WO2017030458A1 - Ультразвуковая диагностика вертикально-ориентированных дефектов в призматической металлопродукции - Google Patents

Ультразвуковая диагностика вертикально-ориентированных дефектов в призматической металлопродукции Download PDF

Info

Publication number
WO2017030458A1
WO2017030458A1 PCT/RU2015/000527 RU2015000527W WO2017030458A1 WO 2017030458 A1 WO2017030458 A1 WO 2017030458A1 RU 2015000527 W RU2015000527 W RU 2015000527W WO 2017030458 A1 WO2017030458 A1 WO 2017030458A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
defect
transducer
waves
transformed
transducers
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000527
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Mиxaйлoвич КАШИН
Original Assignee
Алексей Mиxaйлoвич КАШИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Mиxaйлoвич КАШИН filed Critical Алексей Mиxaйлoвич КАШИН
Priority to PCT/RU2015/000527 priority Critical patent/WO2017030458A1/ru
Priority to RU2017107109A priority patent/RU2651431C1/ru
Publication of WO2017030458A1 publication Critical patent/WO2017030458A1/ru

Links

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

Definitions

  • the technical field relates to the field of non-destructive testing, and in particular to means for ultrasonic (US) diagnostics of vertically oriented defects in an edge zone.
  • US ultrasonic
  • the main field of application of the technical solution is industrial high-performance flow diagnostics of cracks in such prismatic metal products of any steel grades such as slab, bloom, forging, as well as metal, sheet and roll.
  • Vertically oriented defects in the form of discontinuities such as cracks belong to the category of highly dangerous and difficult to detect defects in metal products.
  • a defect is called vertically oriented or simply vertical if it is located mainly normal to the surface of the body. In practice, such defects are found throughout the entire thickness of the body, which determines the importance of diagnosing defects of this type and at the same time requires continuous monitoring over the entire thickness of the object.
  • the following basic methods of ultrasonic testing are known for identifying and diagnosing vertically oriented defects.
  • the time-domain diffraction method (DEM), a description of the principle of which is presented, in particular, in patent document US 6606910 B1 dated 08/19/2003, which is currently becoming more widespread, is sensitive to almost any kind of defects, including vertically oriented ones.
  • DVM includes radiation of an inclined ultrasonic wave, registration by a separate transducer of ultrasonic waves diffracted by discontinuities, and analysis of their propagation time.
  • the DVM is exposed to noise from metal grains in the material of the controlled product and the heterogeneity of the metal structure, as well as to the influence of electrical noise.
  • DVM requires the use of a contact receiving piezoelectric transducer (PEP), which excludes the possibility of monitoring objects with an uneven surface under industrial conditions, for example, due to technological reasons, including scale.
  • PEP contact receiving piezoelectric transducer
  • the drawbacks of a DVM are traditionally attributed to the presence of near-surface, bottom, and also so-called “dead” zones inaccessible for control, inaccessible for control, which is associated with the inclined introduction of a volumetric ultrasonic wave.
  • the Delta method which is a type of mirror method, is highly sensitive to vertically oriented defects.
  • the control object is sounded by an inclined ultrasonic beam and the ultrasonic waves reradiated by the edges of the discontinuity are recorded, taking into account the signal from the bottom surface of the control object.
  • the use of DM is described, including, in US 8051717 B2 from 08/08/2011.
  • the DM is applicable for the inspection of vertically oriented defects only in the middle part of the test object due to the inherent “dead” control zones in the DM.
  • the control of objects with a thickness of more than 15 mm is difficult due to the complexity of setting the sensitivity and assessing the magnitude of the defects.
  • DM is used to control welded joints when the scope of control is limited by a weld, since it is necessary to establish a connection between the emitter and the receiver, providing a scan of a certain section of the body.
  • the DM is not applicable for the control of prismatic metal products even up to a width of 1000 mm due to the impossibility of setting up a stable acoustic path and obtaining a sufficient useful signal for continuous monitoring of metal products.
  • the version of the mirror echo method known under the name “tandem” is not devoid of “dead” control zones.
  • the principle of the echo method is described in particular in US 8578580 B2 of 11/12/2013.
  • "Tandem” is considered the most reliable when detecting vertically oriented defects, especially planar ones.
  • the control object is scanned using two inclined transducers acting as a radiator and a receiver, characterized by equal refraction angles in a flat body and directivity of ultrasound beams in the same direction. In this case, the plane in which the axes of the ultrasound beams lie is perpendicular to the input surface.
  • An ultrasound pulse is recorded, which is first reflected from the discontinuity, and then from the bottom, that is, the back, surface of the test object.
  • “Tandem” in practice is applicable to control objects with a thickness of more than 40 mm. Monitoring in motion is difficult due to the unreliability of the results, since the measuring signals arise only in the presence of discontinuities, when the transducer is torn off the surface of the control object, the acoustic contact is lost and false response is recorded. Therefore, the "tandem" cannot be used in industrial conditions associated with large volumes of control.
  • ZTM mirror shadow method
  • the listed methods are sensitive to the structure and granularity of the control object due to work in practice at high frequencies of sounding.
  • a known method for diagnosing defects in the surface layer of rolled metal and a device for its implementation in accordance with RU 2262689 C1 of 10.20.2005 consists in the fact that along the optical fibers to the surface of the control object, which is, in particular, sheet metal with edges of the surface, laser pulses are sent to generate Rayleigh waves, the Rayleigh wave is irradiated with a defect, the ultrasound wave transformed by the defect is recorded, superimposed on the control object magnetic field and register the magnetic flux scattered by the defect, modulated by the ultrasonic wave.
  • the depth, orientation and disclosure of a defect is judged by the amplitude and polarization of the transformed ultrasound wave and the variable component of the scattered magnetic flux.
  • the Rayleigh wave used in the method according to RU 2262689 C1 does not extend deep into the object of control, but rather “licks” the surface, which in the presence of surface irregularities, scale, or rough roughness will constantly lead to registration False flaw detectors.
  • surface waves of the Rayleigh type are used in the absence of the possibility of carrying out a magnetic or capillary method, that is, to detect defects directly emerging on the input surface or lying at a depth of not more than a wavelength, which does not solve the existing problem of metallurgical production, namely, the method according to RU 2262689 C1 does not provide detection of internal and subsurface defects, the depth of which exceeds the Rayleigh wavelength.
  • the disadvantages of this method include the complexity of its implementation due to the use of laser technology and the possibility of receiving a signal from a defect only when the receiving transducer is directly above the defect, which makes the design difficult due to the large number of necessary electronics, including generators, analog digital converters and powerful computing equipment.
  • the known solution is limited only to the control of metal, without covering the existing industry problems associated with defectiveness and other metal products, such as slab, forging, bloom, sheet and roll.
  • none of the known methods can be applied in practice for industrial high-performance streaming flaw detection due to non-compliance with the requirements in their entirety. Disclosure of invention
  • the technical task is to ensure in industrial conditions reliable ultrasound control of any prismatic metal products, which are understood to mean at least some of which are in the form of a prism.
