автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительные системы ультразвуковой дефектоскопии изделий металлургической промышленности

На правах рукописи

Пилуй Владимир Арсентьевич

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ИЗДЕЛИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой стенени кандидата технических наук

0031ТТ414

Самара 2007

003177414

Работа выполнена на кафедре «Трубопроводный транспорт» ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Тян Владимир Константинович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Конюхов Николай Евгеньевич

кандидат технических наук, доцент Кузнецов Владимир Андреевич

Ведущая организация

ОАО «Самарский металлургический завод», г Самара

Защита диссертации состоится 24 декабря 2007 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 Самарского государственного технического университета по адресу: 443010, г. Самара, ул. Галактио-новская, 141, ауд. 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: 443100, г Самара, ул. Первомайская, 18, корп. №1 и на официальном сайте www.samgtu.ru.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская 244, СамГТУ, Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета

Д 212.217.03.

Автореферат разослан -2007

г

Губанов Н Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Диссертация посвящена разработке быстродействующих средств, устройств и информационно-измерительных систем ультразвуковой дефектоскопии изделий металлургической промышленности

Актуальность работы

В настоящее время ультразвуковая (УЗ) дефектоскопия продукции металлургической промышленности осуществляется ручным и автоматизированным видами контроля При ручном контроле УЗ преобразователь перемещается вручную, а при автоматизированном - автоматически Кроме того, при автоматизированном УЗ контроле дополнительно к сигнализации о наличии дефектов они регистрируются двухкоординатными средствами отображения информации Для малиабаритных изделий всегда используется ручной вариант УЗ контроля, а для крупногабаритных — автоматизированный, увеличивающий быстродействие контроля и его точность

Значительный прогресс в качестве УЗ дефектоскопии может быть достигнут созданием автоматизированных информационно-измерительных систем (ИИС), в которых основные стадии УЗ контроля -выявление дефектов, их интерпретация и принятие решения о годности -осуществляются без вмешательства контролера-оператора С ростом номенклатуры и объема УЗ контроля экономически целесообразным становится включение указанных ИИС в технологический процесс При современных темпах производства с функциями обработки поступающей информации и выдачи заключения о годности изделия сможет справиться только автоматизированная ИИС При этом функции контролера-оператора заключаются только в калибровке ее по искусственным отражателям

В основополагающих работах А С Голубева, Д С Шрайбера, Б Г Голодаева, М П Уральского, С Е Барышева, В А Боброва, Г А Бу-денкова и др получены принципиально важные результаты по созданию автоматизированных установок для УЗ дефектоскопии крупногабаритных изделий из стальных и алюминиевых сплавов Автоматизированы функции сканирования объекта контроля, выявления дефектов, индикация и регистрация Окончательную оценку характеристик дефектов выполняет вручную контролер-оператор путем перепроверки предполагаемых дефектных участков Проблемам повышения точности УЗ дефектоскопии посвящены работы С В Павлова, Д С Кравченко, В А Лончака, А А Праницкого, В А Чегоринского и др Задачи повышения производительности УЗ контроля исследовались, главным образом, в направлении создания УЗ многоканальных дефектоскопов в работах Г Т Бордюгова, Б А Буденкова, Г С Голосуна, Г М Школьника и др , а также широколучевых

совмещенных УЗ преобразователей в работах Т В Димитрова, В В Сажина, Б А Буденкова, А С Демченко, И Н Каневского и др

В рассмотренных работах средства для автоматизированной УЗ дефектоскопии не удовлетворяют современным требованиям металлургической промышленности по быстродействию и точности Используемые в них УЗ преобразователи - узколучевые и не позволяют увеличить шаг сканирования изделия для обеспечения быстродействия ИИС У существующих многоканальных УЗ дефектоскопов частота следования зондирующих импульсов уменьшена в число каналов и отсутствует автоматическое слежение за их автоциркуляцией, что существенно снижает быстродействие ИИС Создание устройств автоматизации процесса перепроверки предполагаемых дефектных участков и оценки размера дефекта, выявленного раздельно-совмещенным УЗ преобразователем, отсутствующих в рассмотренных работах, позволило бы увеличить быстродействие и точность УЗ контроля, а также сформировать итоговый Протокол о его результатах Поэтому создание широколучевых УЗ преобразователей, многоканального УЗ дефектоскопа и устройств автоматизации процесса УЗ дефектоскопии актуально и своевременно

