RU2662464C1 - Method for ultrasonic inspection - Google Patents
Method for ultrasonic inspection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662464C1 RU2662464C1 RU2017138765A RU2017138765A RU2662464C1 RU 2662464 C1 RU2662464 C1 RU 2662464C1 RU 2017138765 A RU2017138765 A RU 2017138765A RU 2017138765 A RU2017138765 A RU 2017138765A RU 2662464 C1 RU2662464 C1 RU 2662464C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- amplitude
- ultrasonic
- adaptive threshold
- zone
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 238000007689 inspection Methods 0.000 title abstract description 6
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 17
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 22
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля твердых тел и может использоваться при ультразвуковой дефектоскопии для обнаружения дефектов, преимущественно в рельсах железнодорожного транспорта и метрополитена, в том числе при высокоскоростном мобильном контроле.The invention relates to the field of non-destructive ultrasonic testing of solids and can be used for ultrasonic flaw detection to detect defects, mainly in rails of railway transport and the subway, including high-speed mobile inspection.
Известные способы ультразвукового контроля, например, рельсов, используют преимущественно эхо-импульсный метод и основаны, как правило, на первичном измерении амплитуды принятого сигнала (отраженного сигнала, эхо-сигнала) от дефекта или искусственного отражателя, выполненного в объекте контроля, и последующем измерении уровня шума в бездефектном объекте контроля (образце), после чего при наборе определенной статистики делают вывод о том, что при выявлении отражающего элемента определенных размеров будет обеспечиваться необходимое соотношение сигнал/шум с заданной вероятностью, при этом для задания необходимой (браковочной) чувствительности получают принятый сигнал от определенного отражающего элемента в стандартном образце (контрольного отражателя), а признаком обнаружения дефекта является получение принятого сигнала с амплитудой, превышающей заданный уровень, являющийся браковочным (Межгосударственный стандарт ГОСТ 18576-96. «Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые», Издательство стандартов. М., 2001). Однако динамический диапазон видимых сигналов, находящихся ниже стандартного уровня (половины высоты экрана дефектоскопа), зрительно ограничен, а добавление усиления (повышение чувствительности) в целях обнаружения малых дефектов не дает результата, поскольку возрастает вероятность ложной браковки. Например, применительно к сплошному контролю рельсов мобильными средствами, такая традиционная методика, заключающаяся в регистрации сигналов, превысивших порог, приводит к наличию непроконтролированных участков пути или только подозрениям на дефект, что вызывает необходимость повторного контроля. Поэтому такие способы недостаточно надежны и недостаточно достоверны.Known methods of ultrasonic testing, for example, rails, mainly use the echo-pulse method and are based, as a rule, on the primary measurement of the amplitude of the received signal (reflected signal, echo signal) from a defect or artificial reflector made in the control object, and subsequent level measurement noise in a defect-free control object (sample), after which, when collecting certain statistics, it is concluded that, if a reflecting element of certain sizes is detected, the necessary signal-to-noise ratio with a given probability, in order to set the required (rejection) sensitivity, a received signal is received from a certain reflecting element in a standard sample (control reflector), and a sign of defect detection is receiving a received signal with an amplitude exceeding a predetermined level, which is rejecting ( Interstate standard GOST 18576-96. "Non-destructive testing. Railroad rails. Ultrasonic methods", Standards Publishing House. M., 2001). However, the dynamic range of visible signals below the standard level (half the height of the flaw detector screen) is visually limited, and the addition of gain (increased sensitivity) in order to detect small defects does not give a result, since the probability of false rejection increases. For example, in relation to continuous monitoring of rails by mobile means, such a traditional technique, which consists in registering signals that have exceeded the threshold, leads to the presence of uncontrolled sections of the track or only to suspect a defect, which necessitates re-monitoring. Therefore, such methods are not reliable enough and not reliable enough.
Известен, например, способ ультразвукового контроля, при котором формируют зондирующий ультразвуковой импульс, зондируют исследуемый объект, принимают эхо-сигналы от дефектов исследуемого объекта, формируют временную характеристику чувствительности с учетом ослабления этих сигналов в рабочей зоне, при этом дополнительно выделяют временную зону за пределами рабочей зоны (зоны контроля), увеличивают чувствительность усилителя в этой зоне до уровня, позволяющего регистрировать шумовые сигналы, сравнивают амплитуды принятых сигналов с заранее установленными порогами и при превышении амплитудами этих сигналов порогового уровня принимают решение о их достоверности (RU 2270998 С2, 2005). Такой способ обладает теми же недостатками.For example, a method of ultrasonic testing is known, in which a probing ultrasonic pulse is generated, the object under investigation is probed, echo signals from defects of the object under investigation are received, a temporary sensitivity characteristic is formed taking into account the attenuation of these signals in the working area, while a time zone outside the working area is additionally allocated zone (control zone), increase the sensitivity of the amplifier in this zone to a level that allows you to register noise signals, compare the amplitudes of the received signals with predetermined thresholds and when the amplitudes exceed these threshold level signals, they decide on their reliability (RU 2270998 C2, 2005). This method has the same disadvantages.
