RU2146363C1

RU2146363C1 - Process of ultrasonic inspection of cylindrical articles and gear for its implementation

Info

Publication number: RU2146363C1
Application number: RU98104999A
Authority: RU
Inventors: А.В. Кириков; А.Н. Забродин; К.Н. Макаренков; А.Ю. Смирнов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью Компания "Нординкрафт"
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2000-03-10

Abstract

FIELD: nondestructive inspection of pipes and bars. SUBSTANCE: proposed process of ultrasonic inspection includes excitation of pulse of ultrasonic wave in article, multiple passage of this pulse over perimeter of section, measurement of energy of signals received in specified time interval, evaluation of state of acoustic contact by results of this measurement. In addition suppression of pulses passed through article over perimeter, reception of signals caused by processes of reflection and transformation, measurement of energy of these signals used to evaluate presence and dimensions of flaws are carried out. Gear for ultrasonic inspection has combined bidirectional converter and ultrasonic flaw detector and processing circuit connected in series to it, amplifier, unit measuring informative parameters connected to flaw detector and decision making unit connected to processing circuit. Suppression of pulses emitted in opposite directions by bidirectional converter and passed over perimeter of article and reception of signals caused by processes of reflection and transformation are realized by placement of receiving bidirectional converter in zone of mutual compensation of these pulses. EFFECT: enhanced quality of products thanks to expansion of capabilities of test, increased sensitivity, reliability and authenticity of ultrasonic inspection. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения дефектов труб, сортового проката. The invention relates to the field of non-destructive testing and can be used to detect pipe defects, long products.

Известен способ ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий, заключающийся в следующем. В изделии возбуждают ультразвуковой импульс, осуществляют его многократное прохождение по периметру, осуществляют прием ультразвуковых сигналов в заданном временном интервале, выделяют и измеряют энергию прошедших (не отраженных и не трансформированных дефектом) импульсов и сравнивают полученное значение со всей энергией, принятой на указанном интервале. По величине этого отношения судят о наличии и величине дефекта (патент РФ N 2029300, 1995 г.). A known method of ultrasonic inspection of cylindrical products, which consists in the following. An ultrasonic pulse is excited in the product, it is repeatedly transmitted along the perimeter, ultrasonic signals are received in a given time interval, the energy of transmitted (not reflected and not transformed by a defect) pulses is extracted and measured, and the obtained value is compared with all the energy received on the specified interval. The magnitude of this relationship is judged on the presence and magnitude of the defect (RF patent N 2029300, 1995).

Способ реализуют с помощью устройства, содержащего совмещенный преобразователь и соединенные с ним ультразвуковой дефектоскоп и схему обработки. В качестве преобразователя может быть использован электромагнитно-акустический преобразователь, включающий в себя спиральную периодическую электрическую катушку (Приборы для неразрушающего контроля /Под ред. В.В.Клюева. М. : Машиностроение, 1986. Т. 2. 349 с.), сформированную, например, на защитной подложке. Такой преобразователь может работать в режиме излучения, в режиме приема и в совмещенном режиме. The method is implemented using a device containing a combined transducer and an ultrasonic flaw detector connected to it and a processing circuit. As a transducer, an electromagnetic-acoustic transducer may be used, including a spiral periodic electric coil (Devices for non-destructive testing / Edited by V.V. Klyuyev. M.: Mechanical Engineering, 1986. T. 2. 349 pp.), Formed , for example, on a protective substrate. Such a converter can operate in radiation mode, in reception mode, and in combined mode.

Недостатком способа и реализующего его устройства является их низкая чувствительность. Это обусловлено необходимостью процедуры выделения и измерения энергии импульсов, прошедших по периметру изделия. Доля этой энергии в общем энергетическом балансе весьма значительна. Особенно в случае мелких дефектов. Поэтому любая погрешность в измерении этих параметров, которая носит в общем случайный характер, может привести к ошибочной оценке состояния объекта контроля. The disadvantage of the method and the device that implements it is their low sensitivity. This is due to the need for a procedure for isolating and measuring the energy of pulses transmitted along the perimeter of the product. The share of this energy in the overall energy balance is very significant. Especially in the case of minor defects. Therefore, any error in the measurement of these parameters, which is generally random in nature, can lead to an erroneous assessment of the state of the control object.

