RU2740168C1 - Способ определения координаты отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам - Google Patents
Способ определения координаты отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740168C1 RU2740168C1 RU2020111693A RU2020111693A RU2740168C1 RU 2740168 C1 RU2740168 C1 RU 2740168C1 RU 2020111693 A RU2020111693 A RU 2020111693A RU 2020111693 A RU2020111693 A RU 2020111693A RU 2740168 C1 RU2740168 C1 RU 2740168C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welded joint
- echo signals
- reflector
- tofd
- combined
- 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
Использование: для определения координаты отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам. Сущность изобретения заключается в том, что по обе стороны сварного соединения устанавливают два пьезопреобразователя и перемещают их вдоль сварного соединения, регистрируют эхосигналы продольной волны, измеренные в теневом режиме, анализируют принятые эхосигналы и определяют качество сварного соединения, анализируя тип обнаруженного отражателя и его высоту, дополнительно регистрируют каждым пьезопреобразователем в совмещённом режиме эхосигналы продольной и поперечной волн, отражённых от дна образца, по каждому из трёх эхосигналов, измеренных в совмещённом и теневом режимах, получают набор парциальных изображений отражателя, для чего рассчитывают траекторию распространения импульса от излучателя до каждой точки области восстановления изображения и далее до приёмника для заданной комбинации скоростей звука на каждом участке траектории и помещают в точку значение эхосигнала в момент времени, равный времени распространения импульса по рассчитанной траектории, с помощью операции медиана парциальные изображения объединяют в одно изображение, по которому определяется местоположение отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению. Технический результат: обеспечение возможности, используя аппаратуру, предназначенную для ультразвукового контроля по TOFD-технологии, определить координаты отражателей в поперечном сечении сварного соединения при высокой скорости ультразвукового контроля, характерной для TOFD-технологии, без использования дополнительного дорогостоящего сканирующего устройства для поперечного сканирования. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля.
Известен способ обнаружения отражателей в сварном соединении методом Time of Flight Diffraction (TOFD) (Silk M.G., Lidington B.H. The potential of scattered or diffracted ultrasound in the determination of crack depth // Non-Destructive Testing. 1975. Vol. 8, June. P. 146-151.).
Недостатком способа является невозможность определения координат отражателей по ширине сварного соединения при сканировании только вдоль сварного соединения.
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ обнаружения отражателей в сварном соединении методом TOFD (Silk M.G., Lidington B.H. The potential of scattered or diffracted ultrasound in the determination of crack depth // Non-Destructive Testing. 1975. Vol. 8, June. P. 146-151.).
Известный способ не позволяет получить информацию о расположении отражателя в сечении перпендикулярном сварному соединению.
Предложен способ определения координаты отражателя в сечении перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам, заключающейся в том, что по обе стороны сварного соединения устанавливают два пьезопреобразователя и перемещают их вдоль сварного соединения, регистрируют эхосигналы продольной волны, измеренные в теневом режиме, анализируют принятые эхосигналы и определяют качество сварного соединения, анализируя тип обнаруженного отражателя и его высоту, отличающийся тем, дополнительно регистрируют каждым пьезопреобразователем в совмещённом режиме эхосигналы продольной и поперечной волн, отражённых от дна образца, по каждому из трёх эхосигналов, измеренных в совмещённом и теневом режимах, получают набор парциальных изображений отражателя, для чего рассчитывают траекторию распространения импульса от излучателя до каждой точки области восстановления изображения и далее до приёмника для заданной комбинации скоростей звука на каждом участке траектории и помещают в точку значение эхосигнала в момент времени равный времени распространения импульса по рассчитанной траектории, с помощью операции медиана парциальные изображения объединяют в одно изображение, по которому определяется местоположение отражателя в сечении перпендикулярном сварному соединению.
Предлагаемый способ позволяет, используя аппаратуру, предназначенную для ультразвукового контроля по TOFD-технологии, определить координаты отражателей в поперечном сечении сварного соединения. Такой способ сохраняет высокую скорость ультразвукового контроля, характерную для TOFD-технологии, без использования дополнительного дорогостоящего сканирующего устройства для поперечного сканирования.