Известен также, например, способ ультразвукового контроля, при котором размещают в заданной зоне сканирования ультразвуковой преобразователь и проводят операции контроля, включающие зондирование импульсами ультразвуковой частоты, регистрацию принятых сигналов посредством дефектоскопа с обеспечением их визуализации в виде амплитудно-временной развертки, выделение на ней соответствующей заданной зоне сканирования временной зоны (зоны селекции), задание критерия полезности сигнала в виде строб-импульса, уровень которого соответствует заданной чувствительности контроля, и анализ зарегистрированных в этой временной зоне принятых сигналов, перемещают ультразвуковой преобразователь в зоне сканирования и повторяют операции контроля (А.А.Марков, Д.А.Шпагин. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. Учебное пособие. «Образование-культура», Санкт-Петербург, 2008, с. 51-53, 88-100). В этом способе для задания критерия полезности сигнала используют строб-импульс в соответствии с заданной чувствительностью контроля, при которой может быть выявлен минимальный дефект. При этом дефектоскоп будет идентифицировать принятый сигнал как полезный, когда он попадает в выделенную временную зону и его уровень превышает уровень строб-импульса. Однако такой способ также недостаточно достоверен, что связано, в том числе, с зависимостью результатов контроля от качества акустического контакта с контролируемым объектом и влиянием субъективного фактора, например, при некорректной настройке. Например, при нарушении акустического контакта, когда наблюдается падение амплитуд как шумовых, так и полезных сигналов, вероятность пропуска дефекта значительно возрастает. Недостаток этого способа особенно проявляется при мобильном контроле рельсов. При этом потеря акустического контакта является неизбежным фактором, и существенное падение уровня отраженных сигналов приводит к пропуску дефектов в рельсе. Возможна противоположная ситуация, при которой происходит существенное возрастание амплитуд сигналов, приводящее к перебраковке. Таким образом, традиционная методика контроля, заключающаяся в принятии решения о браковке «сверху», снижает уровень достоверности результатов контроля.There is also known, for example, an ultrasonic inspection method in which an ultrasonic transducer is placed in a predetermined scanning area and monitoring operations are performed, including probing with ultrasonic frequency pulses, registering the received signals with a flaw detector and visualizing them in the form of an amplitude-time scan, highlighting the corresponding predetermined scanning zone of the time zone (selection zone), setting the criterion of signal usefulness in the form of a strobe pulse, the level of which corresponds to t of the given control sensitivity, and analysis of the received signals recorded in this time zone, move the ultrasonic transducer in the scanning zone and repeat the control operations (A.A. Markov, D.A. Shpagin. Ultrasonic inspection of rails. Training manual. "Education-culture" , St. Petersburg, 2008, p. 51-53, 88-100). In this method, to set the criterion of signal usefulness, a strobe pulse is used in accordance with a given control sensitivity at which a minimal defect can be detected. In this case, the flaw detector will identify the received signal as useful when it falls into the selected time zone and its level exceeds the level of the strobe pulse. However, this method is also not sufficiently reliable, which is connected, inter alia, with the dependence of the control results on the quality of acoustic contact with the controlled object and the influence of the subjective factor, for example, with incorrect settings. For example, if the acoustic contact is disturbed, when the amplitudes of both noise and useful signals fall, the probability of missing a defect increases significantly. The disadvantage of this method is especially evident in the mobile control of rails. In this case, the loss of acoustic contact is an inevitable factor, and a significant drop in the level of reflected signals leads to the passage of defects in the rail. The opposite situation is possible, in which there is a significant increase in the amplitudes of the signals, leading to rejection. Thus, the traditional control technique, which consists in deciding on rejection “from above,” reduces the level of reliability of the control results.
Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ ультразвукового контроля, при котором размещают в заданной зоне сканирования ультразвуковой преобразователь и проводят операции контроля, включающие зондирование импульсами ультразвуковой частоты, регистрацию принятых (отраженных) сигналов посредством дефектоскопа с обеспечением их визуализации в виде амплитудно-временной развертки, выделение на ней соответствующей заданной зоне сканирования временной зоны, апертуру которой выбирают из условия невхождения в нее зондирующего импульса, задание критерия полезности сигнала и анализ зарегистрированных в этой временной зоне принятых сигналов, включающий определение их амплитуд через заданный промежуток времени, перемещают ультразвуковой преобразователь в зоне сканирования и повторяют операции контроля (RU 2472143 С1, 2013). В этом способе в выделенной временной зоне определяют среднеарифметическое значение амплитуд принятых сигналов через задаваемый дефектоскопом шаг, амплитуды которых удовлетворяют условию непревышения разницы между динамическим диапазоном отображаемых на экране дефектоскопа сигналов и критерия квалификации сигнала как полезного, при этом в качестве критерия полезности сигнала выбирают превышение его амплитуды этого среднеарифметического значения не менее чем на 12 дБ. Это позволяет снизить зависимость результатов контроля от качества акустического контакта с контролируемым объектом и тем самым в определенной степени уменьшить вероятность пропуска дефектов. Однако в таком способе решение о браковке принимается по превышению уровня отраженного сигнала над уровнем шумов на определенную величину без учета динамики сигнала. Поэтому возможна ситуация, когда в зоне контроля присутствует значительное количество сигналов от конструктивных отражателей большой амплитуды, т.е. отражателей, связанных не с наличием дефектов, а с особенностями конструкции объекта контроля, либо сигналов большой амплитуды от возможного состояния поверхностей объекта контроля, являющихся дополнительными отражателями при использовании однократно и двукратно отраженных ультразвуковых колебаний. В этом случае рассчитанное по среднему арифметическому значение амплитуд сигналов будет принимать существенное значение, из-за чего возможна ситуация пропуска сигналов от дефектов, имеющих незначительную отражающую способность, а значит, незначительное превышение амплитудой уровня шума. В частности, при контроле рельсов такая ситуация будет складываться в зоне болтовых стыков и стыков, выполненных алюминотермитным способом ввиду большого количества отражателей, как то: болтовые отверстия; отверстия для приварки рельсовых соединителей; двугранные углы, образованные торцевой поверхностью рельса и различными поверхностями головки; облив сварного шва, а также при контроле рельсов, имеющих множественные поверхностные повреждения головки, либо более крупнозернистую структуру металла, либо существенные загрязнения.Of the known methods, the closest to the proposed method is an ultrasonic control method in which an ultrasonic transducer is placed in a specified scanning area and control operations are performed, including probing with ultrasonic frequency pulses, registration of received (reflected) signals by means of a flaw detector, ensuring their visualization in the form of an amplitude-time scan , highlighting on it the corresponding predetermined scanning zone of the time zone, the aperture of which is selected from the condition of non-inclusion in its sounding pulse, reference signal utility criterion and for the analysis in this time zone of the received signals, comprising the determination of their amplitude after a predetermined time interval, the ultrasonic transducer is moved in the scanning zone and repeat the control operations (RU 2472143 C1, 2013). In this method, in the selected time zone, the arithmetic mean value of the amplitudes of the received signals is determined through a step set by the flaw detector, the amplitudes of which satisfy the condition that the difference between the dynamic range of the signals displayed on the flaw detector screen and the criterion for qualifying the signal as useful not exceed the amplitude of the signal, the excess of its amplitude is selected this arithmetic mean value of not less than 12 dB. This allows you to reduce the dependence of the control results on the quality of acoustic contact with the controlled object and thereby to a certain extent reduce the likelihood of missing defects. However, in this method, a rejection decision is made when the reflected signal exceeds the noise level by a certain amount without taking into account the dynamics of the signal. Therefore, a situation is possible when in the control zone there is a significant number of signals from structural reflectors of large amplitude, i.e. reflectors associated not with the presence of defects, but with the structural features of the test object, or signals of large amplitude from the possible state of the surfaces of the test object, which are additional reflectors when using once and twice reflected ultrasonic vibrations. In this case, the arithmetic mean value of the amplitudes of the signals will take on a significant value, because of which there may be a situation of skipping signals from defects having a slight reflectivity, and therefore, a slight excess of the noise level by the amplitude. In particular, when monitoring rails, this situation will develop in the area of bolted joints and joints made by the aluminothermic method due to the large number of reflectors, such as: bolt holes; holes for welding rail connectors; dihedral angles formed by the end surface of the rail and various surfaces of the head; pouring of the weld, as well as in the control of rails having multiple surface damage to the head, or a coarser-grained metal structure, or significant contamination.
Техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в создании способа ультразвукового контроля, лишенного недостатков прототипа. Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности контроля.The technical problem solved by the invention is to create a method of ultrasonic testing, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result of the invention is to increase the reliability of control.