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка средств и устройств для создания быстродействующих автоматизированных ИИС, обладающих высокой точностью при УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности

Для достижения поставленной цели в работе решаются задачи

- анализ и синтез информационно-измерительных систем УЗ дефектоскопии пустотелых профилей, плит и листов,

- создание методики расчета акустического поля прямоугольных пьезопластин для увеличения его структурной однородности,

- разработка и исследование широколучевых совмещённых и раздельно-совмещенных, а также наклонных УЗ преобразователей,

- разработка и исследование многоканальных УЗ дефектоскопов с повышенными эксплуатационными характеристиками,

- разработка и исследование алгоритмов управления механизированными УЗ установками для перепроверки предполагаемого дефектного участка изделия,

- разработка структурных схем ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности,

- исследование точности оценки размеров дефекта при УЗ дефектоскопии, рассмотрение основных факторов, влияющих на точность результатов контроля и путей коррекции погрешностей измерений при оценке размеров дефекта

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались теория статистических методов обработки информации, специальные функции, схемотехника аналоговых и цифровых устройств, структурная методология проектирования информационно-измерительной техники, теория автоматического управления

Научная новизна

Диссертационная работа расширяет и углубляет теоретические представления в области создания однородного акустического поля длинных пьезопластин и создания на их основе широколучевых УЗ преобразователей, построения многоканальных УЗ дефектоскопов и устройств автоматизации процесса УЗ дефектоскопии Полученные в работе результаты позволяют на качественно более высоком уровне решать инженерные задачи создания быстродействующих автоматизированных ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности

В диссертации получены следующие научные результаты- разработаны принципы построения быстродействующих и обладающих высокой точностью автоматизированных ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности,

- разработан метод повышения однородности структуры акустического поля прямоугольных пьезопластин, на основе которого впервые разработаны широколучевые УЗ преобразователи, позволившие увеличить шаг сканирования и быстродействие ИИС по сравнению с существующими в 3 раза,

- обоснована структурная схема построения многоканального УЗ дефектоскопа с аналитическим принципом разрешения неопределенности «дефект/помеха» при появлении сигналов в строб-импульсе зоны контроля, отличающийся повышенной частотой следования зондирующих импульсов и наличием устройства автоматического непрерывного слежения за исправностью всех электронно-акустических каналов, что обеспечивает возможность УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности за один проход и увеличение её быстродействия в 4 раза,

- установлена возможность создания формирователя функции для автоматической временной регулировки чувствительности раздельно-совмещенного УЗ преобразователя, что позволило увеличить быстродействие ИИС в 2 раза и повысить ее точность,

- установлены пути повышения помехозащищенности процесса УЗ дефектоскопии в цеховых условиях металлургического производства,

- приведены описания и основные технические возможности некоторых автоматизированных ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности, нашедших применение в производстве,

- определены и проанализированы основные факторы, влияющие на точность результатов УЗ дефектоскопии, а также предложены пути коррекции погрешностей измерений при оценке размеров дефекта

Практическая полезность

Прикладная значимость проведенных разработок и исследований определяется следующими результатами

- разработана инженерная методика коррекции амплитудно-широтных характеристик (АШХ) широколучевых прямых совмещенных и раздельно-совмещенных, а также наклонных преобразователей для УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности,

- разработаны и исследованы

1) УЗ многоканальный коммутатор с автоматической перепроверкой результата срабатывания сигнализатора дефектов и с автоматическим слежением за исправностью всех электронно-акустических трактов,

2) формирователь выравнивающей функции для автоматической временной регулировки чувствительности раздельно-совмещенного УЗ преобразователя,

3) помехозащшцеиный автоматический сигнализатор дефектов,

4) блоки управления сканированием, обеспечивающие автоматическую перепроверку предполагаемых дефектных участков изделия как при шаговом сканировании поверхности, так и за один проход,

