien ääniaaltojen kohdalla, voidaan laskea käyttämällä akustiikan perusperiaatteita .

Esillä olevan keksinnön mukaisesti lähetin 10 on suunnattu pinnan 22 suhteen siten, että kulma 38 muodostuu pinnan 22 tason ja lähetetyn ääniaallon 30b radan välille kiinteän aineen sisällä. Tämä n. 20°:n kulma on kokemukseen perustuen todettu optimaaliseksi kulmaksi ultraäänienergian siirron kannalta kiinteän aineen 24 sisällä melko matalilla syvyyksillä pinnan 22 alapuolella esiintyvien vikojen havaitsemista varten.

On todettu, että 20°:ta suurempi kulma 38 johtaa siihen, että lähetetty säde 30b kulkee syvällä kiinteän aineen 24, 26 sisällä, jolloin hyötysuhde pienenee. Alle 20°:n kulma 38 aiheuttaa pinta-aallon muodostuksen pintaa 22 pitkin sekä heijastuksen pinnalta takaisin johtavaan väliaineeseen 32 ja tiettyjä laatumuutoksia, jotka kaikki vaimentavat ääniaaltoa kiinteän aineen 24 sisällä.

Polttopiste 36 sijaitsee ennalta määrätyllä syvyydellä kiinteän aineen 24 pinnan 22 alapuolella. Tämä syvyys, jota on 8 85773 merkitty numerolla 40 kuviossa 2, valitaan sen käytön mukaan, johon tutkimusjärjestelmä kohdistuu. Kun kysymyksessä on ydinreaktoriastia, jossa on ruostumattomasta teräksestä tehty verhous 24 hiiliteräspohjan 26 sisäosan päällä, tämä ennalta määrätty syvyys 40 valitaan yhtä suureksi kuin verhouksen 24 paksuus, tyypillisesti n. 1,0 cm. Polttopisteen 36 ympärillä voidaan nyt määrittää tutkimusvyöhyke, jossa oleva vika aiheuttaa heijastuneen äänisignaalin, joka kulkee suunnassa, joka on riippuvainen vian laadusta ja lähetetyn ääniaallon suunnasta. Tällaisena tutkimusvyöhykkeenä voidaan ' pitää tilavuutta, joka ympäröi polttopistettä 36 ja jonka halkaisija on riippuvainen lähettimestä 10 lähetetyn ääniaallon leveydestä. Kapeampi ääniaalto johtaa vastaavasti pienempään tutkimusvyöhykkeeseen ja päinvastoin. Tyypillinen ultraääni-lähetin, jossa on 2,5 cm:n halkaisijan omaava äänigeneraattori, antaisi tulokseksi polttopistettä ympäröivän tutkimusvyöhyk-keen, jonka halkaisija on n. 1,3 cm keksinnön edullisessa suoritusmuodossa .

Vastaanottimet 12, 14, 16 on kiinnitetty kelkkaan 10, kuten kuviossa 1 esitetään, ja suunnattu siten, että ne ottavat vastaan heijastuneen, ratoja 42, 44, 46 pitkin kulkevan ääni-säteilyn. Kun vastaanottimet 12, 14, 16 suunnataan tällä tavoin, vältytään vastaanottamasta ei-toivottuja heijastuksia vioista, jotka eivät sijaitse tutkimusvyöhykkeen sisällä.

Kuten piirustuksen kuviosta voidaan selvästi nähdä, heijastuneen äänen radat 42, 44, 46 ovat muodoltaan samanlaiset kuin lähetetyn äänen rata 30 vain suunnan ja sijainnin vaihdellessa. Heijastuneen äänen ratojen ne osat kiinteän aineen 24 sisällä, joita on merkitty numeroilla 42a, 44a ja 46a, muodostavat siis kukin n. 20°:n kulmat pinnan 22 tason kanssa ja taittuvat myös kulkiessaan kiinteästä aineesta 24 väliaineeseen 32.

