RU2256907C1

RU2256907C1 - Method of measuring height of bridging in weld seams of thin- walled items

Info

Publication number: RU2256907C1
Application number: RU2003130682/28A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Марченко (RU); В.Г. Марченко; А.Н. Калинин (RU); А.Н. Калинин; Ю.А. Жуков (RU); Ю.А. Жуков; А.Н. Петров (RU); А.Н. Петров; нников О.С. Серебр (RU); О.С. Серебрянников; Н.К. Абиралов (RU); Н.К. Абиралов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-07-20
Also published as: RU2003130682A

Abstract

FIELD: nondestructive check.

SUBSTANCE: item is subject to discrete rotation. Piezoelectric converter focused onto internal surface of the item moves reciprocally above weld seam and simultaneously irradiates and receives ultrasonic signals. It also fixes reflected signal amplitude and coordinates of position of piezoelectric converter. Piezoelectric converter is mounted at an angle to item. Maximal amplitude of reflected signal is determined as well ass coordinates of location of piezoelectric converter at which coordinates the amplitude equals to 0,25 maximal amplitude of reflected signal. Height of bridging is defined by specific formula. Method allows improving sensitivity at revealing bridging of 0,15 mm and measur5ing bridging of 0,15 mm in thin-walled items.

EFFECT: improved precision of measurement.

2 dwg

Description

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано для определения качества сварных швов тепловыделяющих элементов ВВЭР-1000, ВВЭР-440.The invention relates to acoustic methods of non-destructive testing and can be used to determine the quality of the welds of the fuel elements VVER-1000, VVER-440.

Известен способ измерения размеров дефектов при ультразвуковом контроле изделий (см. п. РФ № 2191376, МКИ G 01 N 29/04, от 25.02.2000 г.), заключающийся в том, что перемещают ультразвуковой искатель над сварным швом, одновременно прозвучивают его и по наличию отраженного сигнала судят о наличие непровара, недостатком которого является низкая чувствительность при выявлении непровара высотой менее 0,15 мм, а также невозможность измерения высоты непровара менее 0,15 мм, так как в этом случае нет прямой зависимости между амплитудой сигнала и высотой непровара.A known method of measuring the size of defects in ultrasonic inspection of products (see p. RF No. 2191376, MKI G 01 N 29/04, 02/25/2000), which consists in moving the ultrasonic finder over the weld, simultaneously sounding it and the presence of the reflected signal judges the presence of lack of penetration, the drawback of which is low sensitivity when detecting lack of penetration with a height of less than 0.15 mm, and the impossibility of measuring the height of lack of penetration of less than 0.15 mm, since in this case there is no direct relationship between the amplitude of the signal and the height of lack of penetration .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля сварных швов по а.с. № 920520, МКИ G 01 N 29/04 (прототип), заключающийся в том, что перемещают ультразвуковой искатель, сфокусированный на внутренней стенке изделия, поперек сварного шва нормально к его поверхности, одновременно прозвучивают его и по числу и форме экстремумов полученной зависимости отраженных донных сигналов определяют наличие непровара. Недостатком этого способа является низкая чувствительность при выявлении непровара высотой менее 0,15 мм, а также невозможность измерения высоты непровара менее 0,15 мм, так как в этом случае нет прямой зависимости между амплитудой сигнала и высотой непровара.The closest in technical essence and the achieved result is a method of controlling welds according to A.S. No. 920520, MKI G 01 N 29/04 (prototype), which consists in moving an ultrasonic finder focused on the inner wall of the product across the weld normally to its surface, at the same time it also sounds in the number and shape of the extrema of the obtained dependence of the reflected bottom signals determine the presence of lack of penetration. The disadvantage of this method is the low sensitivity in detecting lack of penetration with a height of less than 0.15 mm, as well as the inability to measure the height of lack of penetration of less than 0.15 mm, since in this case there is no direct relationship between the amplitude of the signal and the height of the lack of penetration.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности при выявлении непровара высотой менее 0,15 мм и измерение высоты непровара менее 0,15 мм в тонкостенных изделиях с толщиной стенки менее 1 мм.An object of the invention is to increase the sensitivity in detecting lack of penetration with a height of less than 0.15 mm and measuring the height of lack of penetration of less than 0.15 mm in thin-walled products with a wall thickness of less than 1 mm.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения высоты непровара в сварных швах тонкостенных изделий, включающем дискретное вращение изделия, возвратно-поступательное движение над сварным швом сфокусированного на внутренней поверхности изделия пьезопреобразователя с одновременным излучением и приемом ультразвуковых сигналов, фиксацию амплитуды отраженного сигнала и координат положения пьезопреобразователя, согласно изобретению, пьезопреобразователь устанавливают под углом к изделию, определяют максимальную амплитуду отраженного сигнала, определяют координаты положения пьезопреобразователя, в которых амплитуда равна 0,25 максимальной амплитуды отраженного сигнала, и производят определение высоты непровара по формуле:The problem is solved in that in a method for measuring the lack of penetration in welds of thin-walled products, including discrete rotation of the product, reciprocating movement of the piezoelectric transducer focused on the inner surface of the product with simultaneous emission and reception of ultrasonic signals, fixing the amplitude of the reflected signal and position coordinates the piezoelectric transducer, according to the invention, the piezoelectric transducer is installed at an angle to the product, determine the maximum amplitude the reflected signal, determine the position coordinates of the piezoelectric transducer, in which the amplitude is 0.25 of the maximum amplitude of the reflected signal, and determine the height of lack of penetration by the formula:

где h - высота непровара;where h is the lack of penetration;

L₁, L₂ - координаты, на которых амплитуда принятого сигнала равна 0,25 амплитуды максимального сигнала от непровара;L ₁ , L ₂ - coordinates at which the amplitude of the received signal is equal to 0.25 of the amplitude of the maximum signal from lack of fusion;

d - диаметр ультразвукового пятна в изделии;d is the diameter of the ultrasonic spot in the product;

α - угол ввода ультразвуковых колебаний.α is the angle of entry of ultrasonic vibrations.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем.The specified set of features is new and has an inventive step.

Установление пьезопреобразователя наклонно к поверхности изделия таким образом, чтобы угол ввода ультразвуковых колебаний находился между первым и вторым критическим углом, позволяет достичь того, что в изделии распространяются только поперечные волны, что повышает чувствительность. В каждой точке сканирования фиксируют амплитуду отраженного сигнала и координату положения пьезопреобразователя (номер шага сканирования), по которым судят о наличии непровара.The installation of the piezoelectric transducer is inclined to the surface of the product so that the input angle of ultrasonic vibrations is between the first and second critical angle, it can be achieved that only transverse waves propagate in the product, which increases the sensitivity. At each scanning point, the amplitude of the reflected signal and the coordinate of the position of the piezoelectric transducer (the number of the scanning step) are recorded, which are used to judge the presence of lack of penetration.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.The invention is illustrated graphic materials.

На фиг.1 представлен график кривой амплитуды принятого сигнала от непровара в точках измерения с различными координатами.Figure 1 presents a graph of the curve of the amplitude of the received signal from lack of fusion at the measurement points with different coordinates.