  • the method of ultrasound diagnostics of a vertically oriented defect in a test object with a surface edge is characterized by the fact that they have a direct radiating transducer and a receiving transducer on the mating sides of the test object, they sound this object with a radiating transducer mainly at an angle of 90 ° to the input surface and irradiate the defect with longitudinal and / or transverse ultrasonic waves, register the transformer deformed at the edges with a receiving transducer CTA or defect and the edge surface of the object of control longitudinal and / or transverse ultrasonic waves, and the presence and characteristics of a defect is judged by the amplitude and time of arrival of said transformed waves.
  • the waves are recorded by the receiving transducer after their transformation on the sharp edge of the defect or rib with a solid angle a from 15 to 135 °.
  • the emitting and receiving converters are located in compliance with conditions (1) and (2):
  • L is the distance from the acoustic axis of the emitting transducer to the edges of the surface of the object of control.
  • h is the distance from the acoustic axis of the receiving transducer to the edges of the surface of the control object;
  • H is the thickness of the object of control.
  • transformed waves are isolated from condition (3):
  • Atr is the amplitude of the transformed waves
  • AO is the threshold level
  • the device for ultrasonic monitoring of metal products of a prismatic shape contains emitting and receiving ultrasonic converters, technical means for positioning and moving the converters, and an electronic unit for generating, amplifying and processing electrical signals associated with ultrasonic converters.
  • these transducers are direct, the technical means for their positioning and movement is arranged to arrange the transducers on the sides of the prismatic body conjugated along the surface edge in a plane perpendicular to the specified rib, and linearly move the transducers while maintaining their relative position along the said rib.
  • the electronic unit contains functional units that provide sounding of metal products, registration of transformed at the edges of the defect or defect and ribs metal products surfaces of longitudinal and / or transverse ultrasonic waves, as well as processing of measurement information.
  • the technical means for positioning and moving the transducers is configured to set the distance from the acoustic axis of the emitting transducer to the edge of the prismatic body surface from condition (1) and the distance from the acoustic axis of the receiving transducer to the edge of the prismatic body surface from condition (2).
  • the emitting transducer is an EMAT or probe
  • the receiving transducer is an EMAT
  • the technical means for positioning and moving the transducers is configured to expose the transducers without mechanical contact with the side surface of a prismatic body.
  • the device contains a number of emitting and a number of receiving transducers, the number and location of which are selected from the conditions for ensuring the sounding of metal products up to a width of 1000 mm from the edge of its surface and recording ultrasonic waves over the entire thickness of this metal product.
  • the functional unit for processing the measurement information is configured to analyze the amplitudes and arrival times of the transformed longitudinal and / or transverse ultrasonic waves from the radiating transducer.
  • the functional unit for processing the measurement information is configured to extract signals from transformed longitudinal and / or transverse ultrasonic waves from condition (3).
  • FIG. 1 flaw detector during scanning, front view and plan view.
  • FIG. 2-4 identification and diagnosis of a defect in the near-surface, central, and bottom zones of the test object, front view.
  • FIG. 5 angular range of the rib of the test object, front view.
  • FIG. 6 generalized flaw detector operation algorithm.
  • FIG. 7-10 layout options of the node of ultrasonic converters.
  • FIG. 11-13 transducer assembly, front, top, and sectional views.
  • This embodiment of the invention is shown by the example of ultrasonic testing of the edge region Z (Fig. 1) of a flat steel plate 1 of rectangular cross section with a large ratio of width W to thickness H (slab).
  • Plate 1 is fed into the control zone in a horizontal position along the roller table 2. Automation sets the ultrasonic flaw detector the device to its original position and begins to control by scanning the body of the plate 1 by ultrasound sounding.
  • the flaw detector is intended for ultrasonic testing of prismatic metal products, contains a pair of electro-acoustic transducers 3 and 4, respectively, for emitting and receiving ultrasonic waves, coordinate technical means 5 for positioning and moving the transducers 3 and 4 relative to the plate 1 in the Z region by means of servo drives, as well as electronic block b for generating, amplifying and processing electrical signals.
  • the electronic unit 6 is electrically connected with the converters 3 and 4, as well as with the servos of the technical means 5.
  • the converters 3 and 4 are connected to the supporting elements of the technical means 5.
  • the emitting transducer 3 is direct, which is necessary for the propagation of the ultrasonic wave from it at an angle of 90 ° to the input surface, that is, for the location of the acoustic axis of the ultrasonic beam normal to the upper surface of the plate 1.
  • the converter 4 is preferably performed in the form of an EMAT.
  • the technical means 5 has a beam structure with at least three guides for moving the transducer 3 along and across the upper surface of the plate 1, and the transducer
  • the technical means 5 is arranged to arrange the transducers 3 and 4 on the sides of the plate 1 mated along the edge E in a plane perpendicular to the edge E, as this is shown in FIG. 1, as well as the linear movement (stroke) of the transducers 3 and 4 while maintaining their relative position along the edge E due to the hinge.
  • the technical means 5 for positioning and moving the transducers 3 and 4 has such geometric dimensions and configuration due to which conditions (1) and (2) are satisfied.
  • the technical means 5 is configured to expose the receiving EMAT 4 without mechanical contact with the side surface of the plate 1, for which it is equipped with a hinge device that monitors the gap in the area of acoustic contact. If the use of a probe 3 as a transducer is permissible, it is necessary to ensure the possibility of creating good acoustic contact through a layer of liquid.
  • the electronic unit 6 contains functional units that provide the generation of electrical signals for sounding plate 1, the registration of received signals, as well as the processing of measurement information, including the selection of a useful signal.
  • the functional unit for processing the measurement information is configured to analyze the amplitudes and time of arrival of bulk ultrasonic waves.
  • the sensitivity of the flaw detector is adjusted according to the artificial defect, which is equivalent in reflectivity to real defects to be detected and diagnosed.
  • the equipment is adjusted by setting the rejection level Abr, for which maximum amplitude of the measuring signal from this artificial defect.
  • Abr the rejection level
  • a signal with an amplitude of ⁇ 3 dB from the equivalent reflectivity of the artificial defect will be displayed.
  • the threshold level of AO exceeds the amplitude of the Rayleigh waves, the reflected waves and acoustic noise.
  • the emitting and receiving transducers 3 and 4 are located on the sides of the plate 1 conjugated along the edge E so that the transducers 3 and 4 are deployed relative to each other and directed inside the body of the plate 1 with the intersection of their acoustic axes, and the transducers 3 and 4 divides on the surface of the plate 1 only one rib E (Fig. 1).
  • the transducers 3 and 4 are positioned in the area, setting these transducers at the starting point of the scan.
  • the required number of electrical pulses with the required parameters is supplied and the longitudinal and / or transverse volumetric ultrasonic waves sound a specific place in the Z region of the plate 1 by the radiating transducer 3, trying to ensure direct input of the ultrasonic beam, normal to the top surface of the plate 1
  • transverse (shear) waves are used, which is associated with a higher radiation efficiency and a smaller possible wavelength at a constant frequency, which increases the sensitivity to defects small size. If it is necessary to reduce attenuation, for example, when monitoring an object with a coarse-grained metal structure, it is advisable to use longitudinal waves.