5) быстродействующие и обладающие высокой точностью автоматизированные ИИС УЗ дефектоскопии издетай металлургической промышленности пустотелых профилей, листов и плит,

6) методика определения погрешностей измерения размеров дефекта и способы их коррекции

Реализация результатов работы

Результаты работы реализованы на следующих предприятиях

- Бело-Калитвинский металлургический завод УЗ дефектоскопия плит из алюминиевых сплавов,

- Омское машиностроительное предприятие УЗ дефектоскопия плит из алюминиевых сплавов

Получены соответствующие Акты внедрения

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на

- VII Всесоюзной научно-технической конференции «Неразру-шающий контроль материалов, изделии и сварных соединений», Киев, 1974 г,

- III Областной научно-технической конференции «Неразрушаю-щие методы контроля качества материала полуфабрикатов и деталей», Куйбышев, 1975 г

- Ill Всесоюзной научно-технической конференции «Неразру-шающие физические методы и средства контроля», Кишинев, 1977 г ,

- III Международной научно-практической конференции «Аши-ровские чтения», Самара, 2006 г

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них 16 -в журналах из Перечня, рекомендованного ВАК, и получено 2 авторских свидетельства на изобретения

Структура и объем работы

Диссертация состоит из Введения, 5 Глав и Заключения, изложенных на 121 странице машинописного текста, содержит 44 рисунка, 7 таблиц, список литературы из 94 наименований и Приложение с Актами внедрения

На защи гу выносятся следующие положения

- принцип построения быстродействующих ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышлешгости, обеспечивающих высокую точность при оценке результатов контроля,

- алгоритмы обеспечения однородности акустического поля прямоугольных пьезопластин и создания на их основе широколучевых прямых совмещенного и раздельно-совмещенного а также наклонного УЗ преобразователей,

- результаты разработки и исследования многоканального УЗ дефектоскопа с повышенными эксплуатационными характеристиками,

- результаты разработки и исследования устройств автоматизации процесса УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности,

- результаты разработки быстродействующих ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности с повышенной точностью

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается выбор темы и ее актуальность, формулируется цель и основные задачи работы, характеризуется практическая значимость полученных результатов, приводятся основные положения, выносимые на защиту

В первой главе приводится анализ структурных схем существующих ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности, их быстродействие и точность, а также определены задачи по разработке автоматизированных ИИС для данной цели Показано, что опубликованные до настоящего времени исследования, касающиеся рассматриваемой проблемы, в недостаточной мере раскрывают вопросы быстродействия ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности, автоматизации процесса оценки размера дефекта при контроле раздельно-совмещённым УЗ преобразователем (УЗП), помехозащищённости системы и точности результатов УЗ дефектоскопии Указано на неприемлемость применения статистического метода оценки качества изделий из алюминиевых сплавов металлургической промышленности, используемых в аэрокосмической отрасли Приведены и рассмотрены информационные составляющие процесса автоматизированной УЗ дефектоскопии, выдаваемые ею, рисунок 1 Отмечено, что при данном процессе продольными волнами основным видом сканирования является шаговое, а главные эксплуатационные параметры при этом - скорость сканирования V и шаг сканирования Хш Данные параметры взаимосвязаны выражением

N

У<Х -*-<

шм р

где V - скорость сканирования, Хш - шаг сканирования, Ми - частота следования зондирующих импульсов, Атр - коэффициент помехозащищенности регистратора

Проведен анализ составляющих данного выражения и определены диапазоны их величин при проведении УЗ дефектоскопии Так величина шаг а сканирования Хш должна удовлетворять выражению

Х(\.

где Хд - ширина захвата УЗ преобразователя в направлении, перпендикулярном направлению сканирования

Показано, что в цеховых условиях, где уровень помех электромагнитного характера высок, шаг сканирования выбирается из условия

X

-Л-т — -

2

Pucjhok 1 - Информационные составчяющие процесса автоматизированной

УЗ дефекгосхопии

Т е шаг сканирования должен быть вдвое меньше ширины захвата УЗП для обеспечения двукратной регистрации дефектов, рисунок 2 Тогда вследствие определяющего влияния величины шага сканирования на быстродействие ИИС УЗ дефектоскопии время, затрачиваемое на контроль изделия, увеличивается почти вдвое, тк здесь налицо его двойное про-звучивание, влекущее за собой неоправданное увеличение затрат времени на проведение контроля