Это достигается тем, что в способе ультразвукового контроля, при котором размещают в заданной зоне сканирования ультразвуковой преобразователь и проводят операции контроля, включающие зондирование импульсами ультразвуковой частоты, регистрацию принятых сигналов посредством дефектоскопа с обеспечением их визуализации в виде амплитудно-временной развертки, выделение на ней соответствующей заданной зоне сканирования временной зоны, апертуру которой выбирают из условия невхождения в нее зондирующего импульса, задание критерия полезности сигнала и анализ зарегистрированных в этой временной зоне принятых сигналов, включающий определение их амплитуд через заданный промежуток времени, перемещают ультразвуковой преобразователь в зоне сканирования и повторяют операции контроля, в выделенной временной зоне формируют адаптивный порог на основе скорости нарастания переднего фронта принятого сигнала за заданный промежуток времени и прибавляемого к амплитуде шумового сигнала смещения, величины которых выбирают в зависимости от типа используемого ультразвукового преобразователя, а в качестве критерия полезности сигнала выбирают превышение амплитудой сигнала адаптивного порога при заданной скорости нарастания переднего фронта сигнала, при этом если приращение амплитуды за заданный промежуток времени больше заданного значения, адаптивный порог формируют из этого заданного значения, а если это приращение меньше заданного значения или равно ему, адаптивный порог считают полностью повторяющим форму сигнала и соответственно сигнал считают шумовым. Величину нарастания амплитуды сигнала могут выбирать равной значению не менее 6 дБ. Величину нарастания амплитуды сигнала могут выбирать за промежуток времени от 0,90 до 1,60 мкс в случае использования наклонных ультразвуковых преобразователей. Величину нарастания амплитуды сигнала могут выбирать за промежуток времени 0,10 до 0,85 мкс в случае использования прямых ультразвуковых преобразователей. Величину смещения могут выбирать от 6 до 14 дБ в случае использования ультразвуковых преобразователей с азимутальным разворотом с углом ввода от 55 до 60 и от 63 до 70 градусов. Величину смещения могут выбирать от 16 до 30 дБ в случае использования ультразвуковых преобразователей с углом ввода от 39 до 47 градусов, ультразвуковых преобразователей без азимутального разворота с углом ввода от 65 до 70 градусов и в случае раздельно-совмещенных прямых ультразвуковых преобразователей.This is achieved by the fact that in the method of ultrasonic testing, in which an ultrasonic transducer is placed in a predetermined scanning area and control operations are carried out, including sounding by pulses of ultrasonic frequency, registration of received signals by means of a flaw detector, ensuring their visualization in the form of an amplitude-time scan, highlighting the corresponding a given scanning zone of a time zone, the aperture of which is selected from the condition that the probe pulse is not included in it, setting the criterion is useful the signal bridge and analysis of the received signals recorded in this time zone, including determining their amplitudes after a specified period of time, move the ultrasound transducer in the scan zone and repeat the monitoring operations, adaptive threshold is formed in the selected time zone based on the rise rate of the leading edge of the received signal for a given period time and bias signal added to the amplitude, the values of which are selected depending on the type of ultrasonic transducer used developer, and as a criterion of signal usefulness, the signal amplitude is exceeded by the adaptive threshold at a given rise rate of the leading edge of the signal, if the amplitude increment for a given period of time is greater than a specified value, the adaptive threshold is formed from this specified value, and if this increment is less than a specified value or equal to it, the adaptive threshold is considered completely repeating the waveform and, accordingly, the signal is considered noise. The magnitude of the increase in the amplitude of the signal can be chosen equal to a value of at least 6 dB. The magnitude of the increase in signal amplitude can be selected over a period of time from 0.90 to 1.60 μs in the case of using inclined ultrasonic transducers. The magnitude of the increase in signal amplitude can be selected over a period of 0.10 to 0.85 μs in the case of using direct ultrasonic transducers. The offset value can be selected from 6 to 14 dB in the case of using ultrasonic transducers with an azimuthal turn with an input angle of 55 to 60 and from 63 to 70 degrees. The offset value can be selected from 16 to 30 dB in the case of using ultrasonic transducers with an input angle of 39 to 47 degrees, ultrasonic transducers without azimuthal rotation with an input angle of 65 to 70 degrees and in the case of separately combined direct ultrasonic transducers.
Указанный технический результат обеспечивается всей представленной в формуле изобретения совокупностью существенных признаков, каждый из которых необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата.The specified technical result is provided by the entire set of essential features presented in the claims, each of which is necessary, and together they are sufficient to solve the specified technical problem and to achieve the specified technical result.
Сущностью предложенного способа является формирование адаптивного порога на основе скорости нарастания переднего фронта сигнала (градиента скорости) за заданный промежуток времени и смещения, прибавляемого к амплитуде шумового сигнала, при этом решение о браковке принимается исходя из превышения амплитудой сигнала адаптивного порога при заданной скорости нарастания переднего фронта сигнала.The essence of the proposed method is the formation of an adaptive threshold based on the rate of rise of the leading edge of the signal (velocity gradient) for a given period of time and the bias added to the amplitude of the noise signal, the rejection decision being made based on the excess of the signal amplitude of the adaptive threshold at a given rate of rise of the leading edge signal.