Kuviosta 2 voidaan nähdä, että pisteet 10a, 12a, 14a ja 16a muodostavat neliön tasossa, joka on pinnan 22 tason suuntainen. Esillä olevan keksinnön edullisessa suoritusmuodossa ensimmäinen l! 9 85773 vastaanotin 12 ja toinen vastaanotin 16 on sijoitettu saman välimatkan päähän lähettimestä 10 ja sovitettu siten, että ne muodostavat tasakylkisen kolmion, jonka kärki sijaitsee pisteessä 10a. Vaihtoehtoinen suoritusmuoto, johon on lisätty kolmas vastaanotin 14, on esitetty kokonaan kuvioissa 1 ja 2, jotka esittävät neliön 10a, 12a, 14a, 16a muodostusta vastaanottimen 14 ollessa sijoitettuna kulmaan 14a vastapäätä lähettimen 10 kulmaa.

Kun johtavana väliaineena 32 on vesi ja verhousaineena 24 on ruostumaton teräs, väliaineen 32 läpi kulkevan, lähetetyn ääniaallon osan 30a radan ja pinnan 22 tasosta leikkauspisteessä 34 kohoavan, numerolla 48 merkityn kohtisuoran muodostama kulma olisi n. 13,9°. Kuten edellä on todettu, jos johtavan väliaineen 32 tai kiinteän aineen 24 koostumus olisi muu kuin vesi tai vastaavasti ruostumaton teräs, on tämä kulma 50 laskettava uudelleen riippuen äänen nopeuden vaihtelusta eri aineiden sisällä, jolloin kulma 38 pidetään edullisesti n. 20°:n kokoisena.

.·. Eräs toinen edullisen suoritusmuodon tunnusmerkki ei käy ilmi piirustuksen kuvioista, ja se liittyy äänisäteilyn voimakkuu-teen polttopisteessä 36. Akustiikkatieteen eräänä perusperi- I. ! aatteena on, että voimakkaimman äänienergian esiintymiskohta ei ole välittömästi äänigeneraattorin viereisessä pisteessä, vaan se esiintyy itse asiassa jonkin matkan päässä siitä.

*·*·' Etäisyys tähän äänen maksimaalisen voimakkuuden pisteeseen, jota etäisyyttä nimitetään Fresnelin etäisyydeksi, on ääni-generaattorin halkaisijan ja kehitettävän äänen aallonpituuden Ψ 0 · •\· · funktio. Etäisyys määrätään seuraavan yhtälön avulla: : Fresnelin etäisyys = 40D/X, jossa D on äänigeneraattorin hal- kaisija ja λ on kehitetyn äänen aallonpituus.

: V Sijoittamalla polttopiste 36 Fresnelin etäisyyden päähän lä- hettimestä 10, maksimoidaan ääniaallon voimakkuus tutkimusvyö-hykkeessä, mikä parantaa tutkimuksen tehokkuutta. Vaikka yllä oleva yhtälö koskee vain yhden väliaineen läpi kulkevia 10 85773 ääniaaltoja, yhtälöä voidaan laajentaa kattamaan useiden väliaineiden läpi kulkeva ääni, kuten esillä olevassa keksinnössä. Tätä tapausta varten Fresnelin yhtälö supistuu seuraavasti: 4D = + L2^2' j°ssa D on äänigeneraattorin halkaisija, on johtavassa väliaineessa kuljettu matka (10a:sta 34:ään), X^ on äänen aallonpituus johtavassa väliaineessa 32, on kiinteässä aineessa kuljettu matka (34:sta 36:een) ja X^ on äänen aallonpituus kiinteän aineen 24 sisällä. Tämä yhtälö on antaa tulokseksi joukon ratkaisuja L^tssä ja L^tssa D:n, X^:n ja tiettyjä arvoja varten.

