RU2723368C1 - Ultrasonic inspection method of metal article defectiveness - Google Patents
Ultrasonic inspection method of metal article defectiveness Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723368C1 RU2723368C1 RU2019137309A RU2019137309A RU2723368C1 RU 2723368 C1 RU2723368 C1 RU 2723368C1 RU 2019137309 A RU2019137309 A RU 2019137309A RU 2019137309 A RU2019137309 A RU 2019137309A RU 2723368 C1 RU2723368 C1 RU 2723368C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic
- scanning
- control product
- product
- control
- Prior art date
Links
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 исследованию материалов с помощью ультразвуковых волн, а именно к дефектоскопии металлических изделий и может быть использовано в различных отраслях промышленности для обеспечения качества продукции.The invention relates to the study of materials using ultrasonic waves, namely to flaw detection of metal products and can be used in various industries to ensure product quality.
Известен способ ультразвуковой томографии плоских металлоконструкций [RU 2458342 C1, МПК G01N29/06 (2006.01), опубл. 10.08.2012] включающий в себя излучение ультразвуковых волн в изделие контроля и прием из него ультразвуковых сигналов с помощью антенной решетки, фиксацию ультразвуковых сигналов, принятых каждым элементом решетки при излучении ультразвукового сигнала независимо каждым ее элементом, и поточечное построение изображения внутренней структуры объекта путем выбора изо всех принятых реализаций тех фрагментов, времена задержки которых равны временам распространения ультразвуковых сигналов от излучающего элемента решетки к каждой визуализируемой точке объекта и от нее к приемному элементу, суммирования этих выбранных фрагментов для каждой точки изображения и записи результата суммирования. При известной толщине изделия контроля в результирующую сумму выбранных фрагментов реализации для каждой точки изображения дополнительно включают выборки фрагментов, времена задержек которых равны временам распространения ультразвуковых сигналов, переотраженных от донной и внешней поверхностей изделия контроля на траекториях от излучающего элемента решетки к данной визуализируемой точке объекта и от нее к приемному элементу.A known method of ultrasonic tomography of flat metal structures [RU 2458342 C1, IPC G01N29 / 06 (2006.01), publ. 08/10/2012] including the emission of ultrasonic waves into the control product and reception of ultrasonic signals from it using an antenna array, fixing the ultrasonic signals received by each element of the array when each ultrasonic signal is irradiated independently, and point-by-point imaging of the internal structure of the object by selecting from all accepted realizations of those fragments whose delay times are equal to the propagation times of ultrasonic signals from the radiating element of the lattice to each visualized point of the object and from it to the receiving element, summing these selected fragments for each image point and recording the result of summation. With the known thickness of the control product, the resulting sum of the selected implementation fragments for each image point additionally includes samples of fragments whose delay times are equal to the propagation times of ultrasonic signals reflected from the bottom and outer surfaces of the control product along the paths from the radiating element of the grating to this visualized point of the object and from her to the receiving element.
Однако дефект изделия контроля может находиться на большой глубине изделия, поэтому используемые в способе ультразвуковые сигналы сильно ослабляются, что ведет к искажению изображения дефекта в изделии контроля.However, the defect of the control product can be located at a great depth of the product, therefore, the ultrasonic signals used in the method are greatly attenuated, which leads to distortion of the image of the defect in the control product.
Известен способ ультразвуковой томографии [RU 2675217 C1, МПК G01N29/06 (2006.01), опубл. 17.12.2018], заключающийся в том, что излучение в изделие контроля и прием из него ультразвуковых сигналов, фиксацию ультразвуковых колебаний, производят с помощью антенной решетки. Выбирают из всех принятых реализаций тех фрагментов сигналов, времена задержки которых равны временам распространения ультразвуковых сигналов от пьезопреобразователей, работающих в режиме передачи, к каждой точке фокусировки ультразвукового сигнала в изделии контроля и от нее к пьезопреобразователям, работающим в режиме приема. Формируют матрицу сигналов, ряды которой параллельны линии контакта антенной решетки с изделием контроля.A known method of ultrasound tomography [RU 2675217 C1, IPC G01N29 / 06 (2006.01), publ. December 17, 2018], which consists in the fact that the radiation into the control product and the reception of ultrasonic signals from it, the fixation of ultrasonic vibrations, is performed using an antenna array. Choose from all accepted implementations of those signal fragments whose delay times are equal to the propagation times of ultrasonic signals from piezoelectric transducers operating in the transmission mode to each focus point of the ultrasonic signal in the control product and from it to piezoelectric transducers operating in the reception mode. A signal matrix is formed, the rows of which are parallel to the contact line of the antenna array with the control product.
Недостатком этого способа является неопределенность определения глубины нахождения точки фокусировки ультразвукового сигнала. Если глубина фокусировки велика, то это сопровождается сильным затуханием ультразвуковых сигналов, распространяющихся в точку контроля. Амплитуда таких сигналов уменьшается, что не позволяет точно определить положение и размеры дефекта в изделии контроля. В способе требуется соблюдение строгой параллельности линий контакта датчиков антенной решетки с изделием контроля, что ведет к дополнительным затратам времени контроля.The disadvantage of this method is the uncertainty in determining the depth of the focus point of the ultrasonic signal. If the focusing depth is large, then this is accompanied by a strong attenuation of the ultrasonic signals propagating to the control point. The amplitude of such signals decreases, which does not allow to accurately determine the position and size of the defect in the control product. The method requires compliance with strict parallelism of the contact lines of the sensors of the antenna array with the control product, which leads to additional costs of control time.
Известен способ ультразвукового контроля рельсов [RU 2692947 С2, МПК G01N29/27 (2006.01), G01N29/30 (2013.01), опубл. 28.06.2019], заключающийся в том, что с помощью набора ультразвуковых преобразователей двух многоканальных решеток из пьезоэлектрических элементов создают акустическое поле в иммерсионной жидкости иммерсионной ванны, в которую помещено изделие контроля. При этом линейные решетки пьезоэлектрических элементов расположены с четырех сторон от рельса и их положение строго регламентировано. При движении изделия контроля в локальной иммерсионной ванне осуществляют непрерывный ультразвуковой контроль. Обнаруженные несплошности маркируют с помощью устройства маркировки дефектных участков. A known method of ultrasonic monitoring of rails [RU 2692947 C2, IPC G01N29 / 27 (2006.01), G01N29 / 30 (2013.01), publ. 06/28/2019], which consists in the fact that using a set of ultrasonic transducers of two multichannel arrays of piezoelectric elements, an acoustic field is created in the immersion liquid of the immersion bath in which the control product is placed. In this case, the linear lattices of the piezoelectric elements are located on four sides of the rail and their position is strictly regulated. When the control product is moving in a local immersion bath, continuous ultrasonic testing is performed. Discovered discontinuities are marked with a defective marking device.
Такой способ является громоздким, требует большого числа пьезоэлектрических элементов и их строгого определенного расположения относительно изделия контроля. Это вызвано малой мощностью существующих пьезоэлектических элементов решетки, так как полезный сигнал становится слабым по амплитуде. Это не позволяет проводить полный ультразвуковой контроль с одной стороны изделия контроля и ведет к значительному усложнению способа.This method is cumbersome, requires a large number of piezoelectric elements and their strict defined location relative to the control product. This is caused by the low power of the existing piezoelectric lattice elements, since the useful signal becomes weak in amplitude. This does not allow for complete ultrasonic testing on one side of the control product and leads to a significant complication of the method.