  • the strip is automatically first scanned in the Z region, moving the emitting transducer 3 along the plate 1 along the longitudinal guide of the technical means 5, then the transducer 3 is further shifted along the transverse guide of the technical means 5 and the next strip is scanned. Similarly, the transducer 4 is moved along the longitudinal and vertical guides of the technical means 5. As a result, the region Z is scanned over its entire area and to the full thickness I of the plate 1.
  • a vertically oriented defect 7 is present in the body of the plate 1 in the form of a crack-type discontinuity (Fig. 2-4), then, when the plate 1 is sounded by longitudinal and / or transverse ultrasonic waves, this defect is also irradiated 7. In this case, the transducers 3, 4 and defect 7 are in the same plane.
  • a transverse wave when a defect 7 is incident on the surface generates a reflected transverse wave and a transformed longitudinal wave having wide radiation patterns.
  • a longitudinal wave is reflected and a transformed shear wave occurs, both waves also propagate in different directions and are recorded by the receiving transducer 4.
  • waves 8 partially flow from the surface of the defect 7 directly below the surface of the plate 1, moving in the opposite initial direction, upward from the lower edge of the defect 7.
  • Propagating along the flat surface of the plate 1 of the wave 8 reach the ribs E and partially transform into transverse and / or longitudinal waves 10.
  • the receiving transducer 4 is located in the immediate vicinity of the upper rib E, which is required for recording as waves 9, t and waves 10 transformed at defect 7 and at edge E, respectively.
  • the perpendicular arrangement of the acoustic axes of the transducers 3 and 4 is preferable, however, the diffraction waves 9 fan out in different directions, which makes it possible to register even with inaccurate installation of the transducers 3 and 4.
  • the vertically oriented defect 7 is located in the middle part of the plate 1 (Fig. 3)
  • transformed diffraction waves 9 are formed on the sharp edges of the defect 7, which are also longitudinal and / or transverse.
  • waves 9 are recorded by a receiving transducer 4 located in the middle of the plate 1. Waves 10 do not occur.
  • the obtained useful signals carry information about the amplitude and arrival time of the transformed waves 9 and 10. Knowing the spatial coordinates of the transducers 3 and 4, as well as the propagation velocity of the body and surface waves, the attenuation of the signals, make a conclusion about the presence in the plate 1 of a vertically oriented defect 7, calculate it size and localization, which forms the basis of the diagnostic report (Fig. 6).
  • transducer 4 Due to the location of the transducers 3 and 4 on the sides of the plate 1 connected along the E edge and the sounding of the plate 1 by the transducer 3 mainly at an angle of 90 ° to the input surface by longitudinal and / or transverse ultrasonic waves, it became possible for the transducer 4 to register defect 7 or defect 7 and edges transformed at the edges E of the surface of the plate 1 of longitudinal and / or transverse ultrasonic waves over the entire cross section of the plate 1, which allows you to completely eliminate the "dead" control zone of the steel plate 1 with the edges of the surface for ultrasound diagnostics vertically oriented defects.
  • a direct emitting transducer 3 uses a direct emitting transducer 3, and the technical means 5 for positioning and moving the transducers are arranged to arrange the transducers 3, 4 on the sides of the prismatic plate 1 mated along the edge E in a plane perpendicular to the edge E, and linearly move the transducers 3 fixed by the hinge, 4 with maintaining their relative position along the edge E.
  • this control scheme reduced the requirements for the quality of the surface of the plate 1, since the presented configuration allows for inaccurate installation of the transducers 3 and 4, for example, due to scale on the surface of the plate 1 or the uneven shape of the side face.
  • transducers 3, 4 are used, characterized by the ability to work without mechanical contact with the surface of the test object, and the technical means 5 is configured to expose the transducers without mechanical contact with the surface of the plate 1. This is especially important for the side surface of the plate 1, in practice, it turns out to be much more uneven in comparison with the upper flat surface of the plate 1 and representing difficulties for holding the acoustic fluid. For this reason, an EMAT or a probe with protective ski and acoustic liquid, and as a receiving transducer 4 EMAT.
  • the analysis of the amplitudes and arrival times of the transformed waves 9, 10 in order to determine the presence and characteristics of defect 7 leads to an increase in the reliability of diagnostics, according to compared with solutions based, for example, on the analysis of signals from 8 Rayleigh waves.
  • the greatest degree of reliability can be achieved when the receiving transducer 4 records ultrasonic waves after their transformation on the sharp edge of defect 7 or rib E with a solid angle of 15 to 135 °.
  • the transducers 3, 4 are located at a distance from the surface of the controlled plate 1, protection of the transducers from mechanical and thermal influences is not required, which also simplifies the design of the flaw detector.
  • the direct introduction of the ultrasonic wave makes the decoding of the obtained data easier, due to the absence of additional signals due to the re-reflection of the waves from the faces of the plate 1 and the possibility of isolating the transformed waves 9, 10 based on condition (3), which is preferred in practice.
  • This technical solution allows to provide reliable industrial ultrasonic control of any prismatic metal products with surface ribs in industrial conditions.
  • the transducer assembly (Fig. 7) contains a first ultrasonic transducer 11, a second ultrasonic transducer 12 and a mount 13. Both transducers 11, 12 are direct, capable of emitting and receiving volumetric longitudinal and / or transverse ultrasonic waves as transducers 3 and 4. Mount 13 rigidly connects the converters 11, 12 to each other. If the body of the transducers is attached to the shape of a direct prism 14, characterized by the presence of an edge of the surface E, the working surfaces of the transducers 11, 12 will be lying mainly without a gap on the edges of the prism
  • the transducer assembly is expediently performed in a multi-channel design.
  • the first transducer 11 is part of the first group 15 of ultrasonic transducers arranged along the line in a row subject to the condition of predominant parallelism of their acoustic axes (Fig. 8). In the process of scanning the radiation patterns of the transducers in group 15 are perpendicular to the object of control and provide overlapping zones between adjacent emitting transducers.
  • the second transducer 12 is part of the second group 16 of ultrasonic transducers located along the line in a row subject to the condition of predominant parallelism of their acoustic axes (Fig. 9).
  • These layouts are suitable, depending on the orientation of the assembly, for monitoring objects with a thickness of I less than 15 mm under condition (1) or for monitoring objects with a thickness of I more than 40 mm in a narrower edge zone.
  • the first converter 11 is part of the first group
  • the second transducer 12 is part of the second group 16 subject to the condition of predominant parallelism of their acoustic axes in groups 15, 16 (Fig. 10).
  • the simultaneous fulfillment of conditions (1) and (2) is achieved, and the scan continuity reaches 100% by area in one pass.
  • the acoustic axes of all these transducers lie in the same plane F and are directed inside the prism 14, and the number and location of the transducers are selected from conditions (1) and (2). All converters of the same group simultaneously operate on radiation or on the reception of ultrasonic waves, for which the electronic unit 6 is performed with the appropriate number of channels for controlling and processing the measurement information.
  • the mount 13 is made in the form of a carriage 17 with wheels 18 for moving the assembly during longitudinal scanning.
  • the carriage 17 includes a base 19 for mounting the assembly to the guides of the technical means 5 for positioning and moving.
  • An arm 20 carrying the EMAT 21 and 22 is rigidly connected to the base 19.
  • EMAT 21 and 22 are the first and second converters 11 and 12.
  • the design of the assembly is extremely simple and resistant to vibrational loads, and due to the multichannelity, the continuity of control is increased and the probability of skipping a defect when monitoring in motion at speed is reduced, since the need for transverse and / or vertical scanning of the control object has disappeared.