Sijoittamalla polttopiste 36 ennalta määrätyn etäisyyden 40 päähän kiinteän aineen 24 pinnan 22 alapuolelle, voidaan etäisyys laskea yksinkertaisen trigonometrisen suhteen perusteella. Tämä antaa ainutlaatuisen ratkaisun yllä olevaan yhtälöön ja määrittää sen etäisyyden 51 pinnan 22 yläpuolella, jossa kelkan 18 on pidettävä lähetin 10. Kun ruostumattoman teräsverhouksen paksuus on 1,0 cm ja se on upotettu veteen, etäisyys olisi n. 7,1 cm pinnan yläpuolella. Tällöin polttopiste 36 sijaitsisi sekä 9,51 mm:n syvyydellä 40 pinnan 22 alapuolella että Fresnelin etäisyydellä äänilähettimestä.

Kuvio 3 esittää lähetintä 10 ja vastaanottimia 12, 14, 16 nähtyinä pinnan 22 tason suuntaisessa tasossa. Siinä esitetään .· myös lähetetyn 30 ja heijastuneen 42, 44, 46 äänen radat.

Kelkka 18 esitetään myös. Kuten kuviosta 3 voidaan nähdä, lähetetty ääniaalto 30 kohtaa tutkimusalueen 52, jossa se voi heijastua useissa suunnissa. Ääniradat 42 ja 46 kohtaa--·* vat edullisen suoritusmuodon vastaanottimet 12, 16, ja niiden **, tehtävänä on havaita tutkimusvyöhykkeessä mahdollisesti esiin tyvät halkeamat, kuten seuraavassa selitetään tarkemmin. Vastaanotin 14 esitetään tässä vaihtoehtoisen suoritusmuodon osana niiden ääniaaltojen 44 havaitsemiseksi, jotka heijastuisivat takaisin pintaa 22 kohti tutkimusvyöhykkeeltä ilman merkittävää suunnan muutosta pinnan 22 tasossa katsottuna, kuten kuviossa 3 esitetään.

11 85773

Kuviot 4a, b ja c esittävät esillä olevan keksinnön kykyä erottaa erityyppiset viat, joita voidaan odottaa esiintyvän tutkittaessa kiinteää kappaletta, erityisesti suurta lieriö-mäistä paineastiaa, jossa on sisäpuolinen verhous 24 pohjan 26 päällä.

Kuvio 4a esittää lähetetyn ääniaallon 30 heijastumista aallon kohdatessa lieriömäisen, numerolla 22a merkityn astian pinnan alapuolella olevan pitkittäishalkeaman 54. Tämäntyyppisen vian toteamiseksi lähetin 10 ja ensimmäinen vastaanotin 12 suunnataan siten, että ne rajoittavat viivan 56, joka on lieriömäisen pinnan 22a esittämättä jätetyn pituusakselin suuntainen. Lähetetty ääniaalto 30 kohtaa halkeaman 54 45°:n kulmassa ja heijastuu siitä radalle 42. Vastaanotin 12, mutta eivät vastaanottimet 14 ja 16, havaitsee heijastuneen ääniaallon 42, jolloin siis todetaan sekä vian 54 olemassaolo että sen laatu pitkit-täishalkeamana.

Kuvio 4b esittää kehän suuntaisen halkeaman havaintoa lieriömäisen pinnan 22a alapuolella. Heijastunut ääniaalto 46 nähdään vain vastaanottimen 16 havaitsemana, mikä osoittaa sekä vian 58 olemassaolon että sen laadun kehän suuntaisena halkeamana. Vastaanottimet on suunnattu kuviossa 4b kuten kuviossa 4a vastaanottimien 10 ja 12 rajoittaessa viivan, joka on lieriömäisen pinnan 22a pituusakselin suuntainen.

Kuvio 4c esittää esillä olevan keksinnön mukaista vaihtoehtoista suoritusmuotoa, jota käytetään verhouksen 24 ja pohjan 26 välissä pinnan 22a alapuolella esiintyvän delaminaation havaitsemiseen. Ääni 44 heijastuu ylöspäin delaminaatiosta 60, joka toimii peilinä pinnan 22a suuntaisesti, mikä saa lähetetyn ääniallon 30 heijastumaan ylöspäin suuntaa muuttamatta pinnan 22a tasossa katsottuna. Ääniaallon 44 havaitseminen vain vastaanottimen 14 avulla osoittaa sekä vian 60 olemassaoloa että vian laatua delaminaationa. Tällaiset delaminaatioviat ovat verraten harvinaisia ydinpaineastioissa, minkä vuoksi kuvion 4c suoritusmuotoa nimitetään tässä vaihtoehtoiseksi 12 85773 eikä edulliseksi suoritusmuodoksi.