Известен способ ультразвукового контроля металлических изделий [RU 2233443 C2, МПК G01N29/10 (2000.01), опубл. 27.07.2004], согласно которому сначала сканируют пьезопреобразователем помещенный в иммерсионную ванну стандартный образец с известными параметрами и толщиной стенки. В процессе сканирования излучают ультразвуковые сигналы генератором ультразвуковых импульсов, а приемником ультразвуковых сигналов – принимают, производят преобразование принятых ультразвуковых сигналов в цифровую форму, измеряют амплитуды принятых ультразвуковых сигналов, время распространения ультразвуковых сигналов между пьезопреобразователем и поверхностью стандартного образца, вычисляют расстояние от пьезопреобразователя до поверхности стандартного образца и определяют уровни разбраковки в каждой точке контроля. Данные об амплитуде принятых ультразвуковых сигналов и расстоянии между пьезопреобразователем и поверхностью стандартного образца сохраняют. С помощью второго пьезопреобразователя измеряют толщину стенки стандартного образца и сохраняют. Затем изделие контроля подают в иммерсионную ванну, где оно зажимается узлом зажима и вращения. Сварной шов изделия сканируют двумя пьезопреобразователями узла сканирования возвратно-поступательным перемещением каретки, где они закреплены, и поворотом изделия контроля с заданным шагом. В каждой точке контроля производят запуск генератора ультразвуковых сигналов, сигнал с выхода которого через коммутатор поступает на первый пьезопреобразователь, который преобразует электрические сигналов в ультразвуковые и фокусирует их в зоне сварного шва. Отраженный поверхностью изделия ультразвуковой сигнал принимается тем же пьезопреобразователем, преобразуется в электрический сигнал и поступает на вход приемника ультразвуковых сигналов. Преобразованный электрический сигнал с выхода приемника ультразвуковых сигналов поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, где преобразуется в цифровую форму, и микропроцессор определяет время распространения ультразвуковых сигналов между первым пьезопреобразователем и поверхностью изделия, вычисляет расстояние между первым пьезопреобразователем и поверхностью изделия и сравнивает это расстояние с настроечными данными, полученными по стандартному образцу. Если эти значения отличаются, то проводится корректировка усиления приемника ультразвуковых колебаний, затем опять производится зондирование данной точки сварного шва, амплитуда принятого сигнала преобразуется в цифровую форму и сравнивается с уровнем разбраковки, полученной по стандартному образцу. После этого микропроцессор производит переключение коммутатора для работы со вторым пьезопреобразователем для измерения толщины стенки и определяют время распространения ультразвуковых импульсов между вторым пьезопреобразователем и поверхностью изделия, вычисляют расстояние между вторым пьезопреобразователем и поверхностью изделия и сравнивают это расстояние с настроечными данными, полученными по стандартному образцу. Если эти значения отличаются, то проводится корректировка усиления приемника ультразвуковых импульсов, затем опять производят зондирование толщины оболочки, непосредственно прилегающей к сварному шву, амплитуду принятого сигнала преобразуют в цифровую форму и сравнивают с уровнем разбраковки, полученным при настройке установки по стандартному образцу. По результатам сравнения всех точек контроля принимают решение о годности изделия по сварному шву и толщине стенки.A known method of ultrasonic testing of metal products [RU 2233443 C2, IPC G01N29 / 10 (2000.01), publ. July 27, 2004], according to which a standard sample with known parameters and wall thickness is scanned with a piezoelectric transducer first placed in an immersion bath. During the scanning process, ultrasonic signals are emitted by the ultrasonic pulse generator, and the ultrasonic signal receiver is received, the received ultrasound signals are converted to digital form, the amplitudes of the received ultrasonic signals are measured, the propagation time of the ultrasonic signals between the piezoelectric transducer and the surface of the standard sample, the distance from the piezoelectric transducer to the surface of the standard is calculated sample and determine the grading levels at each control point. The data on the amplitude of the received ultrasonic signals and the distance between the piezoelectric transducer and the surface of the standard sample are stored. Using the second piezoelectric transducer, the wall thickness of the standard sample is measured and stored. Then the control product is fed into the immersion bath, where it is clamped by the clamping and rotation unit. The weld of the product is scanned by two piezoelectric transducers of the scanning unit by reciprocating movement of the carriage, where they are fixed, and by turning the control product with a given step. At each control point, the ultrasonic signal generator is started, the signal from the output of which through the switch goes to the first piezoelectric transducer, which converts the electrical signals into ultrasonic ones and focuses them in the weld zone. The ultrasonic signal reflected by the surface of the product is received by the same piezoelectric transducer, converted into an electrical signal and fed to the input of the ultrasonic signal receiver. The converted electrical signal from the output of the ultrasonic signal receiver is fed to the input of an analog-to-digital converter, where it is converted to digital form, and the microprocessor determines the propagation time of the ultrasonic signals between the first piezoelectric transducer and the surface of the product, calculates the distance between the first piezoelectric transducer and the surface of the product and compares this distance with the tuning data obtained from a standard sample. If these values differ, then the gain of the receiver of ultrasonic vibrations is adjusted, then a given point of the weld is probed again, the amplitude of the received signal is converted to digital form and compared with the level of sorting obtained according to the standard sample. After that, the microprocessor switches the switch to work with the second piezoelectric transducer for measuring wall thickness and determines the propagation time of ultrasonic pulses between the second piezoelectric transducer and the surface of the product, calculates the distance between the second piezoelectric transducer and the surface of the product and compares this distance with the tuning data obtained from the standard sample. If these values differ, then the gain of the receiver of ultrasonic pulses is adjusted, then the thickness of the shell immediately adjacent to the weld is again probed, the amplitude of the received signal is converted into digital form and compared with the level of rejection obtained when setting up the installation according to a standard sample. Based on the results of comparison of all control points, a decision is made on the suitability of the product for the weld and wall thickness.
При использовании этого способа необходимо иметь стандартный образец, а точность измерения времени распространения существенно зависит от степени затухания ультразвуковых сигналов. В случае толстостенных изделий затухание возрастает и точность измерений размеров дефектов и их положения в изделии контроля ухудшается.When using this method, it is necessary to have a standard sample, and the accuracy of measuring the propagation time substantially depends on the degree of attenuation of ultrasonic signals. In the case of thick-walled products, the attenuation increases and the accuracy of measuring the size of defects and their position in the control product deteriorates.
Известен способ ультразвукового контроля изделий по ультразвуковым изображениям [RU 2256172 C2, МПК G01N29/04 (2000.01), опубл. 07.10.2005], заключающийся в том, что изделие контроля сканируют ультразвуковым пучком по профилю изделия. Регистрируют эхо-сигналы от изделия контроля, обрабатывают данные на компьютере и получают на дисплее двумерные ультразвуковые изображения. Контролируемую зону изделия программно селектируют по времени пробега ультразвуковых сигналов на слои, анализируют на компьютере комбинации сигналов от каждого слоя и преобразуют их соответственно в цветовые коды, реконструируемые в ультразвуковые изображения, передаваемые на дисплей.A known method of ultrasonic testing of products according to ultrasound images [RU 2256172 C2, IPC G01N29 / 04 (2000.01), publ. 10/07/2005], which consists in the fact that the control product is scanned with an ultrasonic beam along the profile of the product. Register the echo signals from the control product, process the data on a computer and receive on the display two-dimensional ultrasound images. The controlled zone of the product is programmatically selected according to the travel time of the ultrasonic signals into layers, the combinations of signals from each layer are analyzed on a computer and converted accordingly into color codes reconstructed into ultrasound images transmitted to the display.