Регистрация эхосигналов происходит двумя пьезопреобразователями, расположенными с N- и P-стороны от сварного соединения, как показано на Фиг. 1. Предполагается, что регистрируются не только эхосигналы по теневому NP-каналу, традиционного для метода TOFD, но и по NN- и PP-каналам, когда преобразователь с каждой стороны работает в совмещённом режиме. Дифрагированные сигналы на продольной волне по NP-каналу, пришедшие от рассеивателей находящихся на эллипсе (показан зелёным цветом на Фиг. 1) с фокусами в точках расположения мнимых пьезоэлементов, имеют одинаковое время задержки, поэтому поперечное сканирование (вдоль оси y) в режиме TOFD не может дать ответ на вопрос, с какой стороны сварного соединения находится отражатель. Если звездой зелёного цвета отметить положение отражателя, то эхосигналы от него и от отражателей, показанных звёздами красного цветом будут иметь одинаковые времена задержек, но будут отличится по амплитуде и по фазе. На Фиг. 1 линиями красного, жёлтого и оранжевого цветов показаны фрагменты эллипсы, образованные УЗ волнами различных акустических схем. Под акустической схемой, которую обозначим как , подразумевается описание лучевой траектории распространения импульса при отражении его от границ объекта контроля с учётом трансформации типа волны. Для описания акустических схем воспользуемся следующими обозначениями: буквой d будем обозначать такое событие, как рассеяние на отражателе; тип волны после отражения от границы объекта или отражателя будем обозначать буквами L (продольная) и T (поперечная). Последовательная запись типов волны и событий будет определять акустическую схему. Например, запись TdL обозначает обычный прямой луч на поперечной волне при излучении с приёмом на прямом луче, но уже продольной волны. Схема LLdTT описывает ситуацию, когда при излучении анализируются лучи, однократно отражённые от дна на продольной волне, а при приёме – однократно отражённые от дна на поперечной волне. В случае NN-канала (аналогично PP-канала) линия, находясь на которой отражатели будут иметь одно и то же время задержки прихода эхосигнала, будет представлять собой окружность с центром в точке расположения мнимого пьезоэлемента.
Если восстановить SAFT-изображения по NP-каналу с учётом трансформации типов волн и при отражении от дна объекта контроля (Базулин Е.Г. Определение типа отражателя по изображению, восстановленному по эхосигналам, измеренным ультразвуковыми антенными решётками // Дефектоскопия. 2014. №3. С. 12-22.), то множество эллипсов должны пересечься в месте расположения отражателей. По каждому из трёх каналов можно получить парциальных изображений, по акустическим схемам на прямом луче и с учётом однократного отражения от дна объекта контроля (Фиг. 2). Объединённое изображение по каждому каналу можно получить как медиана парциальных изображений
где – попиксельная операция медианы для парциальных изображений, – принимает значения NN, NP и PP. Итоговое более качественное объединённое изображение можно получить как медиана изображений по NN-, NP- и PP-каналам
где – операция отсечки по уровню равному среднему значению парциального изображения плюс три его дисперсии.
Таким образом, идея получить информацию о координатах отражателя по TOFD-эхосигналам заключается в замене сканирования вдоль оси на получение объединённого изображения по многим акустическим схемам по NN-, NP- и PP-каналам по формуле .
Для проверки предложенного способа использовались эхосигналы, рассчитанные программой CIVA (Официальный сайт фирмы EXTENDE. URL: http://www.extende.com/ (дата обращения: 04.12.2019).) с использованием теории лучевых трубок в твёрдом теле. Предполагалось, что объект контроля толщина 50 мм обладает свойствами перлитной стали Ст20 (скорость продольной и поперечной волны (5.9, 3.23) мм/мкс, плотность 0.0078 г/мм3). Полагались, что призмы сделаны из рексолита (2.33, 1.16 мм/мкс, 0.00105 г/мм3) имеют угол наклона 21.5 градусов, стрелой равной 6.0 мм и расстоянием пробега по призме 4.0 мм. Два ПЭП были расположены симметрично относительно сварного соединения, расстояние между передними гранями призм равно 120 мм (Фиг. 2). Рассчитывались эхосигналы, рассеянные трещиной высотой 5 мм с центром в точке (5, 25) мм. На Фиг. 2 схематически показана схема численного эксперимента, и несколько лучей дифрагированных на верхнем крае трещины. Зелёным цветом обозначаются лучи на продольной волне, а красным на поперечной. Эхосигналы программой CIVA рассчитывались для NN-, NP- и PP-каналов.