В соответствии с предложенным способом выделяют в одном цикле излучения-приема ультразвукового, преимущественно пьезоэлектрического, преобразователя, установленного на контролируемый объект, временной зоны для формирования в ней адаптивного порога. Временную зону выбирают из временной апертуры исходя из условия, чтобы зондирующий импульс не входил в эту зону, поскольку вследствие значительной амплитуды он может внести существенную погрешность в результаты анализа зарегистрированных сигналов в выбранной временной зоне. Адаптивный порог формируют на основе скорости нарастания переднего фронта принятого сигнала за заданный промежуток времени и прибавляемого к амплитуде шумового сигнала смещения. Величину скорости нарастания переднего фронта и величину смещения выбирают в зависимости от типа используемого ультразвукового преобразователя. Например, наиболее часто используемые в дефектоскопии рельсов типы ультразвуковых преобразователей указаны в источнике - «Положение о системе неразрушающего контроля рельсов и эксплуатации средств рельсовой дефектоскопии в путевом хозяйстве железных дорог ОАО РЖД», ОАО РЖД, М., 2017. Величину нарастания амплитуды сигнала выбирают, например, равной значению не менее 6 дБ, установленному в качестве оптимального экспериментально на основе статистических данных. Это значение обусловлено требованиями выделения в качестве полезных сигналов, например, от конструктивных отражателей рельсов и практически всех дефектов рельсов. Поэтому, если у полученного сигнала за указанный промежуток времени нарастание амплитуды происходит на величину менее 6 дБ, сигнал можно отнести к шумовому. Величину нарастания амплитуды выбирают за промежуток времени от 0,90 до 1,60 мкс в случае использования наклонных ультразвуковых преобразователей и от 0,10 до 0,85 мкс в случае использования прямых ультразвуковых преобразователей. Указанные граничные значения промежутка времени для наклонных ультразвуковых преобразователей обусловлены нижеследующим. При выборе временного промежутка исходят из отношения длительности временной апертуры, определяемой контролируемой зоной, к количеству отсчетов, задаваемому аппаратно. Длительность же временной апертуры для наклонных ультразвуковых преобразователей связана с углом ввода ультразвукового преобразователя и его азимутального разворота, поскольку время, требуемое на прохождение одной и той же контролируемой зоны ультразвуковой волной существенно различается в зависимости от угла ввода и угла разворота. Указанную величину 0,90 мкс выбирают исходя из минимального угла ввода 39 градусов и минимального угла разворота 0 градусов, а величину 1,60 мкс - исходя из максимального угла ввода 70 градусов и максимального угла разворота 45 градусов. В случае использования прямых ультразвуковых преобразователей минимальный 0,10 мкс и максимальный 0,85 мкс промежуток времени выбирают в зависимости от различной протяженности контролируемых зон - минимальной 50 мм и максимальной 200 мм. Указанная связь значений промежутка времени, в котором выбирают величину нарастания амплитуды сигнала, с указанными параметрами установлена эмпирическим путем. Выбор граничных значений смещения обусловлен отношением амплитуд полезных сигналов и амплитуд шумовых сигналов, характерных для используемого ультразвукового преобразователя. Величину смещения выбирают, например, от 6 до 14 дБ в случае использования ультразвуковых преобразователей с азимутальным разворотом с углом ввода от 55 до 60 и от 63 до 70 градусов. Уровень акустического шума для таких ультразвуковых преобразователей высокий и обусловлен в основном особенностями технологии контроля, а именно - использованием однократно и двукратно отраженного луча, т.е. использованием дополнительных отражающих поверхностей, формирующих сигналы диффузного отражения существенной амплитуды. Уровень же амплитуд полезных сигналов, т.е. сигналов от дефектов, выявляемых такими ультразвуковыми преобразователями, достаточно низкий, в том числе в связи с низким уровнем ультразвуковой энергии, распространяющейся в сторону дефекта из-за больших потерь на диффузные отражения в результате переотражения. С учетом этого нижнюю границу диапазона величин смещения выбирают исходя из того, что при меньшей величине будет присутствовать нежелательная перебраковка, т.е. выделение сигналов, не связанных с наличием дефектов. Верхнюю границу этого диапазона выбирают из того, что при большей величине будет пропуск дефектов. Величину смещения выбирают, например, от 16 до 30 дБ в случае использования ультразвуковых преобразователей с углом ввода от 39 до 47 градусов, ультразвуковых преобразователей без азимутального поворота с углом ввода от 65 до 70 градусов и в случае использования раздельно-совмещенных прямых ультразвуковых преобразователей. Уровень акустического шума для таких типов ультразвуковых преобразователей достаточно низкий и обусловлен преимущественно рассеянием на границах зерен металла контролируемого объекта. Уровень же амплитуд полезных сигналов для таких ультразвуковых преобразователей достаточно высокий в связи с высоким уровнем ультразвуковой энергии, отраженной от дефектов, что обусловлено оптимальными условиями отражения. С учетом этого нижнюю границу диапазона величин смещения также выбирают исходя из того, что при меньшей величине для таких ультразвуковых преобразователей будет присутствовать нежелательная перебраковка, а верхнюю - из того, что при большей величине возможен пропуск дефектов. В качестве критерия полезности сигнала при анализе выбирают превышение амплитудой сигнала адаптивного порога при заданной скорости нарастания переднего фронта сигнала, при этом, если приращение амплитуды за заданный промежуток времени больше заданного значения, адаптивный порог формируют из этого заданного значения, а если это приращение меньше заданного значения или равно ему, адаптивный порог считают полностью повторяющим форму сигнала и соответственно сигнал считают шумовым. Повышение объективности контроля обусловлено тем, что при контроле учитывается динамика поведения принимаемого сигнала и обеспечивается оптимальная информативность о шумовом сигнале.In