Этот способ не обеспечивает точных результатов, так как существующие источники ультразвуковых волн имеют малую мощность. На ультразвуковые спектры принятых ультразвуковых волн, из-за малой мощности, и условий контакта ультразвукового преобразователя с поверхностью накладываются явления интерференции и дифракции упругих волн в материале. Ультразвуковые волны, проходя материал на большую глубину, в силу малой мощности известных источников ультразвуковых волн, подвергаются большому искажению. При этом ухудшается фокусировка ультразвуковых волн, что приводит к снижению качества двумерных изображений слоев внутренней структуры дефекта, из которых впоследствии формируется объёмное трехмерное изображение дефекта изделия контроля. Большая апертура источников излучения затрудняет проведение автоматизированной ультразвуковой томографии. Небольшое изменение толщины изделия приводит к значительному увеличению погрешности определения дефекта, его величины и положения в изделии контроля. Изображение, полученное с помощью секторного сканирования, содержит большое число перекрестных помех, что препятствует точному определению положения дефектов в изделии контроля. Помехи вызваны шумами, а также искажениями, вызванными электронной схемой ультразвукового преобразователя. Перекрестные помехи «затеняют» большую площадь сканирования, а пиковые значения помех существенно превышают полезный сигнал, отраженный от дефекта. Этот способ не может быть использован для контроля изделий большой толщины. This method does not provide accurate results, since existing sources of ultrasonic waves have low power. Due to the low power and contact conditions of the ultrasonic transducer with the surface, the phenomena of interference and diffraction of elastic waves in the material are superimposed on the ultrasonic spectra of the received ultrasonic waves. Ultrasonic waves, passing the material to great depths, due to the low power of known sources of ultrasonic waves, are subjected to great distortion. In this case, the focusing of ultrasonic waves is worsened, which leads to a decrease in the quality of two-dimensional images of the layers of the internal structure of the defect, from which a three-dimensional three-dimensional image of the defect of the control product is subsequently formed. A large aperture of radiation sources makes automated ultrasound tomography difficult. A small change in the thickness of the product leads to a significant increase in the error in determining the defect, its size and position in the control product. The image obtained by sector scanning contains a large number of crosstalk, which prevents accurate determination of the position of defects in the control product. Interference is caused by noise as well as distortion caused by the electronic circuitry of the ultrasonic transducer. Crosstalk “obscures” a large scanning area, and peak interference values significantly exceed the useful signal reflected from the defect. This method cannot be used to control products of large thickness.
Известен способ ультразвукового контроля металлических изделий с неровными поверхностями [п.п. 10, 13, 15 ф-лы RU 2381497 С2, МПК G01N29/04 (2000.01), опубл. 10.02.2010], включающий этапы, на которых: обеспечивают жидкое связующее (воду) толщиной в несколько длин волн ультразвука между изделием и ультразвуковым преобразователем с многоэлементной акустической решеткой, измеряют двумерный профиль поверхности изделия как функцию кодированного положения ультразвукового зонда, используя ультразвуковой метод. Включают поочередно каждый отдельный элемент ультразвукового преобразователя одновременно с измерением двумерного профиля поверхности изделия контроля. Регистрируют отраженные ультразвуковые колебания для каждого отдельного элемента ультразвукового преобразователя. Рассчитывают параметры обработки сигнала на основе измеренного профиля поверхности, как функцию кодированного положения ультразвукового зонда, для устранения искажения ультразвукового луча. Обрабатывают собранный массив данных от каждого отдельного элемента преобразователя, используя вновь рассчитанные параметры сигнала, для коррекции неровностей поверхности детали. Во время этапа обработки собранного массива данных используют методику фокусирования с синтезированной апертурой.A known method of ultrasonic testing of metal products with uneven surfaces [p. 10, 13, 15 files RU 2381497 C2, IPC G01N29 / 04 (2000.01), publ. 02/10/2010], which includes stages in which: a liquid binder (water) with a thickness of several ultrasound waves is provided between the product and the ultrasonic transducer with a multi-element acoustic array, the two-dimensional surface profile of the product is measured as a function of the encoded position of the ultrasonic probe using the ultrasonic method. Alternately, each individual element of the ultrasonic transducer is switched on simultaneously with the measurement of the two-dimensional surface profile of the control product. The reflected ultrasonic vibrations are recorded for each individual element of the ultrasonic transducer. The signal processing parameters are calculated based on the measured surface profile as a function of the encoded position of the ultrasonic probe to eliminate the distortion of the ultrasound beam. The collected array of data from each individual element of the converter is processed using the newly calculated signal parameters to correct unevenness of the surface of the part. During the processing stage of the collected data array, a synthesized aperture focusing technique is used.
Ультразвуковая волна ультразвукового преобразователя, проходя толстый слой изделия контроля, быстро затухает вследствие потери энергии. Амплитуда ультразвуковой волны уменьшается и становится сравнимой с амплитудой помех. Это порождает потерю точности измерений. The ultrasonic wave of the ultrasonic transducer, passing through a thick layer of the control product, quickly attenuates due to energy loss. The amplitude of the ultrasonic wave decreases and becomes comparable with the amplitude of the interference. This causes a loss of measurement accuracy.
В условиях искажения сигналов нельзя точно определить величину, как прошедшего через изделие ультразвукового сигнала, так и отраженного ультразвукового сигнала от внутреннего объёма изделия. Under conditions of signal distortion, it is impossible to accurately determine the value of both the ultrasonic signal transmitted through the product and the reflected ultrasonic signal from the internal volume of the product.
Известен способ ультразвукового контроля изделий и материалов [RU 2179313 C2, МПК G01N29/06 (2000.01), G01N29/04 (2000.01), опубл. 10.02.2002], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что изделие контроля помещают в ванну с водой и сканируют ультразвуковым преобразователем по профилю изделия при возвратно-поступательном движении преобразователя поперек области контроля, например, сварного шва и перемещении изделия вдоль и внутри ванны. Регистрируют амплитуды и координаты ультразвуковых эхо-сигналов. Обрабатывают данные на компьютере и получают на дисплее двумерные ультразвуковые изображения при B- и C- сканировании. Не менее трех изображений, образующих группу, получаемую при B- сканировании, суммируют в одно изображение. При наличии в нем дефекта, «полистно» просматривают все ультразвуковые изображения этой группы, по которым оценивают размеры дефекта.A known method of ultrasonic testing of products and materials [RU 2179313 C2, IPC G01N29 / 06 (2000.01), G01N29 / 04 (2000.01), publ. 02/10/2002], selected as a prototype, which consists in the fact that the control product is placed in a bath with water and scanned by an ultrasonic transducer along the product profile during the reciprocating movement of the transducer across the control region, for example, a weld and moving the product along and inside the bath . The amplitudes and coordinates of the ultrasonic echo signals are recorded. They process the data on a computer and get two-dimensional ultrasound images on the display during B and C scans. At least three images forming the group obtained by B-scanning are summed into one image. If there is a defect in it, “leaf through” all ultrasonic images of this group are scanned, by which the size of the defect is estimated.
Способ основан на определении координат отражающих точек дефекта в изделии контроля и измерении амплитуд отраженных и пропущенных ультразвуковых волн/сигналов. Однако если дефект находится на большой глубине изделия контроля, то амплитуда отраженного сигнала значительно уменьшается и расширяется по форме в результате затухания ультразвукового сигнала. Отношение полезный сигнал/шум становится малым по величине, а величина амплитуды отраженного сигнала, если она мала по величине, зависит от геометрической формы дефекта и его ориентации в изделии контроля. The method is based on determining the coordinates of the reflecting defect points in the control product and measuring the amplitudes of the reflected and transmitted ultrasonic waves / signals. However, if the defect is located at a great depth of the control product, then the amplitude of the reflected signal decreases significantly and expands in shape as a result of attenuation of the ultrasonic signal. The useful signal-to-noise ratio becomes small in magnitude, and the magnitude of the amplitude of the reflected signal, if small in magnitude, depends on the geometric shape of the defect and its orientation in the control product.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа контроля дефектности металлических изделий, позволяющего реализовать ультразвуковой контроль изделий с глубоким залеганием дефектов, выявить дефект, его величину и место расположения в реальном режиме времени. The technical result of the invention is the creation of a method for controlling the defectiveness of metal products, which allows for ultrasonic testing of products with a deep occurrence of defects, to identify a defect, its size and location in real time.