Рисунок 2 - Схема сканирования при двукратной регистрации одного дефекта

Во второй главе рассматриваются существующие пути увеличения однородности акустического поля прямоугольных пьезопластин и решение задач разработки широколучевых УЗП на их основе Приводится анализ направлений построения многоканальных УЗ дефектоскопов и решение задачи разработки их оптимальной схемы Рассмотрены факторы, влияющие на помехозащищенность ИИС автоматизированной УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности

Анализ показал, что наименее исследованы задача увеличения однородности акустического поля прямоугольных пьезопластин для широколучевых УЗП и проблема средств, обеспечивающих повышенную помехозащищенность приёмного тракта УЗ дефектоскопа, выравнивания неравномерности чувствительности по расстоянию до дефекта (АР-диаграмм) раздельно-совмещенного УЗП Кроме того, сделан вывод о фактическом отсутствии систем управления электромеханическими узлами автоматизированных УЗ установок для автоматической перепроверки предполагаемых дефектных участков, являющимися базовыми элементами быстродействующих автоматизированных ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности

Предложены принципы построения и структурные схемы устройств, обеспечивающих повышенную помехозащищенность и точность процесса УЗ дефектоскопии

Выполнить широколучевые УЗП можно только с использованием длинных прямоугольных пьезопластин с однородным акустическим полем Предлагаемые для увеличения однородности акустического поля мозаичная и так называемая «оптимальная» конструкции пьезозлементов не

нашли широкого применения вследствие того, что их можно использовать лишь при разработке широколучевых совмещенных УЗГ1, которые из-за своей большой мертвой зоны не подходят для проведения УЗ дефектоскопии наиболее распространенных тонкостенных изделий металлургической промышленности А изгошвление пьезопреобразователя из двух соприкасающихся треугольных пьезопластин позволяет только увеличить ширину захвата УЗП без уменьшения неравномерности его амплитудно-широтной характеристики (АИ1Х) Повышенное демпфирование локальных участков пьезоэлементов приводит к существенному уменьшению интенсивности косых лучей лишь в их ценгральной части, оставляя выбросы интенсивности на концах Предложен метод коррекции акустического потя прямоугольных пьезопластин и А1ПХ широколучевых УЗП, выполненных на их основе

Интенсивность акустического поля прямоугольной пьезопласти-ны в точке просгранства М с координатами х, у, г, (рисунок 3), определяется выражением

где

Рисунок 3 - Схема определения интенсивности акустического поля прямоугольной пьезопласгины

1(х, у =) = 1в ^-(А! + В1)(Л> + В]) ,

4=с

б, =ц

Г ( 2а4]! \ (

а х + — а х- --

Д 2 1 . 1 2 Л

( 2а) Г (

а г + — -Г) 01 х- --

Л 2 Л _ 1 2 ).

(О (2)

(3)

Ау={

Ву=П

М

а\у+ У+

2Ь 2

2Ь 2

к..2

-ц

а\ у-

2Ь

со$ - косинусный интеграл Френеля,

2

"'I

5-,,2" синусный интеграл Френеля,

I ~ "у М V

(4)

(5)

(6) (7)

Введем следующие обозначения Л

-а^х + V«. = а\ х - ■

2Ь

Уь+^а | У + — \'Ь_ = а\

>

(8)

у

(9)

где

виде

Я - длина волны,

г - расстояние от пьезопластины, 2аи2Ь- ширина и длина пьезопластины

С учетом выражений 6, 7, 8 и 9 выражения 2, 3,4 и 5 представим в

Ах(х,г)- Уа+ | соя

Чу :

г 7С "*

Аг(у,г) = уЬт ] соя -у2с!у - |

Ж 2 , . со5 —уоу

2

В,(у,г) = ун -н/2V '

о о *

В реальных условиях УЗ дефектоскопии измеряются амплитуды импульсов электрического напряжения на экране дефектоскопа (или в его усилительном тракте), которые пропорциональны интенсивности (1)

У'(х, у, :) = КЦх, у, :) , (10)