Эффективность работы предложенного способа определяется диаграммной направленности ПЭП – чем шире диаграмма направленности, тем больше амплитуда импульсов поперечной волны при преломлении на границе «призма-объект контроля». Поэтому целесообразно использовать ПЭП с размерами пьезоэлемента 3 мм и менее, но чрезмерно уменьшение размеров пьезоэлемента приводит к уменьшению амплитуды отражённых эхосигналов.
На Фиг. 3 представлены два из тридцати шести парциальных SAFT-изображений, восстановленных по акустическим схемам LdL (а) и TTdTT (б) для NP-канала. Диаметр пьезоэлемента был равен 3 мм. Видно, что в обеих случаях эллипсоидальные блики проходят через вершины трещины, которая показана линией красного цвета.
По рассчитанным эхосигналам восстанавливались парциальные изображения по всем по формулам и с учётом трансформации типа волны на прямом луче и при однократном отражении от дна объекта контроля. Изображение на Фиг. 4в (NP-канал) полученное по формуле позволяет оценить смещение трещины, но из-за симметрии изображения, не позволяет оценить знак смещения. На Фиг. 4б и в показаны изображения полученные по формуле для NN- и PP-каналов. Смещение отражателя от центра сварного соединения можно оценить в пределах от 2.5 до 6 мм. На Фиг. 4г показано изображение полученное по формуле для всех трёх каналов. Точность определения смещения отражателя от центра сварного соединения возрастает до 0.3 мм.
Численное моделирование проводились в предположении, что толщина объекта контроля известна и равна 50 мм. При реальном контроле характерна ситуация толщина объекта контроля известна с некоторой погрешностью. Численные эксперименты показали, что при ошибке определения толщины ±1 мм, предложенный способ позволяет формировать блики отражателей, по которым можно определять координату .
Для проверки в модельном эксперименте работоспособности предложенного способа эхосигналы от придонного паза высотой 2.5 мм в образце толщиной 25 мм, изготовленным из стали Ст20 регистрировались двумя пьезопреобразователями с центральной частотой 5 МГц, углом ввода 50 градусов и диаметром пластины 6 мм. Расстояние между преобразователями было равно 87 мм. На Фиг. 5в показано изображение придонного паза по NP-каналу полученное по формуле . Контуры объекта контроля и паза показаны линиями красного цвета. На Фиг. 5а, б показаны изображения полученные по формуле по эхосигналам NN- и PP-каналам. На Фиг. 5г показано изображение полученное по формуле для всех трёх каналов. Точность определения смещения паза от центра сварного соединения по Фиг. 5г можно оценить ±0.5 мм.
Таким образом, предлагаемый способ определения координаты отражателя по ширине сварного соединения по эхосигналам, полученным только при поперечном сканировании позволяет сохранить высокую скорость регистрации эхосигналов при ультразвуковом контроле сварных соединений при использовании двух пьезоэлектрических преобразователей, характерную для TOFD-технологии, и не использовать сложную и дорогостоящую аппаратуру для поперечного и продольного сканирования.