Способ ультразвукового контроля дефектности металлического изделия, также как в прототипе, включает размещение изделия контроля в иммерсионной ванне, сканирование изделия ультразвуковыми сигналами при возвратно-поступательном перемещении ультразвукового датчика в иммерсионной жидкости над изделием контроля поперек области контроля, регистрацию амплитуды и координаты ультразвуковых эхо-сигналов, обработку данных на компьютере и получение на дисплее двумерных ультразвуковых изображений при B- и C-сканировании изображений, образующих группу, получаемую при B-сканировании, суммируют их в одно изображение, при наличии в изделии дефекта, «полистно» просматривают все ультразвуковые изображения этой группы, по которым оценивают размеры дефекта.The method of ultrasonic control of the defectiveness of a metal product, as in the prototype, includes placing the control product in an immersion bath, scanning the product with ultrasonic signals during the reciprocating movement of the ultrasonic sensor in the immersion liquid over the control product across the control area, recording the amplitude and coordinates of the ultrasonic echo signals, processing data on a computer and receiving on the display two-dimensional ultrasound images during B- and C-scanning of images that form the group obtained by B-scanning, summarize them into one image, if there is a defect in the product, all the ultrasound images of this group are scanned by which the size of the defect is estimated.
Согласно изобретению сканируют изделие контроля ультразвуковыми сигналами от датчиков линейной фазированной антенной решетки через зонную пластинку из полилактида с продольными прямоугольными отверстиями, которую прикрепляют перед датчиками, предварительно изготовив с помощью 3D-принтера, определив её толщину t h и размеры зон l n из выражения:According to the invention, the product is scanned. ultrasonic signals from the sensors of the linear phased antenna array through the zone plate of polylactide with longitudinal rectangular holes, which is attached in front of the sensors, pre-made using a 3D printer, determining its thicknesst h and zone sizesl n from the expression:
где n – номер зоны зонной пластинки;where n is the zone number of the zone plate;
F L – глубина фокусировки ультразвуковых волн в плоскости пассивной апертуры датчиков фазированной антенной решетки: F L - the depth of focus of ultrasonic waves in the plane of the passive aperture of the sensors of the phased antenna array:
где L – толщина слоя иммерсионной жидкости между изделием контроля и фазированной антенной решеткой; where L is the thickness of the layer of immersion liquid between the control product and the phased antenna array;
F M – заданная глубина фокусировки ультразвуковых волн в изделии контроля; F M - a given depth of focus of ultrasonic waves in the control product;
с1 – скорость распространения ультразвуковых волн в изделии контроля;with 1 - the propagation velocity of ultrasonic waves in the control product;
с 2 – скорость распространения ультразвуковых волн в иммерсионной жидкости. with 2 - the speed of propagation of ultrasonic waves in the immersion fluid.
Шаг сканирования вдоль активной ΔХ и вдоль пассивной апертуры ΔУ фазированной антенной решетки составляет не более 1 мм. Определяют количество шагов сканирования N x и N y по осям Х и У и количество цифровых отсчетов Nz в одном ультразвуковом сигнале в каждой точке сканирования и формируют матрицу значений A (Nz, Nх, Nу), на основе которой визуализируют изображение внутреннего дефекта изделия контроля.The scanning step along the active ΔX and along the passive aperture ΔY of the phased antenna array is not more than 1 mm. Determine the number of scan stepsN x andN y by axlesX andAt and the number of digital samples Nz in one ultrasonic signal at each scanning point and form a matrix of values A (NzNx,Well), on the basis of which the image of the internal defect of the control product is visualized.
Толщину зонной пластинки t h определяют из выражения:The thickness of the zone plate t h is determined from the expression:
где 
Количество шагов сканирования Nx и Ny по осям Х и У определяют по формулам The number of scanning steps Nx and Ny along the X and Y axes is determined by the formulas
Nx = Lx/ΔХ; Nx = Lx / ΔX;
Ny = Ly/ΔY, Ny = Ly / ΔY,
где Lx – размер области сканирования изделия контроля по оси Х; where Lx is the size of the scan area of the control product along the X axis;
Ly – размер области сканирования изделия контроля по оси У. Ly is the size of the scan area of the control product along the Y axis.
Количество цифровых отсчетов N z в одном ультразвуковом сигнале в каждой точке сканирования определяют по формуле:The number of digital samples N z in one ultrasonic signal at each scanning point is determined by the formula:
где L z – расстояние по оси Z от верхней поверхности изделия контроля до точки сканирования;where L z is the distance along the Z axis from the upper surface of the control product to the scan point;
f s – частота оцифровки ультразвукового сигнала датчика фазированной антенной решетки. f s is the frequency of digitization of the ultrasonic signal of the phased array antenna sensor.
Предложенное использование зонной пластинки позволяет концентрировать и фокусировать энергию ультразвуковых волн на заданной глубине изделия контроля за счет физического эффекта концентрации энергии любого излучения с помощью зон Френеля. Так как размер зон зонной пластинки влияет на глубину фокусировки ультразвуковых волн, то для оперативного контроля на нужной глубине в конкретных точках изделия контроля зонную пластинку других размеров можно быстро изготовить и заменить. Быстрое изготовление зонных пластинок нужного размера по толщине и величине зон осуществляют на 3D-принтере. Используемый для изготовления зонной пластинки материал - полилактид обладает необходимыми характеристиками для усиления ультразвуковых волн, и возможностью быстрого изготовления методом печати на 3D-принтере [Шкуро А. Е., Кривоногов П. С. Технологии и материалы 3D-печати. – 2017. - С. 25-27]. The proposed use of the zone plate allows you to concentrate and focus the energy of ultrasonic waves at a given depth of the control product due to the physical effect of the concentration of energy of any radiation using Fresnel zones. Since the size of the zones of the zone plate affects the depth of focus of the ultrasonic waves, for the operational control at the required depth at specific points of the control product, a zone plate of other sizes can be quickly manufactured and replaced. Quick production of zone plates of the desired size in thickness and size of the zones is carried out on a 3D printer. The material used for the manufacture of the zone plate, polylactide, has the necessary characteristics for amplifying ultrasonic waves, and the ability to quickly manufacture by printing on a 3D printer [Shkuro A. E., Krivonogov P. S. Technologies and materials for 3D printing. - 2017. - S. 25-27].
Высокое соотношение сигнал/шум обеспечивается использованием зонной пластинки, так как её размеры зависят от длины ультразвуковой волны в изделии контроля, иммерсионной среды и координат точек, в которых осуществляется концентрация энергии ультразвуковых волн в изделии контроля. Амплитуда ультразвуковых волн при использовании зонной пластинки становится более узкой и большей по величине [Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 1980. - С. 272]. Ультразвуковые волны, усиленные зонной пластинкой, проникают на большую глубину, что позволяет получать более четкую картину дефекта в толстостенных изделиях, например, трубах высокого давления. A high signal to noise ratio is ensured by using a zone plate, since its dimensions depend on the length of the ultrasonic wave in the control product, the immersion medium and the coordinates of the points at which the energy concentration of ultrasonic waves in the control product is carried out. The amplitude of ultrasonic waves when using a zone plate becomes narrower and larger in size [D.V. Sivukhin. General physics course. Optics. - M .: Nauka, 1980. - S. 272]. Ultrasonic waves amplified by the zone plate penetrate to a greater depth, which allows a clearer picture of the defect in thick-walled products, for example, high-pressure pipes.
Предложенная последовательность действий позволила исключить погрешность измерения дефектности металлических изделий большой толщины и упростить процедуру контроля изделий.The proposed sequence of actions allowed us to eliminate the error in measuring the defectiveness of metal products of large thickness and simplify the procedure for monitoring products.
На фиг. 1 показана блок-схема установки для ультразвукового контроля дефектности металлического изделия.In FIG. 1 shows a block diagram of an apparatus for ultrasonic inspection of a defective metal product.
На фиг. 2 показан узел сканирования.In FIG. 2 shows a scan assembly.
На фиг. 3 представлен внешний вид фазированной антенной решётки.In FIG. 3 shows the appearance of a phased array antenna.
На фиг. 4 представлен корпус дискового затвора трубопровода ДУ 300 (отливка из стали).In FIG. 4 shows the case of a disk shutter of the DU 300 pipeline (steel casting).
На фиг. 5 представлены размеры изделия контроля - пластинки, вырезанной из фланца корпуса дискового затвора трубопровода, показанного на фиг. 3.In FIG. 5 shows the dimensions of the control product — a plate cut from the flange of the casing of the disk shutter of the pipeline shown in FIG. 3.