где К - коэффициент преобразования акустической энергии в электрическую

В выражении (10) постоянный множитель К является масштабирующим коэффициентом рельефа структуры акустического поля Для удобства дальнейшего исследования акустического поля примем его за единицу При этом рельеф структуры будет описываться безразмерной функцией

У(х. у, 2) = С-^(А1 + Я/ )(А I + В1)> 0 О

4

Для практики УЗ дефектоскопии важна структура акустического поля только в пределах геометрических размеров пьезопластины Пусть точка М(х,_у) является проекцией точки М на плоскость пьезопластины То1да

ф^+у2

У„ = аг--'

С учетом этого выражение (11) примет вид

л1-Х2+у2 ,

cos'a^ctgy--- - И ж ""ж-, )

У(\,у,г) =---Г cos—v2dv-vtt \cos~vdv} +

4 Ц*^ 2 а~1 2 I

+ ия+ | sln—v2dv - уа_ ^ sгn^v2dv !

о о 2 J

о 2 ) о о 2 \

На основании полученного выражения построена структура точечного акустического поля в воде на расстоянии 100 мм от осевой линии пьезопластины с размерами 36x6 мм, рисунок 46 Однако для реальных условий УЗ дефектоскопии представляет интерес суммарная акустическая энергия, воздействующая на отражатель, которым является нарушение сплошности (дефект) объекта Рассмотрим для простоты отражатель в виде прямоугольника со сторонами, параллельными сторонам пьезопластины рис 4а Пусть стороны прямоугольника равны «2с» и «2с/» соответственно, а его проекция на плоскость пьезопластины делится осью «>;» на 2 одинаковых прямоугольника Тогда акустическая энергия, воздейс!-вующая на данный отражатель, равна

и$о{Ъ,у,2) = Цу(Е,т,2)4ес1т

о

где область О определяется размерами прямоу! ольного отражателя

Для переменных интегрирования т и е выполняются следующие соотношения, которые определяют область интегрирования О | г | < с, | е | <

> X

б в

Рисунок 4 - Интенсивность акустического поля по осевой линии а - область интегрирования Д б - точечная, в - интегральная по площади квадрата

Перемещая отражатель вдоль оси У в пределах всей длины пьезо-пластины, получим амплитудно-широтную характеристику (АШХ) для данного отражателя

Как видно из рисунка 4в, АШХ пьезопластины для плоского отражателя с конечными размерами менее изрезана, чем для точечного Показано, что равномерность АШХ можно увеличить, если элементарные продольные полоски, рисунок 5а, колеблющиеся, по предположению, изолированно, сдвинуть друг относительно друга с целью наложения максимумов АШХ одной из них на минимумы другой Тогда структура акустического поля будет иметь вид деформированной по диагонали структуры поля прямоугольной пьезопластины Предложено осуществление данной операции путем среза краев пьезопластины для достижения ее формы в виде параллелограмма Данная методика коррекции позволяет дос-[инь требуемой величины равномерности АШХ, рисунок 56

Рисунок б - АШХ РС преобразователя с пьезонластинами: а - - скорректированными; б - корректированными и их сдвигом

На основе аналитических расчётов и данных методов коррекции разработан раздельно-совмещённый УЗП, у которого провалы в АШХ уменьшены до уровня 0,85 от максимального её значения и увеличена

Рисунок 5 - Коррекция акустического поля прямоугольной пьезопластины: а - схема коррекции; б - амплитудная характеристика скорректированной пьезопластины

Приведена характеристика разработанного на основе данной пьезопластины совмещённого широколучевого УЗП С2,5-25, позволяющая использовать его при УЗ дефектоскопии, в основном, поперечными волнами, или продольными - с большой мёртвой зоной. Для. УЗ дефектоскопии тонкостенных изделий металлургической промышленности необходим раздельно-совмещённый УЗП. коррекцию ALL1X которого предложено проводить путём сдвига друг относительно друга скорректированных излучающей и приёмной пьезопластин с целью наложения максимумов АШХ одной из них на минимумы другой, рисунок 6.