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

Техническое решение относится к неразрушающему контролю металлопродукции в промышленных условиях. Способ предназначен для ультразвуковой диагностики вертикально ориентированного дефекта в объекте контроля с ребром поверхности. Прямой излучающий преобразователь и приемный преобразователь располагают на сопряженных по ребру сторонах объекта контроля. Прозвучивают объект излучающим преобразователем под углом 90 к поверхности ввода. Облучают при этом дефект объемными УЗ волнами. Регистрируют приемным преобразователем трансформированные на краях дефекта или дефекта и ребра поверхности объекта контроля объемные УЗ волны. О наличии и характеристиках дефекта судят по амплитуде и времени прихода трансформированных волн. В результате полностью устранены «мертвые» зоны контроля. Снижены требования к качеству поверхности объекта контроля. Кроме того повышена достоверность диагностики. Помимо этого техническое решение упрощено. Также достигнуто увеличение сплошности контроля и уменьшена вероятность пропуска дефекта при контроле в движении на скорости.

Description

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА ВЕРТИКАЛЬНО- ОРИЕНТИРОВАННЫХ ДЕФЕКТОВ В ПРИЗМАТИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ
Область техники Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к средствам для ультразвуковой (УЗ) диагностики вертикально ориентированных дефектов в прикромочной зоне. Основной областью применения технического решения является промышленная высокопроизводительная потоковая диагностика трещин в такой призматической металлопродукции любых марок сталей как сляб, блюм, поковка, а также металлопрокат, лист и рулон.
Предшествующий уровень техники
Вертикально ориентированные дефекты в виде несплошностей типа трещина относятся к категории высокоопасных и трудновыявляемых дефектов металлопродукции. Дефект называют вертикально ориентированным или просто вертикальным, если он расположен преимущественно по нормали к поверхности тела. На практике такие дефекты встречаются по всей толщине тела, что определяет важность диагностики дефектов этого вида и одновременно с этим требует проведения сплошного контроля по всей толщине объекта.
Известны следующие основные методы УЗ контроля для выявления и диагностики вертикально ориентированных дефектов. Дифракционно-временной метод (ДВМ) , описание принципа которого представлено, в частности, в патентном документе US 6606910 В1 от 19.08.2003, получающий в настоящее время все большее распространение, чувствителен практически к любому виду дефектов, включая вертикально ориентированные. ДВМ включает излучение наклонной УЗ волны, регистрацию отдельным преобразователем дифрагированных на несплошности УЗ волн и анализ времени их распространения. Однако ДВМ подвержен действию шумов от зерен металла в материале контролируемого изделия и неоднородности структуры металла, а также влиянию электрических помех. ДВМ требует применения контактного приемного пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) , что исключает возможность контроля в промышленных условиях объектов с неровной поверхностью, например, из-за технологических причин, включая окалину. Также к недостаткам ДВМ в его классическом понимании традиционно относят присутствие недоступных для контроля приповерхностных, придонных, а также краевых так называемых «мертвых» зон, недоступных для контроля, что связано с наклонным вводом объемной УЗ волны. Известны попытки уменьшения размера «мертвых» зон контроля, в частности, приповерхностной «мертвой» зоны путем спектрального анализа данных (CN 103543208 А от 29.01.2014) и дополнения ДВМ использованием головной волны (US 7168322 В2 от 30.01.2007) , что однако не делает ДВМ полностью свободным от этого серьезного недостатка. Также для ДВМ критично качество акустической связи между излучающим и приемным преобразователями, определяемое точностью их соосности. Однако в промышленных условиях сохранить правильное позиционирование преобразователей практически невозможно из-за вибрации, сопровождающей реальный процесс производства металлопродукции. Вибрация сбивает юстировку преобразователей и тем самым делает ДВМ контроль недостоверным. Дельта-метод (ДМ) , являющийся разновидностью зеркального метода, высокочувствителен к вертикально ориентированным дефектам. Объект контроля прозвучивают наклонным УЗ пучком и регистрируют переизлученные краями несплошности УЗ волны, учитывая при этом сигнал от донной поверхности объекта контроля. Применение ДМ описано, в том числе, в US 8051717 B2 от 08.11.2011. Однако ДМ применим для контроля вертикально ориентированных дефектов только в средней части объекта контроля из-за присущих ДМ «мертвых» зон контроля. Причем контроль объектов толщиной более 15 мм затруднен из-за сложности настройки чувствительности и оценки величины дефектов. Помимо этого при контроле малых толщин измерительные сигналы сливаются из-за недостаточной разрешающей способности ДМ. Так как ДМ требует применения ПЭП, то ДМ невозможно использовать для контроля объектов, имеющих на поверхности технологические неровности, характерные для обычных промышленных условий. Также к недостаткам ДМ относится низкая скорость сканирования из-за необходимости раздельного перемещения излучающих и приемных преобразователей. По этой причине контроль в движении практически невозможен, что обуславливает неприемлемо низкую производительность ДМ в промышленных условиях. ДМ находит применение для контроля сварных соединений, когда объем контроля ограничен сварным швом, так как необходимо установить связь между излучателем и приемником, обеспечивая сканирование определенного сечения тела. Вследствие чего ДМ не применим при контроле призматической металлопродукции даже на ширину до 1000 мм по причине невозможности настройки стабильного акустического тракта и получения достаточного полезного сигнала для сплошного контроля металлопродукции.
Не лишен «мертвых» зон контроля и известный под названием «тандем» вариант зеркального эхо-метода, описание принципа которого дано, в частности, в US 8578580 В2 от 12.11.2013. «Тандем» считается наиболее достоверным при обнаружении вертикально ориентированных дефектов, особенно плоскостных. Объект контроля сканируют с применением двух наклонных преобразователей, выступающих в качестве излучателя и приемника, характеризующихся равными углами преломления в плоском теле и направленностью УЗ пучков в одинаковом направлении. При этом плоскость, в которой лежат оси УЗ пучков, перпендикулярна поверхности ввода. Регистрируют УЗ импульс, зеркально отраженный сначала от несплошности, а затем от донной, то есть обратной, поверхности объекта контроля. «Тандем» на практике применим для контроля объектов толщиной более 40 мм. Контроль в движении затруднен из-за недостоверности результатов, так как измерительные сигналы возникают только при наличии несплошностей, при отрыве преобразователя от поверхности объекта контроля происходит потеря акустического контакта и регистрируется ложное срабатывание. Поэтому «тандем» не может быть использован в промышленных условиях, связанных с большими объемами контроля.
Еще одним методом методом, позволяющим обнаруживать вертикально ориентированные дефекты, является зеркально-теневой метод (ЗТМ) , работающий по ослаблению от дефекта амплитуды донного сигнала (SU 1056048 А1 от 23.11.1983) . На практике донный сигнал выделяют при помощи стробирующего импульса. При попадании сигнала, многократно переотраженного от несплошности и поверхности ввода, в пределы стробирующего импульса, возникает опасность пропуска дефекта в «мертвой» зоне около поверхности ввода УЗ волны. Кроме того, ЗТМ применим для контроля объектов толщиной более 40 мм.
Однако при помощи известных методов контроль призматической металлопродукции в промышленных условиях не возможен по следующим причинам.
Все перечисленные методы характеризуются очень малой площадью сканирования, что ограничивает их практическое применение контролем сварного шва.
Эти методы имеют «мертвую» зоны, что приемлемо при контроле участка только под валиком сварного шва, так как изменение углов ввода для уменьшения «мертвой» зоны приведет к зарождению других видов УЗ волн.
Для получения информации контроля необходимо выставление излучателя и приемника для создания акустического тракта. В случае ПЭП с течением времени происходит истирание протектора, после чего дефектоскопист должен произвести притирку, определить реальный угол ПЭП и выставить повторно излучатель и приемник, что в условиях промышленного потокового контроля невозможно, как и применение иммерсионного метода создания акустического контакта.
При контроле не должно быть никаких вертикальных смещений объекта контроля, что также не выполнимо на производстве.
Известные методы крайне чувствительны к чистоте поверхности ввода, которая для получения приемлемого результата должна быть без окалины и грубой шероховатости.
Перечисленные методы чувствительны к структуре и зернистости объекта контроля из-за работы на практике на больших частотах прозвучивания.