На фиг. 6 показан внешний вид изготовленной на 3D-принтере зонной пластинки с указанием размеров зон l 1 ; l 2 ; l 3 ; l 4 .In FIG. 6 shows the appearance of a 3D printer zone plate indicating zone sizesl 1 ; l 2 ; l 3 ; l 4 .
На фиг. 7 представлен внешний вид фазированной антенной решётки с прикрепленной к ней зонной пластинкой.In FIG. 7 shows the appearance of a phased array antenna with a zone plate attached to it.
На фиг. 8 показаны траектория и шаг сканирования изделия контроля. In FIG. 8 shows the trajectory and scanning step of the control product.
На фиг. 9 показаны активная Q и пассивная апертуры Р фазированной антенной решетки и размер S ультразвукового датчика. In FIG. 9 shows the active Q and passive apertures P of the phased array antenna and the size S of the ultrasonic sensor.
На фиг. 10 представлены изображения дефектов изделия контроля, полученные без использования зонной пластинки (вверху В-скан, внизу С-скан).In FIG. 10 shows images of defects in the control product obtained without the use of a zone plate (above the B-scan, below the C-scan).
На фиг. 11 представлены изображения дефектов изделия контроля, полученные при использовании зонной пластинки (вверху В-скан, внизу С-скан).In FIG. 11 shows the images of defects in the control product obtained using the zone plate (above the B-scan, below the C-scan).
На фиг. 12 представлено компьютерное изображение пластинки с обнаруженными дефектами, расположенными на разных глубинах. In FIG. 12 is a computer image of a plate with detected defects located at different depths.
На фиг. 13 показано полученное изменение амплитуды ультразвукового сигнала при сканировании по оси Х, где кривая 1 – при использовании зонной пластинки, кривая 2 – без использования зонной пластинки. In FIG. 13 shows the obtained change in the amplitude of the ultrasonic signal during scanning along the X axis, where
На фиг. 14 представлена амплитуда ультразвукового сигнала по оси сканирования Y (дефект в изделии контроля на глубине 15 мм), где кривая 1 - при использовании зонной пластинки и кривая 2 - без использования зонной пластинки.In FIG. Figure 14 shows the amplitude of the ultrasonic signal along the scanning axis Y (defect in the control product at a depth of 15 mm), where
На фиг. 15 представлена амплитуда ультразвукового сигнала по оси сканирования Y (дефект в изделии контроля на глубине 20 мм), где кривая 1 - при использовании зонной пластинки и кривая 2 - без использования зонной пластинки.In FIG. Figure 15 shows the amplitude of the ultrasonic signal along the scanning axis Y (defect in the control product at a depth of 20 mm), where
На фиг. 16 представлена амплитуда ультразвукового сигнала по оси сканирования Y (дефект на глубине 25 мм), где кривая 1 - при использовании зонной пластинки и кривая 2 - без использования зонной пластинки. In FIG. 16 shows the amplitude of the ultrasonic signal along the scanning axis Y (defect at a depth of 25 mm), where
Установка для ультразвукового контроля дефектности металлического изделия содержит иммерсионную ванну 1 и узел сканирования 2 (УС), который размещен на направляющих с возможностью возвратно-поступательного движения над иммерсионной ванной 1 (фиг. 1 и 2). На узле сканирования 2 (УС) размещена каретка 3 (К) с возможностью перемещения вдоль иммерсионной ванны 1 над изделием контроля 4 (ИК). На каретке 3 (К) закреплена линейная фазированная антенная решетка 5 (ФАР) из ультразвуковых датчиков. К фазированной антенной решетке 5 (ФАР) перед её датчиками прикреплена зонная пластинка 6 (3П). Installation for ultrasonic inspection of defectiveness of a metal product contains an
Блок управления узлом сканирования 2 (УС) (на фиг. 1 не показан), блок управления кареткой 3 (К) и ультразвуковые датчики фазированной антенной решётки 5 (ФАР) подключены к блоку управления 7 (БУ), который подключен к генератору ультразвуковых импульсов 8 (Г). К блоку управления 7 (БУ) подключен блок регулировки чувствительности 9 (БРЧ), который соединен с усилителем 10 (У). Усилитель 10 (У) и генератор 8 (Г) соединены с датчиками фазированной антенной решетки 5 (ФАР), которые подключены к блоку обработки и визуализации данных 11 (БОВД), который соединен с усилителем 10 (У) и блоком управления 7 (БУ), который подключен к персональному компьютеру 12 (ПК). Персональный компьютер соединен с 3D-принтером 13 (3D-П).The control unit of the scanning unit 2 (CSS) (not shown in FIG. 1), the carriage control unit 3 (K), and the ultrasonic sensors of the phased array antenna 5 (PAR) are connected to the control unit 7 (control unit), which is connected to an ultrasonic pulse generator 8 (G). To the control unit 7 (control unit) is connected sensitivity adjustment unit 9(BRCH), which is connected to the amplifier 10 (U). The amplifier 10 (U) and the generator 8 (G) are connected to the sensors of the phased antenna array 5 (PAR), which are connected to the data processing and visualization unit 11 (BOVD), which is connected to the amplifier 10 (Y) and the control unit 7 (BU) which is connected to a personal computer 12 (PC). The personal computer is connected to the 3D printer 13 (3D-P).
В качестве узла сканирования 2 (УС) использовали сканер IdealSystem3D Ideal фирмы Ideal Technologies GmBH. Фазированная антенная решетка 5 (ФАР) - промышленная фазированная антенная решетка Doppler 2.5L64-1.5x26 фирмы KARL DEUTSCH (фиг. 3).IdealSystem3D Ideal scanner from Ideal Technologies GmBH was used as a scanning unit 2 (CSS). Phased Antenna 5 (PAR) - industrial phased antenna array Doppler 2.5L64-1.5x26 company KARL DEUTSCH (Fig. 3).
Изделие контроля 4 (ИК) представляло собой пластину с размерами 120х50х30 мм, вырезанную из фланца корпуса дискового затвора трубопровода ДУ 300 (отливка из стали) высокого давления, изготовленного Томским электромеханическим заводом (фиг. 4). В пластине были просверлены три отверстия диаметром 4 мм и длиной 5, 10 и 15 мм (фиг. 5).The control product 4 (IR) was a plate with dimensions of 120x50x30 mm, cut from the flange of the casing of the butterfly valve of the DU 300 pipeline (steel casting) of high pressure manufactured by the Tomsk Electromechanical Plant (Fig. 4). Three holes with a diameter of 4 mm and a length of 5, 10 and 15 mm were drilled in the plate (Fig. 5).
Изделие контроля 4 (ИК) поместили в иммерсионную ванну 1, заполненную водой.The control product 4 (IR) was placed in an
В блок управления 7 (БУ) и в блок обработки данных 11 (БОВД) записали все данные, необходимые для проведения ультразвукового контроля дефектности изделия 4 (ИК): In the control unit 7 (BU) and in the data processing unit 11 (BOVD) recorded all the data necessary for ultrasonic testing of the defectiveness of the product 4 (IR):
скорость распространения ультразвуковых волн в изделии контроля (сталь), с1 = 5900 м/с; the propagation velocity of ultrasonic waves in the control product (steel), s 1 = 5900 m / s;
скорость распространения ультразвуковых волн в иммерсионной жидкости (воде), c2 = 1480 м/с; the propagation velocity of ultrasonic waves in immersion liquid (water), c 2 = 1480 m / s;
толщина слоя воды между изделием контроля и фазированной антенной решеткой, L - 10 мм; the thickness of the water layer between the control product and the phased antenna array, L - 10 mm;
длина ультразвуковой волны в иммерсионной жидкости (воде),
длина ультразвуковой волны в изделии контроля (сталь),
размеры активной Q = 1,5 мм и пассивной апертуры P = 26 мм фазированной антенной решетки 5 (ФАР);dimensions of the active Q = 1.5 mm and the passive aperture P = 26 mm of the phased antenna array 5 (PAR);
расстояние между датчиками фазированной антенной решетки 5 (ФАР) - 1,5 мм,the distance between the sensors of the phased antenna array 5 (PAR) is 1.5 mm,
частота излучения ультразвуковых датчиков фазированной антенной решетки, f = 2,5 МГц;radiation frequency of ultrasonic sensors phased array antennaf = 2.5 MHz;
возможная глубина залегания дефекта в изделии контроля, Fм = 15мм.possible depth of the defect in the control product, F m = 15mm.