On myös huomattava, että vaikka esillä olevan keksinnön laite on määritelty pinnan 22 tason puitteissa, tämä on tarkoitettu käsittämään kaikki oleellisen tasaiset pinnat kuten ydinpaineastian lieriömäisen sisäpinnan 22a tai sentapaiset.

Nämä astiat ovat niin suuria verrattuna laitteen kokoon, että sisäpintaa 22a voidaan pitää tasaisena kaikkia käytännön tarkoituksia varten. Jos tutkittavan kiinteän kappaleen pinta olisi selvemmin kaareva, täytyisi lähettimen 10 ja vastaanottimien 12, 14, 16 suuntaa muuttaa, jotta tuloksena olisi ääniaaltojen oikea lähetys ja havaitseminen, kuten tässä on esitetty.

Esillä olevan keksinnön mukaisen ultraääniskannausjärjestelmän tarvitsee siis skannata tietty piste vain kerran, jotta todettaisiin, esiintyykö jokin vika tutkimusvyöhykkeessä 52, joka sijaitsee ennalta määrätyn etäisyyden 40 päässä pinnan 22 alapuolella. Tämä tarjoaa huomattavan edun tunnettuihin järjestelmiin verrattuna, joissa ultraääniskannausjärjestelmä on vietävä kunkin eri pisteen yli useita kertoja eri suunnassa, jotta varmistetaan: 1) onko jokin vika olemassa, 2) minkälaatuinen vika on (kehän suuntainen halkeama, delaminaatio jne.) ja 3) sijaitseeko vika verhouksen 24 ja pohjan 26 välisessä rajapinnassa. Kun moninkertaiset skannaukset on poistettu, esillä olevan keksinnön mukainen laite ja menetelmä johtavat huomattaviin ajan ja kustannusten säästöihin ydinvoima-astioiden käytön aikana.

ii

Claims (11)