Для выделения энергии прошедших импульсов способ предполагает осуществление их временного стробирования внутри интервала измерения. Это приводит к осуществлению своеобразных "мертвых" зон. Дефект, даже значительный, не может быть зарегистрирован, если отраженный от него сигнал попадает в зоны (стробы), где производятся измерения прошедшей энергии. Это в значительной степени снижает надежность и достоверность контроля. To isolate the energy of the transmitted pulses, the method involves the implementation of their temporary gating within the measurement interval. This leads to the implementation of a kind of "dead" zones. A defect, even a significant one, cannot be detected if the signal reflected from it falls into the zones (gates) where the transmitted energy is measured. This greatly reduces the reliability and reliability of the control.

К недостаткам способа и устройства относится также необходимость осуществления корректировки значений анализируемых временных интервалов (параметров стробирования) при измерениях диаметра контролируемого изделия, поскольку период следования прошедших импульсов связан с ним линейной зависимостью. Это накладывает ограничение на стабильность геометрических характеристик объекта контроля. The disadvantages of the method and device also include the need to adjust the values of the analyzed time intervals (gating parameters) when measuring the diameter of the controlled product, since the period of succession of the transmitted pulses is connected with it by a linear relationship. This imposes a constraint on the stability of the geometric characteristics of the control object.

Целью изобретения является повышение качества продукции за счет расширения возможностей контроля, повышения его чувствительности, надежности и достоверности. The aim of the invention is to improve product quality by expanding the capabilities of control, increasing its sensitivity, reliability and reliability.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий, включающем возбуждение в изделии импульса ультразвуковой волны, осуществление многократного прохождения этого импульса по периметру сечения, измерение энергии сигналов, применяемых на заданном временном интервале, оценку состояния акустического контакта по результатам этих измерений. This goal is achieved by the fact that in the known method of ultrasonic flaw detection of cylindrical products, including the excitation of an ultrasonic wave pulse in the product, the implementation of the multiple passage of this pulse along the perimeter of the cross section, measuring the energy of the signals used over a given time interval, evaluating the state of the acoustic contact according to the results of these measurements.

Дополнительно осуществляют подавление импульсов, прошедших изделие по периметру, прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации, измерение энергии этих сигналов, по величине которой судят о наличии и размерах дефектов. Additionally, they suppress the pulses that have passed the product along the perimeter, receive signals due to the processes of reflection and transformation, measure the energy of these signals, the magnitude of which is used to judge the presence and size of defects.

Подавление излученных в противоположных направлениях двунаправленным преобразователем и прошедших по периметру изделия импульсов и прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации осуществляют путем размещения приемного двунаправленного преобразователя в зоне взаимной компенсации этих импульсов. Suppression of the pulses emitted in opposite directions by the bi-directional converter and transmitted along the perimeter of the product and the reception of signals due to reflection and transformation processes is carried out by placing the receiving bi-directional converter in the zone of mutual compensation of these pulses.

Такое размещение обеспечивают тем, что приведенные центры приемного и совмещенного преобразователей сдвигают друг относительно друга в направлении распространения ультразвука на фиксированное расстояние, приблизительное значение которого определяют по формуле:
L = λ/4+Nλ,
где λ - проекция длины ультразвуковой волны на поверхность объекта контроля, N - (0, 1, 2, ...).This arrangement is ensured by the fact that the reduced centers of the receiving and combined transducers are shifted relative to each other in the direction of ultrasound propagation by a fixed distance, the approximate value of which is determined by the formula:
L = λ / 4 + Nλ,
where λ is the projection of the ultrasonic wavelength onto the surface of the test object, N - (0, 1, 2, ...).

Достижению указанной цели способствует также то, что известное устройство, содержащее совмещенный двунаправленный преобразователь, усилитель, блок измерения информативных параметров, соединенный с дефектоскопом, и блок принятия решения, соединенный также со схемой обработки. The achievement of this goal is also facilitated by the fact that the known device comprising a combined bi-directional transducer, amplifier, a unit for measuring informative parameters connected to a flaw detector, and a decision block connected also to a processing circuit.

Цель достигается также тем, что совмещенный и приемный электромагнитоакустические преобразователи с периодической структурой сформированы на одной подложке путем наложения катушек с взаимным сдвигом в четверть периода намотки. The goal is also achieved by the fact that the combined and receiving electro-acoustic transducers with a periodic structure are formed on the same substrate by applying coils with a mutual shift of a quarter of the winding period.