Используя персональный компьютер 12 (ПК), определили толщину изготавливаемой из полилактида зонной пластинки 6 (ЗП):Using a personal computer 12 (PC), the thickness of the zone plate 6 (ZP) made of polylactide was determined:
Определили глубину фокусировки ультразвуковых волн F L в изделии контроля 4 (ИК):Determined the focusing depth of the ultrasonic waves F L in the control product 4 (IR):
Определили размеры зон пластинки 6 (ЗП) по формуле: Determined the size of the zones of the plate 6 (RF) by the formula:
l 1 = 6,47 мм; l 2 = 9,17 мм; l 3 = 11,24 мм; l 4 = 12,99 мм. l 1 = 6.47 mm; l 2 = 9.17 mm; l 3 = 11.24 mm; l 4 = 12.99 mm.
Все рассчитанные параметры зонной пластинки 6 (ЗП) передали в программный блок 3D-принтера 13 (3D-П), в качестве которого использовали 3D-принтер Picaso Designer X-Pro фирмы PICASO 3D, и изготовили зонную пластинку 6 (ЗП) (фиг. 6). All calculated parameters of zone plate 6 (ZP) were transferred to the program unit of 3D printer 13 (3D-P), which was used as a
Зонную пластинку 6 (ЗП) прикрепили на поверхности фазированной антенной решётки 5 (ФАР) перед её датчиками (фиг. 7). Фазированную антенную решётку 5 (ФАР) вместе с зонной пластинкой 6 (ЗП) опустили в иммерсионную ванну 1, наполненную водой так, чтобы расстояние между верхней поверхностью изделия контроля 4 (ИК) и фазированной антенной решеткой 5 (ФАР) составляло 10 мм.The zone plate 6 (RF) was attached to the surface of the phased array 5 (PAR) in front of its sensors (Fig. 7). The phased antenna array 5 (PAR) along with the zone plate 6 (RF) was lowered into the
По команде с блока управления 7 (БУ) включили генератор импульсов 8 (Г), установили усиление сигналов для ультразвуковых датчиков фазированной антенной решетки 5 (ФАР) усилителем 10 (У), отрегулировали чувствительность сигналов с помощью блока регулировки чувствительности 9 (БРЧ), установили траекторию сканирования изделия контроля 4 (ИК) по координатам Х и У (фиг. 8) кареткой 3 (К) узла сканирования 2 (УС) и включили ультразвуковые датчики фазированной антенной решётки 5 (ФАР). Задали шаг сканирования вдоль активной Q апертуры фазированной антенной решётки 5 (ФАР) ΔХ=1 мм и шаг сканирования вдоль пассивной P апертуры фазированной антенной решётки 5 (ФАР) ΔУ=1 мм (фиг. 9), учитывая размер каждого датчика S. Задали количество шагов каретки 3 (К) узла сканирования 2 (УС) по осям X и Y, которые определили следующим образом: так как частота излучения f ультразвуковых датчиков фазированной антенной решетки 5 (ФАР) равна 2,5 МГц, а скорость распространения ультразвуковых волн в стали с1 равна 5900 м/с, то длина ультразвуковых волн в изделии контроля 4 (ИК)
Количество цифровых отсчетов в одном ультразвуковом сигнале N z в каждой точке сканирования определили следующим образом:The number of digital samples in one ultrasonic signal N z at each scanning point was determined as follows:
L z - расстояние по оси Z от верхней поверхности изделия контроля до точки сканирования; L z is the distance along the Z axis from the upper surface of the control product to the scan point;
f s - дискретная частота оцифровки ультразвукового сигнала датчика фазированной антенной решетки 5 (ФАР). f s - discrete sampling frequency of the ultrasonic signal of the phased array antenna sensor 5 (PAR).
Так как L = 10 мм; L z = 30 мм; с1 = 1480 м/с; с2 = 5900 м/с; f s = 100 МГц, то число отсчетов составляет N z = 2368. Since L = 10 mm; L z = 30 mm; s 1 = 1480 m / s; s 2 = 5900 m / s; f s = 100 MHz, then the number of samples is N z = 2368.
Полученное число цифровых отсчетов N z записали в строку команд блока управления 7 (БУ), а для использования стандартной программы визуализации в блоке обработки и визуализации данных 11 (БОВД) - время прохождения ультразвукового сигнала в заданной точке траектории сканирования в зависимости от расстояния от датчиков фазированной антенной решетки 5 (ФАР) до слоя, который сканируется внутри изделия контроля 4 (ИК). Это время составляет для различных слоев сканирования от 15 до 30 мкс.The obtained number of digital samples N z was recorded in the command line of control unit 7 (BU), and to use the standard visualization program in the data processing and visualization unit 11 (BOVD), the transit time of the ultrasonic signal at a given point of the scanning path depending on the distance from the phased sensors antenna array 5 (PAR) to the layer that is scanned inside the control product 4 (IR). This time is for different scanning layers from 15 to 30 μs.
В блоке обработки и визуализации данных 11 (БОВД) сформировали матрицу значений A (N z , N х , N у ), для записи ультразвуковых сигналов от каждого датчика фазированной антенной решетки 5 (ФАР), полученных от каждой точки траектории сканирования (фиг. 8) и для формирования итогового трехмерного изображения внутренней структуры изделия контроля 4 (ИК). In the data processing and visualization unit 11 (BOVD), a matrix of values A ( N z , N x , N y ) was formed to record ultrasonic signals from each sensor of the phased array antenna 5 (PAR) received from each point of the scanning path (Fig. 8 ) and for the formation of the final three-dimensional image of the internal structure of the control product 4 (IR).
Посредством компьютера 12 (ПК) запустили процесс измерения. Для этого подали сигнал блоку управления 7 (БУ), который управлял перемещением каретки 3 (К) в соответствии с заданной траекторией сканирования, а также генератором ультразвуковых импульсов 8 (Г), блоком регулировки чувствительности 9 (БРЧ), блоком оцифровки и визуализации данных 11 (БОВД).Using a computer 12 (PC), the measurement process was started. To do this, they sent a signal to the control unit 7 (BU), which controlled the movement of the carriage 3 (K) in accordance with the specified scanning path, as well as the ultrasonic pulse generator 8 (G), the sensitivity adjustment unit 9 (BRC), the digitization and data visualization unit 11 (BOVD).
Сигнал-команда от блока управления 7 (БУ) запускала перемещение каретки 3 (К) в исходную точку для начала процесса измерения. Блок управления 7 (БУ) одновременно запускал генерацию импульса на генераторе ультразвуковых импульсов 8 (Г). Получаемые датчиками фазированной антенной решетки 5 (ФАР) ультразвуковые сигналы регистрировали в блоке обработки и визуализации данных 11 (БОВД). The command signal from the control unit 7 (control unit) started moving the carriage 3 (K) to the starting point to start the measurement process. The control unit 7 (control unit) simultaneously triggered the generation of a pulse on an ultrasonic pulse generator 8 (G). The ultrasonic signals received by the phased array antenna sensors 5 (PAR) were recorded in the data processing and visualization unit 11 (BOVD).