Помимо основных методов УЗ контроля известен способ диагностики дефектов поверхностного слоя металлопроката и устройство для его осуществления по RU 2262689 С1 от 20.10.2005. Известный способ заключается в том, что по световодам к поверхности объекта контроля, представляющего собой, в частности, листовой прокат с ребрами поверхности, посылают импульсы лазерного излучения для генерирования волн Релея, облучают волной Релея дефект, регистрируют трансформированную дефектом УЗ волну, накладывают на объект контроля магнитное поле и регистрируют рассеянный дефектом магнитный поток, модулированный УЗ волной. О глубине, ориентации и раскрытии дефекта судят по амплитуде и поляризации трансформированной УЗ волны и переменной составляющей рассеянного магнитного потока. Причем изменяя взаимное расположение преобразователей и световодов осуществляют диагностику приповерхностных дефектов любой конфигурации. Как отмечается в RU 2262689 С1 , способ весьма эффективен в практическом применении, так как, в частности, позволяет обнаруживать дефекты, которые другими способами не обнаруживаются или их обнаружение существенно затруднено. Однако один из существенных недостатков известного способа заключается в том, что он применим для контроля только поверхностных и подповерхностных трещин. То есть имеется «мертвая» зона, превышающая длину распространяющейся волны Релея. Регистрация УЗ волн предполагается при помощи электромагнитно- акустического преобразователя (ЭМАП) или ПЭП. В случае ЭМАП существует риск пропуска дефектов, так как выявление выполнимо только при нахождении ЭМАП непосредственно над дефектом, как изображено на схеме III, представленной в RU 2262689 С1 фиг. 4, что оказывается существенным недостатком при контроле на скорости. В свою очередь при использовании ПЭП важно создание акустического контакта при контроле, для чего необходима ровная поверхность для притирки преобразователя и объекта контроля, в противном случае возникнет потеря акустического контакта и достоверность контроля не будет обеспечена, что делает известный способ в варианте с ПЭП неприменимым для контроля объектов с неровной поверхностью, например, с окалиной. Используемая в способе по RU 2262689 С1 волна Релея, как любая волна такого вида, не распространяется вглубь объекта контроля, а как бы «облизывает» поверхность, что при наличии неровностей поверхности, окалины, либо грубой шероховатости будет постоянно приводить к регистрации ложных срабатываний дефектоскопа. На практике поверхностные волны релеевского типа применяют при отсутствии возможности проведения магнитного или капиллярного метода, то есть для обнаружения дефектов, непосредственно выходящих на поверхность ввода или залегающих на глубине не более длины волны, что не решает существующей проблемы металлургических производств, а именно, способ по RU 2262689 С1 не обеспечивает выявление внутренних и подповерхностных дефектов, глубина залегания которых превышает длину волны Релея. Также к недостаткам известного способа следует отнести сложность его реализации из-за применения лазерной техники и возможности приема сигнала от дефекта только при нахождении приемного преобразователя непосредственно над дефектом, что делает конструкцию сложной из-за большого количества необходимой электроники, включая генераторы, аналоговые цифровые преобразователи и мощную вычислительную технику. Кроме того, известное решение ограничено только контролем металлопроката, без охвата существующей в промышленности проблемы, связанной с дефектностью и в другой металлопродукции, такой как сляб, поковка, блюм, лист и рулон. Таким образом ни один из известных способов не применим на практике для промышленной высокопроизводительной потоковой дефектоскопической диагностики из-за несоответствия предъявляемым требованиям в их совокупности. Раскрытие изобретения
Технической задачей является обеспечение в промышленных условиях достоверного УЗ контроля любой призматической металлопродукции, под которой понимаются объекты хотя бы часть которых имеет форму призмы.
Обеспечиваемый положительный эффект заключается, по отношению к техническому решению по RU 2262689 С1, в том, что:
• при УЗ диагностике вертикально ориентированных дефектов полностью устранены «мертвые» зоны контроля металлопродукции с ребрами поверхности;
• снижены требования к качеству поверхности объекта контроля;
• повышена достоверность диагностики, в частности, благодаря нечувствительности к вертикальным перемещениям объекта контроля в процессе движения и стойкости к вибрационным нагрузкам;
• способ и его осуществление упрощены с обеспечением при этом:
— возможности диагностики как продольных, так и поперечных вертикально ориентированных дефектов в однородной и неоднородной по своей структуре призматической металлопродукции, представляющей собой как тонкие, так и толстые тела, с толщиной менее 15 мм и более 40 мм соответственно;
— большой ширины сектора сканирования в прикромочной зоне до 1000 мм, дающей 100% плотность сканирования по площади. • увеличена сплошность контроля и уменьшена вероятность пропуска дефекта при контроле в движении на скорости.
Указанное достигается благодаря тому, что способ УЗ диагностики вертикально ориентированного дефекта в объекте контроля с ребром поверхности характеризуется тем, что располагают прямой излучающий преобразователь и приемный преобразователь на сопряженных по ребру сторонах объекта контроля, прозвучивают данный объект излучающим преобразователем преимущественно под углом 90° к поверхности ввода и облучают при этом дефект продольными и/или поперечными УЗ волнами, регистрируют приемным преобразователем трансформированные на краях дефекта или дефекта и ребра поверхности объекта контроля продольные и / или поперечные УЗ волны, а о наличии и характеристиках дефекта судят по амплитуде и времени прихода указанных трансформированных волн.
В частном случае регистрируют приемным преобразователем волны после их трансформации на остром крае дефекта или ребра с телесным углом а от 15 до 135°.
В другом частном случае располагают излучающий и приемный преобразователи с соблюдением условий (1) и (2) :
Figure imgf000012_0001
Где L — расстояние от акустической оси излучающего преобразователя до ребра поверхности объекта контроля.
0 ^ h ίζ H (2) Где h— расстояние от акустической оси приемного преобразователя до ребра поверхности объекта контроля;
Н— толщина объекта контроля.
Также в частном случае выделяют трансформированные волны из условия (3) :
Atr АО (3)
Где Atr— амплитуда трансформированных волн, АО— пороговый уровень.
Кроме того положительный эффект достигается благодаря тому, что устройство для УЗ контроля металлопродукции призматической формы содержит излучающий и приемный УЗ преобразователи, техническое средство для позиционирования и перемещения преобразователей и электронный блок для генерирования, усиления и обработки электрических сигналов, связанный с УЗ преобразователями. При этом данные преобразователи являются прямыми, техническое средство для их позиционирования и перемещения выполнено с возможностью расположения преобразователей на сопряженных по ребру поверхности сторонах тела призматической формы в плоскости, перпендикулярной указанному ребру, и линейного перемещения преобразователей с сохранением их взаимного положения вдоль упомянутого ребра. Причем электронный блок содержит функциональные узлы, обеспечивающие прозвучивание металлопродукции, регистрацию трансформированных на краях дефекта или дефекта и ребра поверхности металлопродукции продольных и/или поперечных УЗ волн, а также обработку измерительной информации.
В частном случае техническое средство для позиционирования и перемещения преобразователей выполнено с возможностью выставления расстояния от акустической оси излучающего преобразователя до ребра поверхности тела призматической формы из условия (1) и расстояния от акустической оси приемного преобразователя до ребра поверхности тела призматической формы из условия (2).
В другом частном случае излучающий преобразователь является ЭМАП или ПЭП, а приемный преобразователь представляет собой ЭМАП.
В еще одном частном случае техническое средство для позиционирования и перемещения преобразователей выполнено с возможностью выставления преобразователей без механического контакта с боковой поверхностью тела призматической формы.
В частном случае устройство содержит ряд излучающих и ряд приемных преобразователей, количество и расположение которых выбраны из условий обеспечения прозвучивания металлопродукции на ширину до 1000 мм от ребра ее поверхности и регистрации УЗ волн по всей толщине данной металлопродукции.
Также в частном случае функциональный узел для обработки измерительной информации выполнен с возможностью анализа амплитуд и времени прихода трансформированных продольных и/ или поперечных УЗ волн от излучающего преобразователя. В другом частном случае функциональный узел для обработки измерительной информации выполнен с возможностью выделения сигналов от трансформированных продольных и/или поперечных УЗ волн из условия (3) . Описание фигур чертежей
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.
Фиг. 1 : дефектоскопическое устройство в процессе сканирования, вид спереди и в плане.
Фиг. 2-4: выявление и диагностика дефекта в приповерхностной, центральной и придонной зонах объекта контроля, вид спереди.
Фиг. 5: угловой диапазон ребра объекта контроля, вид спереди.