На фиг.2 представлен чертеж аппаратурной реализации способа.Figure 2 presents a drawing of a hardware implementation of the method.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Используется фокусированный пьезопреобразователь с рабочей частотой f=30 МГц, диаметром пластины D=6 мм и фокусным расстоянием Fc=19 мм. Преобразователь устанавливается таким образом, что угол падения ультразвуковых колебаний составляет 30° (для изделия из циркония первый критический угол равен 19°, а второй критический угол равен 41°), поэтому в материале изделия, а именно - цирконии - угол ввода ультразвуковых колебаний α составляет ~49° и распространяется только поперечная волна колебаний. Диаметр ультразвукового пятна в изделии d≈0,15 мм. Пьезопреобразователь устанавливается в начальной точке сканирования, где гарантированно отсутствует непровар. Затем производится запуск генератора ультразвуковых импульсов. Так как непровар в данной точке сканирования отсутствует, то приемник ультразвуковых импульсов принимает сигнал, отраженный внутренней поверхностью изделия, и усиливает собственные шумы ультразвукового тракта. Затем сигнал с выхода приемника ультразвуковых импульсов поступает на аналого-цифровой преобразователь, преобразуется в цифровую форму и регистрируется в запоминающем устройстве вместе с координатой положения пьезопреобразователя для последующего определения уровня шумов. Далее пьезопреобразователь перемещается перпендикулярно сварному шву вдоль оси изделия на заданный шаг (заданием шага сканирования задается точность определения высоты непровара) и снова производится излучение и прием ультразвуковых колебаний, регистрация амплитуды сигнала на выходе приемника ультразвуковых колебаний и координаты положения пьезопреобразователя. После того как пьзопреобразователь в процессе сканирования достигает точки окончания зоны гарантированного отсутствия непровара, микропроцессор определяет уровень шумов как удвоенную максимальную амплитуду, зарегистрированную на выходе приемника ультразвуковых колебаний во всех точках сканирования. Далее пьезопреобразователь также перемещается с заданным шагом до конца зоны сканирования и в каждой точке происходит излучение и прием ультразвуковых колебаний, регистрация амплитуды сигнала на выходе приемника ультразвуковых колебаний и координаты пьезопреобразователя. В случае, если до конца зоны сканирования зарегистрированные амплитуды сигнала на выходе приемника ультразвуковых колебаний не превышают уровень шумов, принимается решение об отсутствии непровара. В случае, если зарегистрированные амплитуды сигнала на выходе приемника ультразвуковых колебаний превышают уровень шумов, определяется максимальная амплитуда сигнала, находятся координаты L1 и L2 и по формуле (1) определяется высота непровара.A focused piezoelectric transducer with an operating frequency of f = 30 MHz, a plate diameter of D = 6 mm and a focal length of Fc = 19 mm is used. The transducer is installed in such a way that the angle of incidence of ultrasonic vibrations is 30 ° (for a zirconium product, the first critical angle is 19 ° and the second critical angle is 41 °), therefore, in the material of the product, namely zirconium, the angle of entry of ultrasonic vibrations α is ~ 49 ° and only the transverse wave of oscillations propagates. The diameter of the ultrasonic spot in the product is d≈0.15 mm. The piezoelectric transducer is installed at the starting point of scanning, where it is guaranteed that there is no lack of penetration. Then the ultrasonic pulse generator is started. Since there is no lack of fusion at this scanning point, the ultrasonic pulse receiver receives a signal reflected by the inner surface of the product and amplifies the intrinsic noise of the ultrasonic tract. Then, the signal from the output of the ultrasonic pulse receiver is fed to an analog-to-digital converter, converted to digital form and recorded in the storage device along with the position coordinate of the piezoelectric transducer for subsequent determination of the noise level. Next, the piezoelectric transducer moves perpendicular to the weld along the axis of the product for a predetermined step (the accuracy of determining the lack of penetration is set by the scan step) and the radiation and reception of ultrasonic vibrations are performed again, the signal amplitude is recorded at the output of the ultrasonic vibrations receiver and the position coordinates of the piezoelectric transducer. After the piezoelectric transducer during the scanning process reaches the end point of the zone of guaranteed lack of lack of penetration, the microprocessor determines the noise level as the doubled maximum amplitude recorded at the output of the ultrasonic vibrations receiver at all scanning points. Next, the piezoelectric transducer also moves with a predetermined step to the end of the scanning zone and at each point there is radiation and reception of ultrasonic vibrations, registration of the signal amplitude at the output of the ultrasonic vibrations receiver and the coordinates of the piezoelectric transducer. If, until the end of the scanning zone, the recorded signal amplitudes at the output of the ultrasonic vibrations receiver do not exceed the noise level, a decision is made on the absence of lack of penetration. If the recorded signal amplitudes at the output of the ultrasonic vibrations receiver exceed the noise level, the maximum signal amplitude is determined, the coordinates L1 and L2 are found, and the lack of penetration is determined by formula (1).

Аппаратурная реализация способа осуществляется следующим образом.The hardware implementation of the method is as follows.

Устройство для измерения высоты непровара состоит из узла 1 загрузки-выгрузки, узла 2 зажима и вращения, узла 3 сканирования, содержащего каретку 4 с закрепленным на ней пьезопреобразователем 5, иммерсионной ванны 6, генератора 7 ультразвуковых импульсов, приемника 8 ультразвуковых импульсов, микропроцессора 9, аналого-цифрового преобразователя 10 и оперативного запоминающего устройства 11. Микропроцессор 9 соединен со всеми исполнительными механизмами и датчиками.A device for measuring the height of a lack of penetration consists of a loading and unloading unit 1, a clamping and rotating unit 2, a scanning unit 3 containing a carriage 4 with a piezoelectric transducer 5 fixed thereon, an immersion bath 6, an ultrasonic pulse generator 7, an ultrasonic pulse receiver 8, a microprocessor 9, analog-to-digital Converter 10 and random access memory 11. The microprocessor 9 is connected to all actuators and sensors.

Устройство для измерения высоты непровара работает следующим образом.A device for measuring the height of lack of penetration works as follows.