ширина УЗ луча в 5 раз по сравнению с существующими УЗП Для характеристики УЗП введён новый коэффициент К„ оценивающий равномерность АШХ

В настоящее время используется три основные схемы построения многоканальных УЗ дефектоскопов

- один генератор УЗ колебаний питает все преобразователи через коммутатор, а общий приемно-усшгательный тракт обрабатывает информацию, поступающую со всех каналов,

- каждый канал содержит генератор УЗ колебаний и предварительный усилительный каскад, а приемно-усилительный тракт используется общий для всех каналов.

- каждый канал содержит весь электронно-акустический тракт от генерации импульсов УЗ колебаний до регистрации дефекта

Первое направление отличается простотой исполнения Однако создать быстродействующий коммутатор, обеспечивающий надежную коммутацию импульсов возбуждения УЗП, имеющих амплитуду 100-400 В и частоту заполнения эхо-импульсов до 5 МГц, затруднительно Показано, что УЗ дефектоскопы второго направления проще по схемному исполнению, так как здесь необходимо коммутировать только импульсы запуска канальных генераторов УЗ колебаний и входы буферных усилительных каскадов У многоканального УЗ дефектоскопа третьего направления каждый электронно-акустический канал содержит как генератор УЗ колебаний, так и тракт усиления, селекции и регистрации Но такое построение многоканального УЗ дефектоскопа влечет за собой ухудшение его эксплуатационных параметров

Как видно из рассмотренных направлений, наиболее перспективным является второе направление Однако имеющиеся разработки данного направления не лишены существенных недостатков

- уменьшение частоты следования импу.)гьсов возбуждения каждого отдельного УЗП с увеличением общего числа, что приводит к уменьшению скорости сканирования,

- переключение электронного кольцевого коммутатора на очередной канал и возбуждение УЗП происходят одновременно, что приводит к нестабггльной амплитуде импульсов возбуждения из-за переходных процессов коммутации каналов,

- отсутствие автоматического слежения за исправностью электронно-акустических трактов каналов в процессе контроля

Предложена схема построения многоканального УЗ дефектоскопа на основе серийного одноканального УЗ дефекгоскопа и многоканального УЗ коммутатора, содержащего в каждом канале генераторы возбуждения УЗП однокаскадные предварительные усилители и схему пропуска син-

хроимпульсов для запуска генератора, а управление сменой каналов осуществляется кольцевым электронным коммутатором

Разработанный многоканальный УЗ дефектоскоп, выполняет функции, отсутствующие у существующих дефектоскопов

- слежение за автоциркуляцией электронно-акустических каналов и остановка УЗ контроля при отсутствии ее,

- слежение за наличием эхо-импульсов в усилительном тракте при работе каждого электронно-акустического канала с остановкой УЗ контроля на неисправном канале в случае отсутствия их в одном канале,

- индикация номера канала, в акустическом тракте которого обнаружен дефект, с остановкой автоциркуляции или на время, достаточное для срабатывания схемы регистрации дефекта, или для последующего ручного сброса останова,

- при появлении первого эхо-импульса в зоне контроля какого-либо канала возбуждение его УЗП автоматически осуществляется с частотой следования синхроимпульсов до срабатывания схемы регистрации возможного дефекта

В третьей главе изложены постановка и решение задач разработки устройств автоматизации для увеличения быстродействия и точности ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности В первую очередь это касается автоматической регистрации только недопустимых выявленных дефектов Резкая неравномерность чувствительности по глубине залегания дефектов раздельно-совмещённого УЗП, используемою для контроля тонкостенных изделий металлургической промышленности, требует вмешательства контролёра-оператора для интерпретации результатов УЗ контроля, так как срабатывание автоматического сигнализатора дефектов (АСД) устанавливается на уровень наименьшей чувствительности 1, рисунок 7 Время, затрачиваемое на данную операцию, в несколько раз превышает время проведения предварительного отборочного автоматизированного УЗ контроля

Рисунок 7 - Диаграмма «амплитуда-расстояние» раздельно-совмещенного УЗ преобразователя

Кроме того, это снижает точность контроля Существующие специальные планшеты, позволяющие проводить безэталонную интерпретацию результатов контроля, или контроль с помощью нескольких АСД, каждый из которых анализирует только свою зову, не решают данную проблему