Фиг. 6: обобщенный алгоритм работы дефектоскопического устройства.
Фиг. 7-10: варианты компоновки узла УЗ преобразователей.
Фиг. 11-13: узел преобразователей, вид спереди, сверху и в разрезе.
Лучший вариант осуществления изобретения для промышленной диагностики трещин в металлической плите
Данный вариант осуществления изобретения показан на примере УЗ контроля прикромочной области Z (фиг. 1) плоской стальной плиты 1 прямоугольного сечения с большим отношением ширины W к толщине H (сляб) .
Плиту 1 подают в зону контроля в горизонтальном положении по рольгангу 2. Автоматика устанавливает УЗ дефектоскопическое устройство в исходное положение и начинает контроль, сканируя тело плиты 1 путем УЗ прозвучивания.
Дефектоскопическое устройство предназначено для УЗ контроля металлопродукции призматической формы, содержит пару электроакустических преобразователей 3 и 4, соответственно для излучения и приема УЗ волн, координатное техническое средство 5 для позиционирования и перемещения преобразователей 3 и 4 относительно плиты 1 в области Z посредством сервоприводов, а также электронный блок б для генерирования, усиления и обработки электрических сигналов. Электронный блок 6 электрически связан с преобразователями 3 и 4, а также с сервоприводами технического средства 5. Преобразователи 3 и 4 соединены с несущими элементами технического средства 5.
Излучающий преобразователь 3 является прямым, что необходимо для распространения УЗ волны от него под углом 90° к поверхности ввода, то есть для расположения акустической оси УЗ пучка нормально к верхней поверхности плиты 1. Преобразователь
3 представляет собой ПЭП или ЭМАП, а преобразователь 4 предпочтительно выполнять в виде ЭМАП.
Техническое средство 5 имеет балочную конструкцию с по меньшей мере тремя направляющими для перемещения преобразователя 3 вдоль и поперек верхней поверхности плиты 1, а преобразователя
4 вдоль и вверх-вниз относительно боковой поверхности плиты 1 , таким образом техническое средство 5 выполнено с возможностью расположения преобразователей 3 и 4 на сопряженных по ребру Е сторонах плиты 1 в плоскости, перпендикулярной ребру E, как это показано на фиг. 1 , а также линейного перемещения (хода) преобразователей 3 и 4 с сохранением их взаимного положения вдоль ребра Е благодаря шарниру. Причем техническое средство 5 для позиционирования и перемещения преобразователей 3 и 4 имеет такие геометрические размеры и конфигурацию, благодаря которым выполняются условия (1) и (2) . Кроме того, техническое средство 5 выполнено с возможностью выставления приемного ЭМАП 4 без механического контакта с боковой поверхностью плиты 1, для чего снабжено следящим за зазором в области акустического контакта шарнирным приспособлением. Если использование в качестве преобразователя 3 ПЭП оказывается допустимым, то необходимо обеспечить возможность создания хорошего акустического контакта посредством слоя жидкости.
Электронный блок 6 содержит функциональные узлы, обеспечивающие генерирование электрических сигналов для прозвучивания плиты 1, регистрацию принятых сигналов, а также обработку измерительной информации, включая выделение полезного сигнала. Функциональный узел для обработки измерительной информации выполнен с возможностью анализа амплитуд и времени прихода объемных УЗ волн.
Перед началом сканирования настраивают чувствительность дефектоскопического устройства по искусственному дефекту, эквивалентному по отражающей способности реальным дефектам, подлежащим выявлению и диагностике. Настройку оборудования производят устанавливая браковочный уровень Abr, для чего получают максимум амплитуды измерительного сигнала от данного искусственного дефекта. При наличии реального дефекта будет отображен сигнал с амплитудой ±З дБ от эквивалентно равному по отражающей способности искусственного дефекта.
После этого задают пороговый уровень АО в электронном блоке 6. Пороговый уровень АО превышает амплитуду волн Релея, переотраженных волн и акустических помех.
Посредством технического средства 5 располагают излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 на сопряженных по ребру Е сторонах плиты 1 так, что преобразователи 3 и 4 развернуты друг по отношению у другу и направлены внутрь тела плиты 1 с пересечением их акустических осей, причем преобразователи 3 и 4 разделяет по поверхности плиты 1 только одно ребро Е (фиг. 1) .
Затем позиционируют преобразователи 3 и 4 в области , устанавливая данные преобразователи в начальную точку сканирования.
Исходя из материала и размера плиты 1 подают необходимое число электрических импульсов с требуемыми параметрами и прозвучивают продольными и / или поперечными объемными УЗ волнами конкретное место в области Z плиты 1 излучающим преобразователем 3, стараясь обеспечить прямой ввод УЗ пучка, по нормали к верхней поверхности плиты 1. На практике допустимо расположение преобразователя под углом в диапазоне от 90 до 45° к нормали поверхности, например, из-за неровной поверхности ввода. Как правило, используют поперечные (сдвиговые) волны, что связано с более высоким коэффициентом полезного действия излучения и с меньшей возможной длиной волны при постоянной частоте, что повышает чувствительность к дефектам небольшого размера. В случае необходимости уменьшения затухания, например, при контроле объекта с крупнозернистой структурой металла, целесообразно применение продольных волн.
Систематически смещая положение УЗ пучка автоматически сканируют сначала полосу в области Z, перемещая излучающий преобразователь 3 вдоль плиты 1 по продольной направляющей технического средства 5, после чего дальше сдвигают преобразователь 3 по поперечной направляющей технического средства 5 и сканируют следующую полосу. Аналогично перемещают преобразователь 4 по по продольной и вертикальной направляющим технического средства 5. В результате область Z оказывается просканированной по всей своей площади и на полную толщину Я плиты 1.
Если в теле плиты 1 присутствует вертикально ориентированный дефект 7 в виде несплошности типа трещина (фиг. 2-4) , то следовательно при прозвучивании плиты 1 продольными и/или поперечными УЗ волнами облучению подвергается и этот дефект 7. При этом преобразователи 3, 4 и дефект 7 находятся в одной плоскости.
При вводе УЗ волны под близким к нормали поверхности плиты 1 углом, поперечные и/или продольные волны падают на верхний край дефекта 7 под углом с очень малой градусной мерой в силу вертикальной ориентированности дефекта 7. В результате на поверхности дефекта 7 возникают волны 8, представляющие собой поверхностные волны (волны Рэлея) и головные волны. Волны 8 распространяются вдоль поверхности дефекта 7 в направлении донной части плиты 1. На поверхности и острых краях дефекта 7 из-за краевой дифракции образуются трансформированные продольные и/или поперечные волны 9, регистрируемые приемным преобразователем 4. В случае, если 7 имеет угол вертикали относительно поверхности ввода, то помимо дифрагированных волн образуются трансформированные волны. Поперечная волна при падении на поверхность дефекта 7 порождает отраженную поперечную волну и трансформированную продольную волну, имеющие широкие диаграммы направленности. В случае излучения продольной волны от поверхности дефекта 7 отражается продольная волна и возникает трансформированная поперечная волна, обе волны также распространяются в различных направлениях и регистрируются приемным преобразователем 4.
При выходе вертикально ориентированного дефекта 7 на верхнюю поверхность плиты 1 (фиг. 2) волны 8 частично перетекают с поверхности дефекта 7 непосредственно под поверхность плиты 1, двигаясь в обратном первоначальному направлении, вверх от нижней кромки дефекта 7. Распространяясь вдоль плоской поверхности плиты 1 волны 8 достигают ребра Е и частично трансформируются в поперечные и/или продольные волны 10. Приемный преобразователь 4 при этом располагают в непосредственной близости от верхнего ребра Е, что требуется для регистрации как волн 9, так и волн 10, трансформированных на дефекте 7 и на ребре Е соответственно. При этом предпочтительно перпендикулярное расположение акустических осей преобразователей 3 и 4, однако дифракционные волны 9 расходятся веером в разные стороны, что делает возможным регистрацию и при не точной установке преобразователей 3 и 4. Если вертикально ориентированный дефект 7 находится в средней части плиты 1 (фиг. 3), то при падении на него объемной волны от излучающего преобразователя 3 на острых краях дефекта 7 образуются трансформированные волны 9 дифракции, которые также являются продольными и/или поперечными. В этом случае волны 9 регистрируют приемным преобразователем 4, расположенным в средней части плиты 1. Волны 10 при этом не возникают.
Диагностику вертикально ориентированного дефекта 7 в донной части плиты 1 (фиг. 4) производят аналогично тому, как это описано для дефекта 7, выходящего на верхнюю поверхность плиты 1 (фиг. 2) , располагая преобразователь 4 в донной части плиты 1 напротив дефекта 7.
Чем острее края дефекта 7 и ребра Е, тем выше коэффициент трансформации волн 8 в волны 9 и 10. Особенно заметная трансформация волн происходит на крае дефекта 7 или ребра Е с телесным углом 15° ^ =ξ 135° (фиг. 5), при настолько кривых краях плиты 1, что 0 ^ /3 ^ 15° и 0 ^ ^ 45°. На иных углах дифракция волн не происходит, то есть пришедшая волна 8 Релея протекает по поверхности без трансформации, пока не затухнет или не встретит острый край или ребро.