1. Ultraäänitutkimusjärjestelmä vikojen havaitsemiseksi tutkimusvyöhykkeessä, joka ympäröi polttopistettä (36), joka sijaitsee ennalta määrätyn etäisyyden päässä kiinteän aineen (24) oleellisen tasaisen pinnan (22) alapuolella, jolloin mainittu kiinteä aine on upotettu ääntä johtavaan väliaineeseen (32), tunnettu siitä, että se käsittää - kelkan (18) tutkimusjärjestelmän kuljettamiseksi pinnan yli, jolloin näiden välillä säilytetään muuttumaton kiinteä etäisyys, - kelkkaan kiinnitetyn ultraäänilähettimen (10) ultraääni-säteen suuntaamiseksi mainitun väliaineen (32) läpi kiinteään aineeseen (24) tutkimusvyöhykettä kohti, jolloin lähetin on lisäksi suunnattu pinnan suhteen siten, että mainitussa aineessa kulkevan säteen radan ja tasaisen pinnan väliin muodostuu n. 20°:n kulma (38), - kelkkaan kiinnitetyn ensimmäisen ultraäänivastaanottimen (12), joka ottaa vastaan heijastuneen ultraäänen, joka on peräisin mainitussa tutkimusvyöhykkeessä esiintyvästä viasta, jolloin ensimmäinen vastaanotin on suunnattu mainitun aineen pinnan suhteen siten, että se ottaa vastaan heijastunutta ääntä, joka on peräisin tutkimusvyöhykkeestä ja kulkee kiinteän aineen (24) läpi heijastuneen äänen rataa pitkin muodostaen n. 20°:n kulman mainitun tasaisen pinnan kanssa, ja - kelkkaan kiinnitetyn toisen ultraäänivastaanottimen (16), joka ottaa vastaan heijastuneen ultraäänen, joka on peräisin tutkimusvyöhykkeessä esiintyvästä viasta, jolloin toinen vastaanotin on suunnattu mainitun aineen mainitun tasaisen pinnan suhteen siten, että se ottaa vastaan vain heijastuneen äänen, joka on peräisin tutkimusvyöhykkeestä ja kulkee mainitun aineen läpi heijastuneen äänen rataa pitkin, joka muodostaa n. 20°:n kulman tasaisen pinnan kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tutkimusjärjestelmä, tunnettu siitä, että lähetetyn ääniaallon mainitun lähettimen ja tutkimusvyöhykkeen välillä kulkema matka on yhtä suuri kuin Fresnelin etäisyys määritettynä lähetintä ja äänen 14 85773 aallonpituutta varten äänen kulkiessa väliaineen (32) ja kiinteän aineen (24) läpi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tutkimusjärjestelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen vastaanotin (12) on lisäksi suunnattu siten, että se ottaa vastaan vain heijastuneen äänen, joka kulkee lähetetyn ääniaallon rataa vastaan kohtisuoralla radalla mainitun tasaisen pinnan suuntaisessa tasossa katsottuna, ja että toinen vastaanotin (16) on suunnattu ottamaan vastaan vain heijastuneen äänen, joka kulkee lähetetyn ääniaallon rataa vastaan kohtisuoraa rataa pitkin tasaisen pinnan suuntaisessa tasossa katsottuna, jolloin toinen vastaanotin on lisäksi sijoitettu vastapäätä ensimmäistä vastaanotinta tutkimusvyöhykkeen suhteen.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tutkimusjärjestelmä, tunnettu siitä, että lähetetyn ääniaallon kulkema matka on yhtä suuri kuin Fresnelin etäisyys lähettimen halkaisijan ja äänen aallonpituuden määrittämänä äänen kulkiessa väliaineen (32) ja kiinteän aineen (24) läpi.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tutkimusjärjestelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää kelkkaan (18) kiinnitetyn kolmannen ultraäänivastaanottimen (14), joka ottaa vastaan heijastuneen ultraäänisäteilyn, joka on peräisin tutkimusvyöhykkeessä esiintyvästä viasta, jolloin mainittu vastaanotin on suunnattu mainitun aineen tasaisen pinnan suhteen siten, että se ottaa vastaan vain äänen, joka on peräisin mainitusta vyöhykkeestä ja joka kulkee mainitun aineen läpi paluurataa pitkin, joka muodostaa n. 20°:n kulman tasaisen pinnan kanssa, jolloin kolmas vastaanotin lisäksi on sovitettu samalle suoralle viivalle lähettimen suhteen tasaisen pinnan suuntaisessa tasossa katsottuna.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tutkimusjärjestelmä, tunnettu siitä, että lähetetyn ääniaallon kulkema matka on . . yhtä suuri kuin Fresnelin etäisyys lähettimen halkaisijan ja • ; äänen aallonpituuden määrittämänä äänen kulkiessa väliaineen (32) ja kiinteän aineen (24) läpi. 15 85773

7. Menetelmä pääasiassa lieriömäisen kiinteän kappaleen pinnan tutkimiseksi käyttämällä patenttivaatimuksen 3 mukaista tutkimusjärjestelmää, tunnettu vaiheista, joissa - kelkka (18) suunnataan siten, että lähetin (10) ja ensimmäinen vastaanotin (12) rajoittavat lieriömäisen kiinteän kappaleen pituusakselin suuntaisen viivan, ja että kelkka sijoitetaan lieriömäisen pinnan suhteen mainitulle kiinteelle etäisyydelle, ja - tutkimusjärjestelmä kuljetetaan lieriömäisen kiinteän kappaleen mainitun pinnan yli, jolloin ensimmäinen vastaanotin (12) ottaa vastaan kiinteässä aineessa mahdollisesti esiintyvistä pitkittäishalkeamista heijastuneen äänen tutkimus-vyöhykkeessä, ja toinen vastaanotin (16) ottaa vastaan kiinteässä aineessa tutkimusvyöhykkeessä mahdollisesti esiintyvistä kehän suuntaisista halkeamista heijastuneen äänen.