На фиг. 1 изображена схема, поясняющая принцип пространственного подавления сигналов поверхностной волны, прошедших изделие по периметру. In FIG. 1 is a diagram explaining the principle of spatial suppression of surface wave signals that have passed the product along the perimeter.

Схема включает контролируемое изделие 1, совмещенный преобразователь 2, с приведенным центром A на поверхности изделия, приемный преобразователь 3 с приведенным центром В. Витки 4 обоих преобразователей имеют периодически (с периодом Н) меняющееся направление намотки и сдвинуты друг относительно друга на четверть этого периода. Поэтому и точки A и B отстоят друг относительно друга на такое же расстояние (влиянием кривизны пренебрегаем). Пусть в момент времени ТО совмещенный преобразователь 2 возбудил в виртуальной точке A поверхности изделия 1 две волны S1 и S2, с одинаковыми амплитудами, начальными фазами и характеристиками направленности. И пусть длина этих волн удовлетворяет условию максимальной эффективности возбуждения и приема, то есть λ = H. В этом случае, как видно на фиг., путь волны S1 в точку B по периметру изделия на величину удвоенного расстояния между точками A и B короче аналогичного пути для волны S2. То есть, с учетом сказанного выше, циркулирующие в противоположных направлениях волны S1 и S2 будут всегда иметь в точке В противоположную фазу (стало быть, взаимоуничтожаться) и не могут быть зарегистрированы приемником 3. Наоборот, условия приема прошедших по периметру волн оптимальны для совмещенного преобразователя 2. Принимаемый им сигнал целесообразно использовать для оценки состояния акустического контакта и в качестве опорного при формировании критериев контроля. The circuit includes a controlled product 1, a combined transducer 2, with a reduced center A on the surface of the product, a receiving transducer 3 with a reduced center B. The turns 4 of both transducers have periodically (with period H) changing winding direction and are shifted relative to each other by a quarter of this period. Therefore, points A and B are spaced the same distance relative to each other (we neglect the influence of curvature). Let the combined transducer 2, at the time point TO, excite at the virtual point A of the surface of the product 1 two waves S1 and S2, with the same amplitudes, initial phases, and directional characteristics. And let the wavelength of these waves satisfy the condition of maximum excitation and reception efficiency, that is, λ = H. In this case, as can be seen in Fig., The path of wave S1 to point B along the perimeter of the product is twice the distance between points A and B shorter than the same path for wave S2. That is, taking into account the above, the waves S1 and S2 circulating in opposite directions will always have the opposite phase at the point B (therefore, cancel each other out) and cannot be detected by the receiver 3. On the contrary, the reception conditions for waves transmitted along the perimeter are optimal for a combined transducer 2. The signal received by him should be used to assess the state of the acoustic contact and as a reference in the formation of control criteria.

Предположим теперь, что в зоне действия преобразователей появился дефект. Для отраженных и трансформированных дефектом волн, за редчайшими, лишь теоретически возможными исключениями, условия взаимного подавления отсутствуют. Now suppose that a defect has appeared in the transducer coverage area. For the waves reflected and transformed by the defect, with the rarest, only theoretically possible exceptions, there are no conditions for mutual suppression.

Прием волн, обусловленных дефектом, будет осуществляться приемником 3 с максимальной эффективностью, вне зависимости от диаметра изделия и расположения дефекта. Reception of waves caused by a defect will be carried out by receiver 3 with maximum efficiency, regardless of the diameter of the product and the location of the defect.