Таким образом реализуется возможность регистрации с боковой поверхности плиты 1 поперечных и/или продольных волн 9, трансформированных на поверхности или крае дефекта 7, которые отражаются в направлении не параллельном направлению излучения от преобразователя 3, а также возможность регистрации трансформированных поперечных и/или продольных волн 10, возникающих из волны Рэлея, проходящей через острое ребро Е плиты 1. То есть плиту 1 прозвучивают объемными УЗ волнами и принимают такие же по типу волны, только трансформированные. Далее, среди всех сигналов от регистрируемых преобразователем 4 волн необходимо выделить полезные сигналы именно от трансформированных волн 9 и 10. На практике это проще всего реализовать по условию (3) , отбрасывая все сигналы с амплитудой, меньшей заданного порогового уровня АО. Также исключают сигналы, явно меньшие по амплитуде браковочного уровня Abr.
Полученные полезные сигналы несут информацию об амплитуде и времени прихода трансформированных волн 9 и 10. Зная пространственные координаты преобразователей 3 и 4, а также скорости распространения объемных и поверхностных волн, ослабление сигналов, делают вывод относительно присутствия в плите 1 вертикально ориентированного дефекта 7, вычисляют его размер и локализацию, что ложится в основу диагностического заключения (фиг. 6).
Благодаря расположению преобразователей 3 и 4 на сопряженных по ребру Е сторонах плиты 1 и прозвучиванию плиты 1 преобразователем 3 преимущественно под углом 90° к поверхности ввода продольными и / или поперечными УЗ волнами стала возможной регистрация преобразователем 4 трансформированных на краях дефекта 7 или дефекта 7 и ребра Е поверхности плиты 1 продольных и/или поперечных УЗ волн по всему сечению плиты 1, что позволяет полностью устранить «мертвые» зоны контроля стальной плиты 1 с ребрами поверхности при УЗ диагностике вертикально ориентированных дефектов. Для этого используют прямой излучающий преобразователь 3, а техническое средство 5 для позиционирования и перемещения преобразователей выполняют с возможностью расположения преобразователей 3, 4 на сопряженных по ребру Е сторонах плиты 1 призматической формы в плоскости, перпендикулярной ребру Е, и линейного перемещения закрепленных шарниром преобразователей 3, 4 с сохранением их взаимного положения вдоль ребра Е. При этом обеспечена возможность диагностики как продольных, так и поперечных вертикально ориентированных дефектов 7 как в однородных, так и неоднородных по своей структуре плитах 1, для чего преобразователи 3, 4 целесообразно размещать исходя из выполнения условий (1) и (2).
Помимо исключения «мертвых» зон данная схема контроля снизила требования к качеству поверхности плиты 1, так как представленная конфигурация допускает не точную установку преобразователей 3 и 4, например, из-за окалины на поверхности плиты 1 или неровной формы боковой грани. Для этого же в качестве преобразователей 3, 4 использованы преобразователи, характеризующиеся возможностью работы без механического контакта с поверхностью объекта контроля, а техническое средство 5 выполнено с возможностью выставления преобразователей без механического контакта с поверхностью плиты 1. Особое значение это имеет для боковой поверхности плиты 1, на практике оказывающейся значительно более неровной по сравнению с верхней плоской поверхностью плиты 1 и представляющей сложности для удержания акустической жидкости. По данной причине в качестве излучающего преобразователя 3 применяют ЭМАП или ПЭП с защитной лыжой и акустической жидкостью, а в качестве приемного преобразователя 4 ЭМАП.
Благодаря тому, что амплитуда полезного сигнала от трансформированных волн 9, 10 характеризуется относительно высокой величиной, в частности, относительно акустических помех, анализ амплитуд и времени прихода трансформированных волн 9, 10 с целью определения наличия и характеристик дефекта 7 ведет к повышению достоверности диагностики, по сравнению с решениями, основанными, например, на анализе сигналов от волн 8 Релея.
Вертикальные смещения плиты 1, от которых невозможно избавиться в промышленных условиях, при прямом вводе УЗ волны не влияют на результаты диагностики дефекта 7, что также повышает достоверность диагностики.
Наибольшей степени достоверности удается достичь при регистрации приемным преобразователем 4 УЗ волн после их трансформации на остром крае дефекта 7 или ребра Е с телесным углом от 15 до 135°.
Прямое введение УЗ волны просто в применении и не требует настроечных операций типа выставления луча излучения под каждую единицу контроля. Это имеет важное значение при промышленной потоковой диагностике. Техническое средство 5 отличается простотой конструкции благодаря отсутствию котировочных механизмов, что обеспечивает стойкость к вибрационным нагрузкам и как следствие повышает достоверность диагностики.
Также при эксплуатации настоящего технического решения нет необходимости в постоянной проверке угла ввода, как это требуется в случае применения наклонных преобразователей, у которых угол ввода со временем уходит от заданного значения. Прямое введение УЗ волны позволяет ограничиться первоначальной настройкой чувствительности дефектоскопического устройства и практически сразу начать потоковый контроль больших объемов металлопродукции.
Так как преобразователи 3, 4 расположены на расстоянии от поверхности контролируемой плиты 1 , то не требуется защита преобразователей от механических и термических влияний, что также упрощает конструкцию дефектоскопического устройства.
Кроме того прямое введение УЗ волны делает расшифровку полученных данных более простой, благодаря отсутствию при этом дополнительных сигналов из-за переотражения волн от граней плиты 1 и возможности выделения трансформированных волн 9, 10 исходя из условия (3) , что является предпочтительным на практике.
Настоящее техническое решение позволяет обеспечить в промышленных условиях достоверный УЗ контроль любой призматической металлопродукции с ребрами поверхности.
На практике предпочтительна узловая компоновка УЗ преобразователей.
Узел преобразователей (фиг. 7) содержит первый УЗ преобразователь 11, второй УЗ преобразователь 12 и крепление 13. Оба преобразователя 11 , 12 являются прямыми, способны излучать и принимать объемные продольные и / или поперечные УЗ волны в качестве преобразователей 3 и 4. Крепление 13 жестко связывает преобразователи 11 , 12 между собой. Если к узлу преобразователей приложить тело в форме прямой призмы 14, характеризующейся наличием ребра поверхности Е, то рабочие поверхности преобразователей 11, 12 окажутся лежащими преимущественно без зазора на гранях призмы
14, в перпендикулярной указанным граням плоскости F.
Узел преобразователей целесообразно выполнять в многоканальном исполнении.
При этом первый преобразователь 11 входит в состав первой группы 15 УЗ преобразователей, расположенных по линии в ряд с соблюдением условия преимущественной параллельности их акустических осей (фиг. 8) . В процессе сканирования диаграммы направленности преобразователей в группе 15 оказываются перпендикулярными объекту контроля и обеспечивают перекрытие зон между соседними излучающими преобразователями. Или второй преобразователь 12 входит в состав второй группы 16 УЗ преобразователей, расположенных по линии в ряд с соблюдением условия преимущественной параллельности их акустических осей (фиг. 9) . Данные компоновки подходят, в зависимости от ориентации узла, для контроля объектов с толщиной Я менее 15 мм при выполнении условия (1) или для контроля объектов с толщиной Я более 40 мм в более узкой прикромочной зоне.
Или первый преобразователь 11 входит в состав первой группы
15, а второй преобразователь 12 входит в состав второй группы 16 с соблюдением условия преимущественной параллельности их акустических осей в группах 15, 16 (фиг. 10). При этом достигается одновременное выполнение условий (1) и (2) , а сплошность сканирования достигает 100% по площади за один проход. В любом случае акустические оси всех указанных преобразователей лежат в одной плоскости F и направлены внутрь призмы 14, а количество и расположение преобразователей выбраны из условий (1) и (2). Все преобразователи одной группы одновременно работают на излучение или на прием УЗ волн, для чего электронный блок 6 выполняют с соответствующим числом каналов для управления и обработки измерительной информации.
В примере конструкции узла преобразователей (фиг. 11-13) крепление 13 выполнено в виде каретки 17 с колесами 18 для перемещения узла при продольном сканировании. Каретка 17 содержит основание 19 для крепления узла к направляющим технического средства 5 для позиционирования и перемещения. С основанием 19 жестко соединен кронштейн 20, несущий ЭМАП 21 и 22. ЭМАП 21 и 22 являются первым и вторым преобразователями 11 и 12.
Конструкция узла крайне проста и стойка к вибрационным нагрузкам, а благодаря многоканальности увеличена сплошность контроля и уменьшена вероятность пропуска дефекта при контроле в движении на скорости, так как исчезла необходимость проведения поперечного и/или вертикального сканирования объекта контроля.