accordance with the proposed method, a time zone for forming an adaptive threshold in it is isolated in a single radiation-reception cycle of an ultrasonic, mainly piezoelectric, transducer mounted on a controlled object. The time zone is selected from the time aperture based on the condition that the probe pulse does not enter this zone, because, due to the significant amplitude, it can introduce a significant error into the results of the analysis of the recorded signals in the selected time zone. The adaptive threshold is formed on the basis of the rise rate of the leading edge of the received signal for a given period of time and the offset noise signal added to the amplitude. The value of the leading edge rise rate and the amount of displacement are selected depending on the type of ultrasonic transducer used. For example, the types of ultrasonic transducers most often used in rail flaw detection are indicated in the source - “Regulation on the system of non-destructive testing of rails and operation of rail flaw detection equipment in the track facilities of railways of Russian Railways OJSC, Russian Railways OJSC, M., 2017. The value of the increase in signal amplitude is selected, for example, equal to a value of at least 6 dB, set as optimal experimentally based on statistical data. This value is due to the requirements of separation as useful signals, for example, from structural reflectors of rails and almost all rail defects. Therefore, if the received signal for a specified period of time increases in amplitude by less than 6 dB, the signal can be attributed to noise. The magnitude of the increase in amplitude is selected over a period of time from 0.90 to 1.60 μs in the case of using inclined ultrasonic transducers and from 0.10 to 0.85 μs in the case of using direct ultrasonic transducers. The indicated boundary values of the time interval for inclined ultrasonic transducers are due to the following. When choosing a time period, one proceeds from the ratio of the duration of the time aperture, determined by the controlled zone, to the number of samples set in hardware. The duration of the temporary aperture for inclined ultrasonic transducers is related to the angle of entry of the ultrasonic transducer and its azimuthal turn, since the time required to pass the same controlled zone by the ultrasonic wave varies significantly depending on the input angle and the angle of rotation. The indicated value of 0.90 μs is selected based on the minimum input angle of 39 degrees and the minimum angle of rotation of 0 degrees, and the value of 1.60 μs is based on the maximum input angle of 70 degrees and the maximum angle of rotation of 45 degrees. In the case of using direct ultrasonic transducers, a minimum of 0.10 μs and a maximum of 0.85 μs, the time interval is selected depending on the different lengths of the controlled zones - a minimum of 50 mm and a maximum of 200 mm. The indicated relationship between the values of the time interval in which the magnitude of the increase in the signal amplitude is selected with the indicated parameters is established empirically. The choice of boundary displacement values is due to the ratio of the amplitudes of the useful signals and the amplitudes of the noise signals characteristic of the ultrasonic transducer used. The offset value is selected, for example, from 6 to 14 dB in the case of using ultrasonic transducers with an azimuthal turn with an input angle of 55 to 60 and from 63 to 70 degrees. The acoustic noise level for such ultrasonic transducers is high and is mainly due to the features of the control technology, namely, the use of a once and twice reflected beam, i.e. using additional reflective surfaces, forming signals of diffuse reflection of significant amplitude. The level of amplitudes of useful signals, i.e. signals from defects detected by such ultrasonic transducers are quite low, including due to the low level of ultrasonic energy propagating towards the defect due to large losses to diffuse reflections as a result of re-reflection. With this in mind, the lower limit of the range of displacement values is chosen based on the fact that an undesirable re-rejection will be present at a lower value, i.e. selection of signals not related to the presence of defects. The upper limit of this range is chosen from the fact that with a larger value there will be a skip of defects. The bias value is selected, for example, from 16 to 30 dB in the case of using ultrasonic transducers with an input angle of 39 to 47 degrees, ultrasonic transducers without azimuthal rotation with an input angle of 65 to 70 degrees and in the case of using separately combined direct ultrasonic transducers. The acoustic noise level for these types of ultrasonic transducers is quite low and is mainly due to scattering at the grain boundaries of the metal of the controlled object. The level of amplitudes of useful signals for such ultrasonic transducers is quite high due to the high level of ultrasonic energy reflected from defects, which is due to optimal reflection conditions. With this in mind, the lower limit of the range of displacement values is also chosen based on the fact that at a lower value for such ultrasonic transducers there will be an undesirable re-rejection, and the upper - from the fact that with a larger value, defect can be skipped. As a criterion of signal usefulness in the analysis, the amplitude of the signal is exceeded by the adaptive threshold at a given rate of rise of the leading edge of the signal, while if the amplitude increment for a given period of time is greater than a specified value, the adaptive threshold is formed from this specified value, and if this increment is less than a specified value or equal to it, the adaptive threshold is considered completely repeating the waveform and, accordingly, the signal is considered noise. Improving the objectivity of the control is due to the fact that the control takes into account the dynamics of the behavior of the received signal and ensures optimal information about the noise signal.