Широко используемая система автоматической временной регулировки чувствительности (АВРЧ), предназначенная для выравнивания амплитуд эхо-импульсов от дефектов, залегающих на разных глубинах, работоспособна только при УЗ дефектоскопии толстостенных изделий совмещенными УЗП АВРЧ для УЗ дефектоскопии тонкостенных изделий металлургической промышленности раздельно-совмещенными УЗП отсутствует из-за определенных трудностей в ее формировании и вводе в усилительный тракт УЗ дефектоскопа

Предложен принцип формирования выравнивающей функции для автоматического выравнивания неравномерности диаграммы амплитуда-расстояние (АР-диаграммы) раздельно-совмещенного УЗП Максимальное приближение к форме требуемой функции получается, если через интегрирующую цепь пропустить импульс, запускаемый передним фронтом строб-импульса зоны контроля, а задний фронт ег о совместить со временем максимальной чувствительности АР-диаграммы УЗП, рисунок 8 Впервые разработанный формирователь данной функции обеспечивает диапазон выравнивания чувствительности не менее 30 дБ с точностью не хуже +1 дБ при отсутствии на экране УЗ дефектоскопа мешающих импульсов от вводимой сформированной функции

Строб-импульс

б

Рисунок 8 - Формироватечь функции для АВРЧ раздельно-совмещенного УЗП а - принцип формирования, б - структурная схсма

Предлагаемое авторами некоторых работ повышение помехозащищенности ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности от внешних электрических помех применением сетевых заградительных фильтров и экранированием помехочувствительных каскадов УЗ дефектоскопа неприемлемо при работе в цеховых условиях, где высок уровень помех электромагнитного характера в моменты коммутации сильноточных устройств Неприемлемыми являются и варианты со сбросом информации при отсутствии хотя бы одного импульса на входе АСД, например, из-за ухудшения акустического контакта

Предложен принцип построения помехозащищенного АСД на основе подсчета количества эхо-импульсов на его входе за определённое разрешенное время Отличие его от существующих сигнализаторов

- разрешенное время позволяет учитывать кратковременное ухудшение качества акустического контакта за время двух импульсов,

- возможность его использования в управлении схемами коммутации каналов и регистрации дефектов многоканального УЗ дефектоскопа

Предложен принцип и впервые разработано устройство, рисунок 9, для обеспечения автоматической перепроверки предполагаемого

а

Импульс дефекта

б

Рисунок 9 - Принцип работы бтока управ тения шаговым сканированием а - схема сканирования и регистрации дефекта, б - структурная схема

дефектною участка при шаговом сканировании изделия, что увеличивает быстродействие УЗ дефектоскопии вследствие увеличения вдвое шага сканирования при двукратной регистрации дефектов в соответствии с требованиями методики УЗ контроля

Исследована зависимость времени контроля одного изделия от количества срабатываний АСД и помехозащищенность ИИС УЗ дефектоскопии при их использовании Данное время зависит от количества срабатываний АСД, габаритов контролируемого изделия и параметров сканировать Количество шагов сканирования определяется из выражения

I

-+ и '

где пс - количество срабатываний АСД

Общее выражение для времени автоматизированного УЗ контроля изделия при этом примет вид

ш_

V,

I

-+ и„

где I - длина изделия, I - ширина изделия,

V] - скорость перемещения УЗП вдоль изделия, У: - скорость поперечного перемещения УЗП, г. - время задержки УЗП на краю изделия

На автоматизированных установках, 1де УЗ дефектоскопия осуществляется за один ггроход изделия, перепроверка предполагаемого дефектного участка может быть осуществлена только путем повторного УЗ контроля данного участка Для автоматического осуществления этой операции предложен принцип и впервые разработано устройство, у которою при срабатывании АСД запускается цепочка импульсных генераторов «Стоп-]», «Назад», «Стоп-2» и «Вперед», которые управляют работой механизма перемещения УЗП или контролируемого изделия, рисунок 10

Запрет

от ЛСД

Стоп 1

Назад

Стоп 2

Дефект

Вперед

И {$-

Рис\нок 10 - Функциональная схема блока >правления однопроходным

УЗ конгрочем

Четвертая глава посвящена разработке ИИС быстродействующей УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленвости на основе изложенных выше результатов