Устройство для контроля труб с помощью SH - поляризованных ультразвуковых волн изображено на фиг. 2. Элементы имеют следующие обозначения: 1 - контролируемая труба, 2 - рольганг, 3 - устройство намагничивания, 4 - блок электромагнитно-акустических преобразователей, 5 - совмещенный преобразователь, 6 - приемный преобразователь, 7 - ультразвуковой дефектоскоп, 8 - схема обработки, 9 - усилитель, 10 - блок измерения информативных параметров. Устройство работает следующим образом. Контролируемая труба 1 движется по рольгангу 2, намагничиваясь в намагничивающем устройстве 3. Генератор дефектоскопа 7 вырабатывает зондирующий электрический импульс. Совмещенный преобразователь 5 блока 4 электромагнитно-акустических преобразователей возбуждает в трубе два упругих импульса, движущихся в противоположных направлениях. Этот же преобразователь осуществляет прием сигналов, которые затем усиливаются усилителем дефектоскопа 7, детектируются и поступают на вход схемы обработки 8. В этом блоке происходит вычисление энергии (или среднего значения амплитуды) сигнала, принятого совмещенным преобразователем 5 в заданном временном интервале. A device for monitoring pipes using SH - polarized ultrasonic waves is shown in FIG. 2. The elements have the following notation: 1 - controlled pipe, 2 - roller table, 3 - magnetization device, 4 - block of electromagnetic-acoustic transducers, 5 - combined transducer, 6 - receiving transducer, 7 - ultrasonic flaw detector, 8 - processing circuit, 9 - amplifier, 10 - unit for measuring informative parameters. The device operates as follows. The controlled pipe 1 moves along the roller table 2, being magnetized in the magnetizing device 3. The flaw detector 7 generates a probe electric pulse. The combined transducer 5 of the block 4 of electromagnetic-acoustic transducers excites two elastic impulses in the pipe, moving in opposite directions. The same converter receives signals, which are then amplified by a flaw detector amplifier 7, are detected and fed to the input of the processing circuit 8. In this block, the energy (or average amplitude value) of the signal received by the combined converter 5 in a given time interval is calculated.

В отсутствие дефекта сигнал, принимаемый преобразователем 4 близок к нулю. Наличие дефекта сопровождается приемом отраженных (трансформированных) им сигналов. Блок 10 измерения информированных параметров, синхронизируемый дефектоскопом 7, вычисляет, например, среднее значение амплитуды на интервале измерения, которое поступает на вход блока 11 принятия решения. В этом блоке, на основе данных, поступающих от обоих каналов, производится оценка дефектности изделия и состояния акустического контакта. Размер дефекта оценивают по величине отношения средних значений амплитуд на интервале измерения, зарегистрированных в каналах. In the absence of a defect, the signal received by the transducer 4 is close to zero. The presence of a defect is accompanied by the reception of signals reflected (transformed) by it. The informed parameter measurement unit 10, synchronized by the flaw detector 7, calculates, for example, the average value of the amplitude on the measurement interval, which is input to the decision unit 11. In this block, on the basis of the data coming from both channels, the defectiveness of the product and the state of the acoustic contact are evaluated. The size of the defect is estimated by the ratio of the average values of the amplitudes in the measurement interval recorded in the channels.

Использование данного способа и устройства позволило организовать эффективный электромагнитно-акустический контроль газоводопроводных труб на всех станах цеха гнутых профилей ОАО "СЕВЕРСТАЛЬ". The use of this method and device made it possible to organize effective electromagnetic-acoustic control of gas pipes on all mills of the bent section workshop of OJSC SEVERSTAL.

Claims

1. The method of ultrasonic flaw detection of cylindrical products, including the excitation of an ultrasonic wave pulse in the product, the implementation of the multiple passage of this pulse along the perimeter of the cross section, measuring the energy of signals received at a given time interval, evaluating the state of the acoustic contact according to the results of these measurements, characterized in that they additionally carry out suppression of pulses that have passed the product along the perimeter, reception of signals due to reflection and transformation processes, energy measurement and these signals, for which the value is judged on the availability and size of defects.

2. The method according to claim 1, characterized in that the suppression of the bi-directional transducer emitted in opposite directions and the pulses transmitted along the product perimeter and the reception of signals due to reflection and transformation processes is carried out by placing the bi-directional transducer in the zone of mutual compensation of these pulses.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the centers of the receiving and combined transducers shift relative to each other in the direction of propagation of ultrasound at a fixed distance L, the value of which is determined by the formula
L = λ / 4 + N • λ,
where λ is the projection of the ultrasonic wavelength onto the surface of the test object;
N - (0, 1, 2 ...).

4. A device for ultrasonic flaw detection of cylindrical products, comprising a combined bidirectional transducer and connecting an ultrasonic flaw detector in series with it and a processing circuit, characterized in that it further comprises a bi-directional receiving transducer, amplifier, an informative parameter measuring unit connected to the flaw detector, an acceptance unit solutions connected also to the processing circuit.

5. The device according to claim 4, characterized in that the combined and receiving electromagnetic-acoustic transducers with a periodic structure are formed on the same substrate by applying coils with a mutual shift of a quarter of the winding period.