По сигналу с микропроцессора 9 изделие из узла 1 загрузки-выгрузки подается в иммерсионную ванну 6, где оно узлом 2 зажима и вращения зажимается. Далее сварной шов изделия сканируется пьезопреобразователем 5 узла 3 сканирования возвратно-поступательным перемещением каретки 4 и поворотом изделия с заданным шагом. В каждой точке контроля производится запуск генератора 7 ультразвуковых импульсов. Сигнал с выхода генератора 7 ультразвуковых импульсов поступает на пьезопреобразователь 5, который преобразует электрические импульсы в ультразвуковые и фокусирует их в зоне сварного шва. Отраженный ультразвуковой импульс принимается тем же пьезопреобразователем 5, преобразуется в электрический импульс и поступает на вход приемника 8.According to the signal from the microprocessor 9, the product from the loading-unloading unit 1 is supplied to the immersion bath 6, where it is clamped and rotated by the 2 unit. Next, the weld of the product is scanned by the piezoelectric transducer 5 of the scanning unit 3 by the reciprocating movement of the carriage 4 and the rotation of the product with a given step. At each control point, a generator of 7 ultrasonic pulses is launched. The signal from the output of the ultrasonic pulse generator 7 is fed to a piezoelectric transducer 5, which converts the electrical pulses into ultrasonic ones and focuses them in the weld zone. The reflected ultrasonic pulse is received by the same piezoelectric transducer 5, is converted into an electric pulse and is fed to the input of the receiver 8.

Преобразованный электрический импульс с выхода приемника 8 ультразвуковых импульсов поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10, где преобразуется в цифровую форму, и микропроцессор передает данные об амплитуде отраженного ультразвукового импульса и координате положения пьезопреобразователя (номер шага сканирования) в оперативное запоминающее устройство 11. После завершения одной строки сканирования (перемещения каретки от начала зоны шва до конца зоны шва) микропроцессор определяет уровень шумов в области гарантированного отсутствия непровара, максимальную амплитуду отраженного сигнала, превышающую уровень шумов, на этой строке, определяет координаты L1 и L2, как показано на фиг.1, и по формуле (1) производит вычисление высоты непровара на данной строке контроля. Если на данной строке контроля максимальная амплитуда не превышает уровень шумов, то делается заключение об отсутствии непровара на данной строке. После этого микропроцессор выдает команду на поворот узла зажима и вращения на заданный угол и выдает команду на сканирование следующей строки. По результатам измерения высоты непровара на всех строках сканирования микропроцессорная система принимает решение о годности изделия.The converted electrical pulse from the output of the receiver 8 of ultrasonic pulses is fed to the input of an analog-to-digital transducer 10, where it is converted to digital form, and the microprocessor transmits data about the amplitude of the reflected ultrasonic pulse and the position coordinate of the piezoelectric transducer (scan step number) to the random access memory 11. After completion one scan line (carriage movement from the beginning of the seam zone to the end of the seam zone) the microprocessor determines the noise level in the area with guarantee lack of lack of fusion, the maximum amplitude of the reflected signal greater than the noise level on this line determines the coordinates L1 and L2, as shown in Figure 1, and by the formula (1) calculates the height of incomplete penetration in a given control line. If on this control line the maximum amplitude does not exceed the noise level, then a conclusion is drawn about the absence of lack of fusion on this line. After that, the microprocessor issues a command to rotate the clamping and rotating unit by a predetermined angle and issues a command to scan the next line. Based on the results of measuring the lack of penetration on all scan lines, the microprocessor system decides on the suitability of the product.

Таким образом, применение способа измерения высоты непровара в сварных швах тонкостенных изделий позволяет повысить чувствительность при выявлении непровара высотой менее 0,15 мм и измерить высоту непровара менее 0,15 мм в тонкостенных изделиях с толщиной стенки менее 1 мм.Thus, the application of the method for measuring the lack of penetration in welds of thin-walled products allows to increase the sensitivity when detecting lack of penetration with a height of less than 0.15 mm and to measure the height of lack of penetration of less than 0.15 mm in thin-walled products with a wall thickness of less than 1 mm.

Claims

A method for measuring the lack of penetration in welds of thin-walled products, including discrete rotation of the product, reciprocating movement of the piezoelectric transducer focused on the inner surface of the product with simultaneous emission and reception of ultrasonic signals, fixing the amplitude of the reflected signal and the position coordinates of the piezoelectric transducer, characterized in that the piezoelectric transducer set at an angle to the product, determine the maximum amplitude of the reflected signal, determine the coordination you are the positions of the piezoelectric transducer, in which the amplitude is 0.25 of the maximum amplitude of the reflected signal, and you determine the height of the lack of penetration by the formula

where h is the lack of penetration;

L ₁ , L ₂ - coordinates at which the amplitude of the received signal is equal to 0.25 of the amplitude of the maximum signal from lack of fusion;

d is the diameter of the ultrasonic spot in the product;

α is the angle of entry of ultrasonic vibrations.