На фиг. 1 - фиг. 3 показаны амплитудно-временные развертки принятых сигналов, иллюстрирующие особенности предложенного способа, со следующими обозначениями: А - амплитуда сигналов, t - время, ΔА - приращение (изменение) амплитуды, Δt - заданный промежуток времени, G -заданное значение приращения амплитуды, S - смещение, прибавляемое к амплитуде шумового сигнала, Ап - адаптивный порог; 1 - сигнал, не удовлетворяющий критерию скорости нарастания переднего фронта, 2 -форма адаптивного порога при ΔA≤G или ΔA>G, 3 - полезный сигнал, 4 - форма адаптивного порога, сформированного исходя из заданного значения G и смещения S. Случай, когда адаптивный порог 1 повторяет форму шумового сигнала 2, отображен на фиг. 1. При этом приращение амплитуды ΔА в заданный промежуток времени Δt меньше заданного значения приращения амплитуды G (или равно ему). Амплитудно-временная развертка принятых сигналов на фиг. 2 иллюстрирует наличие полезного сигнала 3, удовлетворяющего условию скорости нарастания его переднего фронта, при этом приращение амплитуды ΔА в заданный промежуток времени Δt больше заданной величины G. На фиг. 3 отражено наличие полезного сигнала 3, удовлетворяющего условию превышения амплитудой сигнала А уровня, равного сумме уровня адаптивного порога Ап в данный момент времени t и величины смещения S. При этом сигнал считается удовлетворяющим этому условию, а адаптивный порог 4 формируется исходя из заданного значения G и смещения S.In FIG. 1 - FIG. Figure 3 shows the amplitude-time sweeps of the received signals, illustrating the features of the proposed method, with the following notation: A is the amplitude of the signals, t is time, ΔA is the increment (change) of the amplitude, Δt is the specified time interval, G is the set value of the increment of the amplitude, S is the offset added to the amplitude of the noise signal, And p - adaptive threshold; 1 - signal that does not meet the criterion of the rising edge rise rate, 2 - adaptive threshold form for ΔA≤G or ΔA> G, 3 - useful signal, 4 - adaptive threshold form, formed on the basis of a given value of G and bias S. Case when
Пример реализации. Для реализации предложенного способа использован снабженный соответствующим программным обеспечением дефектоскоп в составе скоростного вагона-дефектоскопа «СПРИНТЕР» (разработка АО «Фирма ТВЕМА», г. Москва). Испытания проводились на специализированном испытательном участке, а также действующем участке пути Москва - Нижний Новгород. До проезда в каждом канале дефектоскопа (для каждого ультразвукового преобразователя) устанавливались величины приращения скорости переднего фронта сигнала (величина G за промежуток времени Δt) и смещения S исходя из особенностей выявления дефектов рельсов. Искательные системы с ультразвуковыми преобразователями посредством пневматического механизма прижимались к поверхности катания рельса и приводилась в действие система подачи контактной жидкости. При движении вагона происходило сканирование рельса ультразвуковыми преобразователями, которые каждые 5 мм пути по сигналу контроллера излучали ультразвуковые волны в рельс. В процессе сканирования производился прием сигналов, отраженных от дефектов и от конструктивных отражателей рельса. В каждом цикле излучения-приема автоматически происходило формирование адаптивного порога в выделенной временной зоне по каждому каналу с учетом скорости нарастания переднего фронта сигнала. Сигналы, полученные в этой зоне, и имеющие амплитуду А, величина которой превышает уровень адаптивного порога Ап на разницу, заданную при подготовке к проезду для каждого канала, индицировалась записью на амплитудно-временной развертке. В результате анализа проезда на скорости до 140 км/час не зафиксированы случаи перебраковки, не зафиксировано также участков с потерей информации из-за локального снижения качества акустического контакта.Implementation example. To implement the proposed method, a flaw detector equipped with appropriate software was used as part of the SPRINTER high-speed flaw detector car (developed by TVEMA Firm, Moscow). The tests were carried out at a specialized test site, as well as the existing section of the Moscow-Nizhny Novgorod route. Prior to driving through each flaw detector channel (for each ultrasonic transducer), the increments of the signal leading edge velocity (value G for the time interval Δt) and the displacement S were established based on the features of detecting rail defects. Searched systems with ultrasonic transducers by means of a pneumatic mechanism were pressed against the rolling surface of the rail and the contact fluid supply system was activated. When the car moved, the rail was scanned by ultrasonic transducers, which every 5 mm of the path emitted ultrasonic waves into the rail by the signal of the controller. During the scanning process, signals reflected from defects and from structural reflectors of the rail were received. In each radiation-reception cycle, an adaptive threshold was automatically formed in the selected time zone for each channel, taking into account the rate of rise of the leading edge of the signal. The signals received in this zone, and having an amplitude A, the value of which exceeds the level of the adaptive threshold A p by the difference set in preparation for the passage for each channel, was indicated by recording on the amplitude-time sweep. As a result of the analysis of the passage at a speed of up to 140 km / h, there were no cases of rejection, no areas with loss of information due to a local decrease in the quality of acoustic contact were also recorded.