Ультразвуковые сигналы от датчиков фазированной антенной решетки 5 (ФАР), пройдя через отверстия зонной пластинки 6 (ЗП), концентрировались и фокусировались на заданной глубине изделия контроля 4 (ИК), проходили через слой иммерсионной жидкости над изделием контроля 4 (ИК), частично отражались от поверхности изделия контроля 4 (ИК) и от его дефектов, частично проходили внутрь изделия контроля 4 (ИК) и отражались от его нижней внутренней поверхности. Ультразвуковые сигналы от изделия контроля 4 (ИК), прошедшие через отверстия зонной пластинки 6 (ЗП), регистрировали по длительности прохождения всеми датчиками фазированной антенной решетки 5 (ФАР) и записывали в блок обработки и визуализации данных 11 (БОВД). Ultrasonic signals from the sensors of the phased antenna array 5 (PAR), passing through the holes of the zone plate 6 (ZP), were concentrated and focused at a given depth of the control product 4 (IR), passed through a layer of immersion liquid over the control product 4 (IR), partially reflected from the surface of the control product 4 (IR) and from its defects, partially passed inside the control product 4 (IR) and reflected from its lower inner surface. Ultrasonic signals from the control product 4 (IR), passing through the holes of the zone plate 6 (RF), were recorded by the duration of the passage of all the sensors of the phased antenna array 5 (PAR) and recorded in the data processing and visualization unit 11 (BOVD).
Коэффициент усиления ультразвуковых сигналов от датчиков 5 (ФАР) регулировали блоком регулировки чувствительности 10 (БРЧ), который управлялся блоком управления 7 (БУ) в соответствии с заданными настройками сканирования изделия контроля 4 (ИК). Усиленный усилителем сигналов 10 (У) датчиков фазированной антенной решетки 5 (ФАР) сигнал передавался блоку оцифровки и визуализации данных 11 (БОВД). Цифровой код этого ультразвукового сигнала через блок управления 7 (БУ) передавался компьютеру 12 (ПК), на котором происходило восстановление внутренней структуры изделия контроля 4 (ИК). Процесс сканирования по траектории (фиг. 8) повторяли для каждого шага сканирования изделия контроля 4 (ИК) вдоль активной Q апертуры фазированной антенной решетки 5 (ФАР) и по полученным ультразвуковым сигналам, усиленным зонной пластинкой 6 (ЗП), восстанавливали изображения слоя внутренней структуры изделия контроля 4 (ИК). Затем каретку 3 (К) узла сканирования 2 (УС) с фазированной антенной решёткой 5 (ФАР) и зонной пластинкой 6 (ЗП) смещали на один шаг вдоль пассивной Р апертуры фазированной антенной решётки 5 (ФАР) и проводили сканирование вдоль её активной Q апертуры, фиксировали очередной слой внутренней структуры изделия контроля 4 (ИК).The gain of the ultrasonic signals from the sensors 5 (PAR) was regulated by the sensitivity adjustment unit 10 (BRC), which was controlled by the control unit 7 (CU) in accordance with the specified scan settings of the control product 4 (IR). The signal amplifier 10 (V) of the phased array antenna sensors 5 (PAR) amplified the signal was transmitted to the digitization and data visualization unit 11 (BOVD). The digital code of this ultrasonic signal through the control unit 7 (control unit) was transmitted to the computer 12 (PC), on which the internal structure of the control product 4 (IR) was restored. The scanning process along the path (Fig. 8) was repeated for each scanning step of the control product 4 (IR) along the active Q aperture of the phased array 5 (PAR) and the received ultrasonic signals amplified by the zone plate 6 (RF) restored the images of the internal structure layer control products 4 (IR). Then, the carriage 3 (K) of the scanning unit 2 (US) with the phased antenna array 5 (PAR) and the zone plate 6 (ZP) was shifted one step along the passive P aperture of the phased antenna array 5 (PAR) and scanning was performed along its active Q aperture , fixed another layer of the internal structure of the control product 4 (IR).
Все полученные слои сканирования внутренней структуры изделия контроля 4 (ИК) объединили в единое изображение в блоке обработки и визуализации данных 11 (БОВД) и на экране персонального компьютера 12 (ПК) получили объёмное изображение дефектов, по которому определили их величины и места нахождения в теле изделия контроля 4 (ИК).All obtained scanning layers of the internal structure of the control product 4 (IR) were combined into a single image in the data processing and visualization unit 11 (BOVD) and on the screen of a personal computer 12 (PC) a volumetric image of defects was obtained, by which their magnitudes and locations in the body were determined control products 4 (IR).
Для этого из совокупности всех ультразвуковых сигналов от измеренных точек изделия контроля 4 (ИК) сформировали изображение В- и С-развертки (фиг. 10 и 11) компьютерной томограммы изделия контроля 4 (ИК) и визуализировали дефекты и их координаты. Обработав данные на компьютере 12 (ПК) и получив на дисплее двумерные ультразвуковые изображения при B- и C-сканировании от всех слоев, образующих группу, получаемую при B-сканировании, суммировали их в одно изображение и оценили размеры дефекта.For this, from the totality of all ultrasonic signals from the measured points of the control product 4 (IR), a B- and C-scan image (Fig. 10 and 11) of a computer tomogram of the control product 4 (IR) was formed and the defects and their coordinates were visualized. Having processed the data on computer 12 (PC) and received on the display two-dimensional ultrasound images during B- and C-scanning from all the layers forming the group obtained by B-scanning, they were summed into one image and the size of the defect was evaluated.
На фиг. 12 представлено полученное на экране персонального компьютера 12 (ПК) изображение пластины, с обнаруженными дефектами, расположенными на разных глубинах. Координаты полученных изображений дефектов на фиг. 12 соответствуют координатам отверстий, сделанных в теле пластины (фиг. 5). In FIG. 12 shows an image of a plate obtained on the screen of a personal computer 12 (PC), with detected defects located at different depths. The coordinates of the acquired defect images in FIG. 12 correspond to the coordinates of the holes made in the body of the plate (Fig. 5).
Сравнение В- и С-сканов, полученных при ультразвуковом контроле дефектности изделия 4 (ИК) без использования зонной пластинки 6 (ЗП) (фиг. 10) и при использовании зонной пластинки (фиг. 11) показывает, что размытость дефектов значительно выше в отсутствие зонной пластинки по сравнению с изображением дефектов, полученных при использовании зонной пластинки. A comparison of B- and C-scans obtained by ultrasonic inspection of the defectiveness of product 4 (IR) without using a zone plate 6 (RF) (Fig. 10) and using a zone plate (Fig. 11) shows that the blurring of defects is significantly higher in the absence of zone plate in comparison with the image of defects obtained when using the zone plate.
При сканировании изделия контроля 4 (ИК) по оси X величина амплитуды ультразвукового сигнала, полученного от дефекта изделия, без использования зонной пластинки 6 (ЗП) фиксируется на уровне шума (кривая 2 на фиг. 13). В то время как амплитуда ультразвукового сигнала с применением зонной пластинки (кривая 1 на фиг. 13) четко выражена и значительно превышает величину шумового сигнала.When scanning the control product 4 (IR) along the X axis, the amplitude of the ultrasonic signal received from the product defect without using the zone plate 6 (RF) is fixed at the noise level (
При сканировании изделия контроля 4 (ИК) по оси Y (искусственный дефект расположен на глубине 15 мм от дна пластины), амплитуда ультразвукового сигнала с использованием зонной пластинки 6 (ЗП) ярко выражена (кривая 1 на фиг. 14), более узкая по размерам, в то время как зависимость амплитуды от координаты без зонной пластинки (кривая 2 на фиг. 14) имеет два максимума и имеет более «расплывчатый» вид, что затрудняет определение координаты положения дефекта.When scanning the control product 4 (IR) along the Y axis (an artificial defect is located at a depth of 15 mm from the bottom of the plate), the amplitude of the ultrasonic signal using the zone plate 6 (ZP) is pronounced (
На фиг. 15 приведена амплитуда ультразвукового сигнала по оси Y (дефект на глубине 20 мм от дна изделия контроля). Видно, что с увеличением глубины залегания дефекта в изделии контроля ультразвуковой сигнал по-прежнему имеет узкую форму и единственный максимум. Это свидетельствует об большой концентрации энергии ультразвуковых волн, что увеличивает эффективность контроля изделия.In FIG. 15 shows the amplitude of the ultrasonic signal along the Y axis (defect at a depth of 20 mm from the bottom of the control product). It can be seen that with increasing depth of the defect in the control product, the ultrasonic signal still has a narrow shape and a single maximum. This indicates a high concentration of energy of ultrasonic waves, which increases the efficiency of product control.