Claims

Формула изобретения
1. Способ ультразвуковой диагностики вертикально ориентированного дефекта в объекте контроля с ребром поверхности, характеризующийся тем, что располагают прямой излучающий преобразователь и приемный преобразователь на сопряженных по ребру сторонах объекта контроля, прозвучивают данный объект излучающим преобразователем преимущественно под углом 90° к поверхности ввода и облучают при этом дефект продольными и/или поперечными УЗ волнами, регистрируют приемным преобразователем трансформированные на краях дефекта или дефекта и ребра поверхности объекта контроля продольные и/или поперечные УЗ волны, а о наличии и характеристиках дефекта судят по амплитуде и времени прихода указанных трансформированных волн.
2. Способ по п. 1 , характеризующийся тем, что регистрируют приемным преобразователем волны после их трансформации на остром крае дефекта или ребра с телесным углом от 15 до 135°.
3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что располагают излучающий и приемный преобразователи из условий L ^ 1000 мм и 0 ^ h ίζ Я, где L — расстояние от акустической оси излучающего преобразователя до ребра поверхности объекта контроля, h — - расстояние от акустической оси приемного преобразователя до ребра поверхности объекта контроля, Н— толщина объекта контроля.
4. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что выделяют трансформированные волны из условия Atr ^ АО, где Atr— амплитуда трансформированных волн, АО— пороговый уровень.
5. Устройство для ультразвукового контроля металлопродукции призматической формы, содержащее излучающий и приемный
УЗ преобразователи, техническое средство для позиционирования и перемещения преобразователей и электронный блок для генерирования, усиления и обработки электрических сигналов, связанный с УЗ преобразователями, характеризующееся тем, что данные преобразователи являются прямыми, техническое средство для их позиционирования и перемещения выполнено с возможностью расположения преобразователей на сопряженных по ребру поверхности сторонах тела призматической формы в плоскости, перпендикулярной указанному ребру, и линейного перемещения преобразователей с сохранением их взаимного положения вдоль упомянутого ребра, при этом электронный блок содержит функциональные узлы, обеспечивающие прозвучивание металлопродукции, регистрацию трансформированных на краях дефекта или дефекта и ребра поверхности металлопродукции продольных и /или поперечных УЗ волн, а также обработку измерительной информации.
6. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что техническое средство для позиционирования и перемещения преобразователей выполнено с возможностью выставления L ^ 1000 мм и 0 ^ h ^ Я, где L— расстояние от акустической оси излучающего преобразователя до ребра поверхности тела призматической формы, h — расстояние от акустической оси приемного преобразователя до ребра поверхности тела призматической формы, Я — толщина тела призматической формы.
7. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что излучающий преобразователь является ЭМАП или ПЭП, а приемный преобразователь представляет собой ЭМАП.
8. Устройство по п. 7, характеризующееся тем, что техническое средство для позиционирования и перемещения преобразователей выполнено с возможностью выставления преобразователей без механического контакта с боковой поверхностью тела призматической формы.
9. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что содержит ряд излучающих и ряд приемных преобразователей, количество и расположение которых выбраны из условий обеспечения прозвучивания металлопродукции на ширину до 1000 мм от ребра ее поверхности и регистрации УЗ волн по всей толщине данной металлопродукции.
10. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что функциональный узел для обработки измерительной информации выполнен с возможностью анализа амплитуд и времени прихода трансформированных продольных и/или поперечных УЗ волн от излучающего преобразователя.
11. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что функциональный узел для обработки измерительной информации выполнен с возможностью выделения сигналов от трансформированных продольных и/или поперечных УЗ волн из условия Atr ^ АО, где Atr— амплитуда трансформированных волн, АО— пороговый уровень.
PCT/RU2015/000527 2015-08-20 2015-08-20 Ультразвуковая диагностика вертикально-ориентированных дефектов в призматической металлопродукции WO2017030458A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000527 WO2017030458A1 (ru) 2015-08-20 2015-08-20 Ультразвуковая диагностика вертикально-ориентированных дефектов в призматической металлопродукции
RU2017107109A RU2651431C1 (ru) 2015-08-20 2015-08-20 Способ промышленной ультразвуковой диагностики вертикально ориентированных дефектов призматической металлопродукции и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000527 WO2017030458A1 (ru) 2015-08-20 2015-08-20 Ультразвуковая диагностика вертикально-ориентированных дефектов в призматической металлопродукции

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017030458A1 true WO2017030458A1 (ru) 2017-02-23

Family

ID=58052102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000527 WO2017030458A1 (ru) 2015-08-20 2015-08-20 Ультразвуковая диагностика вертикально-ориентированных дефектов в призматической металлопродукции

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2651431C1 (ru)
WO (1) WO2017030458A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108008007A (zh) * 2017-12-26 2018-05-08 天津忠旺铝业有限公司 铝合金铸锭探伤设备及探伤方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184940U1 (ru) * 2018-09-04 2018-11-14 Открытое акционерное общество "Томская домостроительная компания" Рамка-держатель пьезоэлектрических преобразователей
RU205575U1 (ru) * 2021-04-19 2021-07-21 Закрытое акционерное общество "Ультракрафт" (ЗАО "Ультракрафт") Устройство для неразрушающего контроля

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02210257A (ja) * 1989-02-09 1990-08-21 Kobe Steel Ltd 角鋼片の表層欠陥探傷方法
US6535828B1 (en) * 2000-04-12 2003-03-18 Japan Power Engineering And Inspection Corporation Method and apparatus for visualizing elastic wave propagation in a solid substance
US20100212430A1 (en) * 2007-09-28 2010-08-26 Krautkramer Japan Co., Ltd. Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection equipment
RU2466386C1 (ru) * 2011-04-25 2012-11-10 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Способ оценки дефекта в головке рельса

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262689C1 (ru) * 2003-12-16 2005-10-20 ООО "Компания Нординкрафт" Способ диагностики несплошностей поверхности слоя металлопроката и устройство для его осуществления
RU2451931C1 (ru) * 2011-02-24 2012-05-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" Способ ультразвукового контроля изделий акустическими поверхностными волнами

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02210257A (ja) * 1989-02-09 1990-08-21 Kobe Steel Ltd 角鋼片の表層欠陥探傷方法
US6535828B1 (en) * 2000-04-12 2003-03-18 Japan Power Engineering And Inspection Corporation Method and apparatus for visualizing elastic wave propagation in a solid substance
US20100212430A1 (en) * 2007-09-28 2010-08-26 Krautkramer Japan Co., Ltd. Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection equipment
RU2466386C1 (ru) * 2011-04-25 2012-11-10 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Способ оценки дефекта в головке рельса

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108008007A (zh) * 2017-12-26 2018-05-08 天津忠旺铝业有限公司 铝合金铸锭探伤设备及探伤方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2651431C1 (ru) 2018-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5795651B2 (ja) 任意の表面輪郭を有する部材の超音波浸漬検査
KR101163549B1 (ko) 위상배열 초음파 탐상용 기본 보정시험편
KR101163554B1 (ko) 위상배열 초음파 탐상용 검증용 시험편
EP2594931B1 (en) Ultrasonic flaw detecting apparatus and method for test pieces with complex shapes
Prager et al. SAFT and TOFD—a comparative study of two defect sizing techniques on a reactor pressure vessel mock-up
US20110296922A1 (en) Emat for inspecting thick-section welds and weld overlays during the welding process
KR101921685B1 (ko) 결함 검출 장치 및 이를 이용한 결함 검출 방법
JP2013537309A (ja) 移動する金属ストリップの検査装置
RU2651431C1 (ru) Способ промышленной ультразвуковой диагностики вертикально ориентированных дефектов призматической металлопродукции и устройство для его осуществления
US10724998B2 (en) Method and system for inspecting a rail profile using phased array technology
KR101698746B1 (ko) 위상배열초음파탐사장치 및 이를 이용한 비파괴검사방법
US20120216618A1 (en) Methods and systems for imaging internal rail flaws
JP2013156166A (ja) 超音波探傷方法
JP4600335B2 (ja) 超音波検査方法及び装置
KR101163551B1 (ko) 위상배열 초음파 탐상용 감도보정 대비시험편
CN111458415B (zh) 一种超声相控阵换能器与待测工件耦合状态的检测方法
CN109142527B (zh) 一种用于超声相控阵焊缝检测的缺陷定位方法
JP5575157B2 (ja) 超音波探傷装置、方法及びプログラム
JP2006138672A (ja) 超音波検査方法及び装置
RU2644438C1 (ru) Способ ультразвукового контроля поверхностных и подповерхностных дефектов металлопродукции и устройство для его осуществления
JPH07244028A (ja) 球状被検体の超音波探傷装置およびその方法
JP2006313115A (ja) 超音波探傷方法及び装置
JP2017161513A (ja) 超音波探傷装置及び超音波探傷方法
CN106323207A (zh) 一种复合坯焊缝熔深检测装置和方法
JP2006313110A (ja) 超音波探傷方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017107109

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15901799

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15901799

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1