Способ ультразвукового контроля, реализуемый в соответствии с изобретением, обеспечивает повышение достоверности контроля по сравнению с другими аналогичными способами. Он может использоваться с высокой эксплуатационной эффективностью для ультразвуковой дефектоскопии различных объектов, в том числе рельсов. Особенно эффективно использование этого способа ультразвукового контроля в мобильных диагностических средствах железнодорожной инфраструктуры, позволяя надежно выявлять дефекты рельсов при высокой скорости передвижения таких диагностических средств. Это позволяет в свою очередь проводить диагностику рельсового пути, не прерывая штатные грузовые и пассажирские перевозки, включив мобильное диагностического средство, выполненное, например, в виде вагона-дефектоскопа, в соответствующий состав.The method of ultrasonic testing, implemented in accordance with the invention, provides increased reliability of control compared with other similar methods. It can be used with high operational efficiency for ultrasonic inspection of various objects, including rails. Especially effective is the use of this method of ultrasonic testing in mobile diagnostic tools of the railway infrastructure, allowing reliable detection of rail defects at a high speed of movement of such diagnostic tools. This, in turn, makes it possible to carry out rail track diagnostics without interrupting regular freight and passenger transportation, by including a mobile diagnostic tool, made, for example, in the form of a flaw detector car, in an appropriate composition.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138765A RU2662464C1 (en) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | Method for ultrasonic inspection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138765A RU2662464C1 (en) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | Method for ultrasonic inspection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2662464C1 true RU2662464C1 (en) | 2018-07-26 |
Family
ID=62981754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017138765A RU2662464C1 (en) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | Method for ultrasonic inspection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662464C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777298C1 (en) * | 2021-12-10 | 2022-08-02 | Акционерное общество "Фирма ТВЕМА" | Method for ultrasonic inspection of rails |
| CN115338380A (en) * | 2022-10-18 | 2022-11-15 | 天津宏镁科技有限公司 | Method and system for continuous casting of magnesium alloy |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1471152A (en) * | 1973-06-19 | 1977-04-21 | British Steel Corp | Testing of articles |
| SU1422132A1 (en) * | 1978-12-12 | 1988-09-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов | Method of ultrasonic echo-pulse check |
| SU1727050A1 (en) * | 1990-02-26 | 1992-04-15 | Производственное объединение "Уралвагонзавод" | Method of ultrasound inspection of articles and device to implement it |
| JPH09274020A (en) * | 1996-04-08 | 1997-10-21 | Nippon Steel Corp | Ultrasonic inspection of steel material |
| RU2191376C2 (en) * | 2000-02-25 | 2002-10-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method measuring sizes of defects in process of ultrasonic inspection of articles |
| RU2472143C1 (en) * | 2011-08-16 | 2013-01-10 | Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА" | Method of ultrasound control |
-
2017
- 2017-11-08 RU RU2017138765A patent/RU2662464C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1471152A (en) * | 1973-06-19 | 1977-04-21 | British Steel Corp | Testing of articles |
| SU1422132A1 (en) * | 1978-12-12 | 1988-09-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов | Method of ultrasonic echo-pulse check |
| SU1727050A1 (en) * | 1990-02-26 | 1992-04-15 | Производственное объединение "Уралвагонзавод" | Method of ultrasound inspection of articles and device to implement it |
| JPH09274020A (en) * | 1996-04-08 | 1997-10-21 | Nippon Steel Corp | Ultrasonic inspection of steel material |
| RU2191376C2 (en) * | 2000-02-25 | 2002-10-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method measuring sizes of defects in process of ultrasonic inspection of articles |
| RU2472143C1 (en) * | 2011-08-16 | 2013-01-10 | Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА" | Method of ultrasound control |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777298C1 (en) * | 2021-12-10 | 2022-08-02 | Акционерное общество "Фирма ТВЕМА" | Method for ultrasonic inspection of rails |
| CN115338380A (en) * | 2022-10-18 | 2022-11-15 | 天津宏镁科技有限公司 | Method and system for continuous casting of magnesium alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7516662B2 (en) | Detecting rail defects | |
| US20060266122A1 (en) | In-track wheel inspection system | |
| CN105973990B (en) | A kind of Incline Crack TOFD quantitative detecting method based on geometrical relationship | |
| CN107449829A (en) | A kind of butt weld Non-Destructive Testing acceptance method | |
| US4760737A (en) | Procedure for flaw detection in cast stainless steel | |
| RU2662464C1 (en) | Method for ultrasonic inspection | |
| CN113557429B (en) | Ultrasonic flaw detection method, ultrasonic flaw detection device, steel material manufacturing equipment, steel material manufacturing method, and steel material quality management method | |
| JPS60235054A (en) | Ultrasonic inspection method and device for bolt | |
| JP2009058238A (en) | Method and device for defect inspection | |
| RU2472143C1 (en) | Method of ultrasound control | |
| RU2621216C1 (en) | Intra tube method of ultrasonic testing of welds | |
| RU2394235C1 (en) | Method for ultrasonic inspection of welded joints of small-diametre pipes | |
| RU2573707C1 (en) | Welding quality control method | |
| Chang et al. | Development of non-contact air coupled ultrasonic testing system for reinforced concrete structure | |
| RU2739385C1 (en) | Soldered joints ultrasonic testing method | |
| RU2191376C2 (en) | Method measuring sizes of defects in process of ultrasonic inspection of articles | |
| Markov et al. | Evaluation of the Size and Type of Flaws in a Railhead | |
| Kenderian et al. | Laser-air hybrid ultrasonic technique for dynamic railroad inspection applications | |
| RU2436080C1 (en) | Method for rail base ultrasonic control | |
| RU2753810C1 (en) | Method for evaluating the performance of flaw detection equipment during high-speed inspection of rails | |
| RU2149393C1 (en) | Process of ultrasonic test of cylindrical articles | |
| RU2764571C1 (en) | Ultrasonic method for detecting and evaluating rail welded joints in high-speed inspection | |
| RU2787948C1 (en) | Method for mirror-shadow ultrasonic testing with an adaptive threshold level | |
| JP2018179751A (en) | Method and device for ultrasound inspection | |
| Ganhao | Sizing with time-of-flight diffraction |