Claims (1)
- Способ определения координаты отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам, заключающийся в том, что по обе стороны сварного соединения устанавливают два пьезопреобразователя и перемещают их вдоль сварного соединения, регистрируют эхосигналы продольной волны, измеренные в теневом режиме, анализируют принятые эхосигналы и определяют качество сварного соединения, анализируя тип обнаруженного отражателя и его высоту, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют каждым пьезопреобразователем в совмещённом режиме эхосигналы продольной и поперечной волн, отражённых от дна образца, по каждому из трёх эхосигналов, измеренных в совмещённом и теневом режимах, получают набор парциальных изображений отражателя, для чего рассчитывают траекторию распространения импульса от излучателя до каждой точки области восстановления изображения и далее до приёмника для заданной комбинации скоростей звука на каждом участке траектории и помещают в точку значение эхосигнала в момент времени, равный времени распространения импульса по рассчитанной траектории, с помощью операции медиана парциальные изображения объединяют в одно изображение, по которому определяется местоположение отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111693A RU2740168C1 (ru) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | Способ определения координаты отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111693A RU2740168C1 (ru) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | Способ определения координаты отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2740168C1 true RU2740168C1 (ru) | 2021-01-12 |
Family
ID=74184047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020111693A RU2740168C1 (ru) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | Способ определения координаты отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2740168C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050223807A1 (en) * | 2002-06-17 | 2005-10-13 | Olivier Bardoux | Method for ultrasonic control of weld joints |
CN103235039A (zh) * | 2013-04-25 | 2013-08-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于线性调频技术的焊缝缺陷超声tofd检测方法 |
RU2639182C1 (ru) * | 2017-01-31 | 2017-12-20 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Способ ремонта продольного шва трубы, нанесенного методом лазерной сварки |
RU177780U1 (ru) * | 2017-11-21 | 2018-03-12 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Устройство для автоматизированного ультразвукового контроля сварных соединений |
RU195253U1 (ru) * | 2019-07-04 | 2020-01-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Сканирующее устройство для проведения ультразвукового контроля |
-
2020
- 2020-03-20 RU RU2020111693A patent/RU2740168C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050223807A1 (en) * | 2002-06-17 | 2005-10-13 | Olivier Bardoux | Method for ultrasonic control of weld joints |
CN103235039A (zh) * | 2013-04-25 | 2013-08-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于线性调频技术的焊缝缺陷超声tofd检测方法 |
RU2639182C1 (ru) * | 2017-01-31 | 2017-12-20 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Способ ремонта продольного шва трубы, нанесенного методом лазерной сварки |
RU177780U1 (ru) * | 2017-11-21 | 2018-03-12 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Устройство для автоматизированного ультразвукового контроля сварных соединений |
RU195253U1 (ru) * | 2019-07-04 | 2020-01-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Сканирующее устройство для проведения ультразвукового контроля |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Silk M.G., Lidington B.H., The potential of scattered or diffracted ultrasound in the determination of crack depth, Non-Destructive Testing, 1975, Vol. 8, June, P. 146-151. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102809610B (zh) | 一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测方法 | |
CN104535657B (zh) | 一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统及其检测方法 | |
EP2639581B1 (en) | Ultrasonic inspection method | |
US4441369A (en) | Ultrasonic detection of extended flaws | |
CN103901108A (zh) | 一种复合材料界面脱粘的相控阵超声波检测方法 | |
US20090320601A1 (en) | Ultrasound Test Device with Array Test Probes | |
US11408861B2 (en) | Transducer and transducer arrangement for ultrasonic probe systems, ultrasonic probe system and inspection method | |
WO2009104811A1 (ja) | 超音波計測装置及び超音波計測方法 | |
US10309934B2 (en) | Method and system of deducing sound velocity using time-of-flight of surface wave | |
CN110361453A (zh) | 基于无损检测的阵列式异位接收超声波合成孔径聚焦方法 | |
JP2006234701A (ja) | 超音波探傷装置及び超音波探傷装置方法 | |
US11933765B2 (en) | Ultrasound inspection techniques for detecting a flaw in a test object | |
Camacho et al. | Auto-focused virtual source imaging with arbitrarily shaped interfaces | |
JP5910641B2 (ja) | 超音波映像化方法及び超音波映像化装置 | |
CN105044209A (zh) | 材料缺陷位置和尺寸的超声多途检测方法 | |
RU2740168C1 (ru) | Способ определения координаты отражателя в сечении, перпендикулярном сварному соединению по TOFD-эхосигналам | |
JP2001108661A (ja) | 超音波探傷方法およびその装置 | |
Han et al. | Combination of direct, half-skip and full-skip TFM to characterize defect (II) | |
Dawson et al. | Acquisition and analysis of angle-beam wavefield data | |
CN105548363A (zh) | 基于多途识别的超声检测成像方法 | |
Shevaldykin et al. | Digital Focusing of Aperture when Probing Test Object by All Elements of Antenna Array in One Emission–Reception Cycle | |
RU2760508C1 (ru) | Способ определения типа отражателя по амплитуде рассеянных им ультразвуковых импульсов | |
JPS6014166A (ja) | 超音波探傷方法及びその装置 | |
JP3606146B2 (ja) | 超音波探傷方法およびその装置 | |
Pörtzgen et al. | Advances in imaging of NDT results |