На фиг. 16 представлена амплитуда ультразвукового сигнала, зарегистрированного при сканировании изделия контроля по оси Y (дефект на глубине 25 мм). Сигнал имеет ярко выраженную форму и один максимум при использовании зонной пластинки 6 (ЗП) (кривая 1 на фиг. 16), в отличие от зарегистрированного датчиками фазированной антенной решёткой 5 (ФАР) без зонной пластинки (кривая 2 на фиг. 16).In FIG. 16 shows the amplitude of the ultrasonic signal recorded when scanning the control product along the Y axis (defect at a depth of 25 mm). The signal has a pronounced shape and one maximum when using a zone plate 6 (RF) (
Таким образом, последовательность действий над изделием контроля 4 (ИК) позволила получить высокое отношение сигнал/шум при использовании зонной пластинки 6 (ЗП), получить компьютерное изображение дефектов на экране компьютера 12 (ПК), исключить погрешность измерения дефектности металлических изделий большой толщины, упростить процедуру контроля металлических изделий.Thus, the sequence of actions on the control product 4 (IR) made it possible to obtain a high signal to noise ratio when using zone plate 6 (ZP), to obtain a computer image of defects on the computer screen 12 (PC), to exclude the error in measuring the defectiveness of metal products of large thickness, to simplify control procedure for metal products.
Claims (25)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019137309A RU2723368C1 (en) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | Ultrasonic inspection method of metal article defectiveness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019137309A RU2723368C1 (en) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | Ultrasonic inspection method of metal article defectiveness |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2723368C1 true RU2723368C1 (en) | 2020-06-10 |
Family
ID=71067727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019137309A RU2723368C1 (en) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | Ultrasonic inspection method of metal article defectiveness |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2723368C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112700429A (en) * | 2021-01-08 | 2021-04-23 | 中国民航大学 | Airport pavement underground structure disease automatic detection method based on deep learning |
| CN113899815A (en) * | 2021-09-08 | 2022-01-07 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 126kV three-phase common-box basin-type insulator interface defect detection method |
| CN114594157A (en) * | 2020-12-03 | 2022-06-07 | 中国石油天然气股份有限公司 | Ultrasonic detection method and device for electric fusion joint of polyethylene steel skeleton pipe |
| CN115343360A (en) * | 2022-08-10 | 2022-11-15 | 西安交通大学 | Laser ultrasonic layered self-adaptive mode scanning method and system |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2179313C2 (en) * | 1999-07-13 | 2002-02-10 | Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара | Ultrasonic process of test of articles and materials |
| US20090095087A1 (en) * | 2006-04-05 | 2009-04-16 | Masaki Yamano | Ultrasonic probe, ultrasonic flaw detection method, and ultrasonic flaw detection apparatus |
| CN103675107A (en) * | 2013-12-18 | 2014-03-26 | 新疆通奥油田技术服务有限公司 | Combined probe for flaw detection |
| RU2596242C1 (en) * | 2015-06-25 | 2016-09-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Method for ultrasonic inspection |
| RU2614186C1 (en) * | 2015-10-19 | 2017-03-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers |
| RU171559U1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-06-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" | Ultrasonic transducer for ultrasonic inspection of the weld and / or the weld zone of pipes |
-
2019
- 2019-11-21 RU RU2019137309A patent/RU2723368C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2179313C2 (en) * | 1999-07-13 | 2002-02-10 | Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара | Ultrasonic process of test of articles and materials |
| US20090095087A1 (en) * | 2006-04-05 | 2009-04-16 | Masaki Yamano | Ultrasonic probe, ultrasonic flaw detection method, and ultrasonic flaw detection apparatus |
| CN103675107A (en) * | 2013-12-18 | 2014-03-26 | 新疆通奥油田技术服务有限公司 | Combined probe for flaw detection |
| RU2596242C1 (en) * | 2015-06-25 | 2016-09-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Method for ultrasonic inspection |
| RU2614186C1 (en) * | 2015-10-19 | 2017-03-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers |
| RU171559U1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-06-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" | Ultrasonic transducer for ultrasonic inspection of the weld and / or the weld zone of pipes |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114594157A (en) * | 2020-12-03 | 2022-06-07 | 中国石油天然气股份有限公司 | Ultrasonic detection method and device for electric fusion joint of polyethylene steel skeleton pipe |
| CN114594157B (en) * | 2020-12-03 | 2024-05-28 | 中国石油天然气股份有限公司 | Ultrasonic detection method and device for electric melting joint of polyethylene steel skeleton pipe |
| CN112700429A (en) * | 2021-01-08 | 2021-04-23 | 中国民航大学 | Airport pavement underground structure disease automatic detection method based on deep learning |
| CN112700429B (en) * | 2021-01-08 | 2022-08-26 | 中国民航大学 | Airport pavement underground structure disease automatic detection method based on deep learning |
| CN113899815A (en) * | 2021-09-08 | 2022-01-07 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 126kV three-phase common-box basin-type insulator interface defect detection method |
| CN113899815B (en) * | 2021-09-08 | 2023-09-19 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 126kV three-phase common-box basin-type insulator interface defect detection method |
| CN115343360A (en) * | 2022-08-10 | 2022-11-15 | 西安交通大学 | Laser ultrasonic layered self-adaptive mode scanning method and system |
| CN115343360B (en) * | 2022-08-10 | 2024-05-17 | 西安交通大学 | Laser ultrasonic layering self-adaptive mode scanning method and system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2723368C1 (en) | Ultrasonic inspection method of metal article defectiveness | |
| JP5795651B2 (en) | Ultrasonic immersion inspection of members with arbitrary surface contours | |
| Clay et al. | Experimental study of phased array beam steering characteristics | |
| Kelly et al. | Applications of through-air ultrasound for rapid NDE scanning in the aerospace industry | |
| US8286467B2 (en) | Method for imaging surface roughness using acoustic emissions induced by ultrasound | |
| US8033172B2 (en) | Hand-held flaw detector imaging apparatus | |
| EP1062503A1 (en) | Method of ultrasonic on-line texture characterization | |
| CN113075297B (en) | Titanium alloy phased array linear array ultrasonic detection sound field model construction method | |
| Choi et al. | Comparison of ultrasonic imaging techniques for full-scale reinforced concrete | |
| Harvey et al. | Finite element analysis of ultrasonic phased array inspections on anisotropic welds | |
| Camacho et al. | Auto-focused virtual source imaging with arbitrarily shaped interfaces | |
| Chang et al. | Reliable estimation of virtual source position for SAFT imaging | |
| Zhou et al. | Research on ultrasonic array testing method for additive-manufactured Titanium alloy | |
| Dupont-Marillia et al. | Phased array inspection of large size forged steel parts | |
| Shevaldykin et al. | Digital Focusing of Aperture when Probing Test Object by All Elements of Antenna Array in One Emission–Reception Cycle | |
| RU2644438C1 (en) | Method of ultrasonic controlling surface and subsurface defects of metal products and device for its implementation | |
| Holmes et al. | Post-processing of ultrasonic phased array data for optimal performance | |
| Xu et al. | Ultrasonic array inspection for additive manufacturing components using full matrix capture | |
| Deng et al. | Imaging of subsurface defects with surface wave SAFT based on an array pickup EMAT | |
| Stepinski | Ultrasonic nondestructive inspection of solid objects | |
| Russell et al. | Development of a twin crystal membrane coupled conformable phased array for the inspection of austenitic welds | |
| Zhou et al. | Effects of directivity function on total focusing method imaging performance | |
| RU2695950C1 (en) | Ultrasonic inspection method of metal products defectiveness | |
| Higuti | Ultrasonic image compounding method based on the instantaneous phase image | |
| Mirchev et al. | Application of Synthetic Aperture Focusing Technique for inspection of plate-like structures using EMAT generated Lamb waves |