8. Ultraäänitutkimusjärjestelmä vikojen havaitsemiseksi tutkimusvyöhykkeessä ruostumattomasta teräksestä tehdyn kappaleen oleellisen tasaisen pinnan alapuolella, jolloin mainittu pinta on upotettu veteen, tunnettu siitä, että se käsittää - kelkan (18), joka kulkee mainitun pinnan yli, jolloin näiden välillä säilytetään kiinteä etäisyys, - kelkkaan kiinnitetyn lähettimen (10) ultraäänisäteen lähettämiseksi ruostumattomaan teräkseen, jolloin lähetin on suunnattu siten, että lähetetyn säteen keskiviivan ja vedes- • sä olevaa tasaista pintaa vastaan kohtisuoran viivan väliin muodostuu n. 13,9°:n kulma, jolloin lähetin on sijoitettu siten, että lähetetty säde kulkee tutkimusvyöhykkeen läpi, ί·.:. Ja - ensimmäisen vastaanottimen (12) ja toisen vastaanottimen (16), jotka on kumpikin kiinnitetty kelkkaan vastapäätä toisiaan, sijoitettu yhtä suuren välimatkan päähän lähettimestä ja kumpikin suunnattu siten, että ne ottavat vastaan vain tutkimusvyöhykkeessä esiintyvien vikojen heijastaman äänen, jolloin ensimmäinen ja toinen vastaanotin on lisäksi suunnattu siten, että ne ottavat vastaan vain äänen, joka kulkee lähetettyä sädettä vastaan kohtisuoraan mainitun tasaisen pinnan suuntaisessa tasossa katsottuna ja jolla on äänira- ie 85773 dat, jotka muodostavat n. 13,9°:n kulman mainitussa vedessä olevan radan keskiviivan ja mainittua tasaista pintaa vastaan kohtisuoran viivan välille.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen tutkimusjärjestelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää kelkkaan (18) kiinnitetyn kolmannen vastaanottimen (14), joka on sovitettu yhtä suuren välimatkan päähän ensimmäisestä ja toisesta vastaanottimesta (12, 16) ja suunnattu siten, että se ottaa vastaan vain tutkimusvyöhykkeessä esiintyvien vikojen heijastaman äänen, jolloin kolmas vastaanotin on lisäksi suunnattu siten, että se ottaa vastaan samansuuntaisesti lähetetyn ääniaallon kanssa kulkevan äänen katsottuna tasaisen pinnan suuntaisessa tasossa ja mainitussa vedessä olevaa rataa pitkin, joka muodostaa n. 13,9°:n kulman tasaista pintaa vastaan kohtisuoran viivan kanssa.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen tutkimusjärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu kiinteä etäisyys on 7,1 cm (3 tuumaa), tutkimusvyöhyke sijaitsee 9,51 mm (3/8 tuumaa) ruostumattomasta teräksestä tehdyn kiinteän kappaleen tasaisen pinnan alapuolella, mainittu vesi peittää sekä mainitun pinnan että tutkimusjärjestelmän ja lähetin kehittää äänen, jonka taajuus on 2,25 megahertziä.

11. Menetelmä kiinteän aineen oleellisen tasaisen pinnan alapuolella sijaitsevan tutkimusvyöhykkeen ultraäänitutkimusta varten, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa - mainittuun aineeseen ja tutkimusvyöhykkeeseen lähetetään ultraäänisäde, jonka keskiviiva kiinteän aineen sisällä muodostaa n. 20°:n kulman mainitun tasaisen pinnan kanssa, ja - tutkimusvyöhykettä ympäröivän kiinteän aineen mainittua pintaa tarkkaillaan ultraäänisäteilyn havaitsemiseksi, jonka tutkimusvyöhykkeessä esiintyvä vika heijastaa ja jonka radan keskiviiva muodostaa n. 20°:n kulman mainitun tasaisen pinnan kanssa kiinteän aineen sisällä. 17 85773