Разработаны быстродействующие ИИС УЗ дефектоскопии следующих изделий металлургической промышленности

- пустотелых прессованных профилей, содержащих несколько разнотолщинных полок,

- листов толщиной о г 3 до 10,5 мм и шириной до 2 м,

- плит толщиной от 12 до 30 мм

В И-канальной двухкоммутаторной ИИС УЗ дефектоскопии пустотелых прессованных профилей один из коммутаторов управляет устройствами индикации, селекции, сигнализации и регистрации дефектов а также узлами УЗ установки и располагается на её пульте управления, а другой управляет коммутацией канальных УЗ генераторов и предварительных усилительных каскадов и располагается на передвижной тележке УЗ установки, рисунок 11 Данная ИИС позволяет увеличить быстродействие отборочной стадии УЗ дефектоскопии профилей в 6 раз и повысить ее точность

Одноканальная ИИС УЗ дефектоскопии плит на автоматизированных УЗ установках с шаговым сканированием обеспечивает увеличение быстродействия в 5 раз, повышенную помехозащищенность, автоматическую перепроверку предполагаемых дефектных участков и АВРЧ раздельно-совмещенного широколучевого УЗП, рисунок 12

6-канальная ИИС УЗ дефектоскопии листов позволяет проводить автоматизированный УЗ контроль непосредственно в технологической линии обработки листов, рисунок 13, с повышенной помехозащищенностью, автоматической перепроверкой предполагаемых дефектных участков и АВРЧ наклонных пшроколучевых УЗП Система обеспечивает увеличение быстродействия УЗ дефектоскопии листов в 3 раза и повысить ее точность

В пятой главе исследовалась точность оценки размеров дефекта при УЗ дефектоскопии Рассмотрены основные факторы, влияющие на точность, и пути коррекции погрешностей измерений при оценке размеров дефекта Показано, что наибольший вклад в погрешности измерений вносит качество акустического контакта и предложены пути его стабилизации

Рисунок 11 - Структурная схема 11-канальной ИИС УЗ дефектоскопии пустотелых прессованных профилей с тремя разнотолщинными почками

Рисунок 12 - Структурная схема одиоканальнои ИИС УЗ дефектоскопии плит

Рисунок 13 - Структурная схема 6-канальнои ИИС УЗ дефектоскопии листов

Заключение

В работе получены следующие результаты

- разработаны принципы построения быстродействующих и обладающих высокой точностью автоматизированных ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности,

- разработан метод повышения однородности структуры акустического поля прямоугольных пьезопластин, на основе которого впервые разработаны широколучевые УЗ преобразователи, позволившие увеличить шаг сканирования и быстродействие ИИС по сравнению с существующими в 3 раза,

- обоснована структурная схема построения многоканального УЗ дефектоскопа с аналитическим принципом разрешения неопределенности «дефект/помеха» при появлении сигналов в строб-импульсе зоны контроля, отличающийся повышенной частотой следования зондирующих импульсов и наличием устройства автоматического непрерывного слежения за исправностью всех электронно-акустических каналов, что обеспечивает возможность УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности за один проход и увеличение ее быстродействия в 4 раза,

- установлена возможность создания формирователя функции для автоматической временной регулировки чувствительности раздельно-совмещенного УЗ преобразователя, что позволило увеличить быстродействие ИИС в 2 раза и повысить ее точность,

- установлены пути повышения помехозащищенности процесса УЗ дефектоскопии в цеховых условиях металлургического производства,

- приведены описания и основные технические возможности некоторых автоматизированных ИИС УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности, нашедших применение в производстве,

- определены и проанализированы основные факторы, влияющие на точность результатов УЗ дефектоскопии, а также предложены пути коррекции погрешностей измерений при оценке размеров дефекта

Основное содержание диссертации опубликовано в работах-

1 Пилуй В А, Реутова Т И Экспериментальное исследование поля длинных пьезопреобразователей - М , Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1976, №6, с 112-115

2 Барышев С Е, Пилуй В А , Смирнов В А , Хохлов В М Ультразвуковой импульсный многоканальный дефектоскоп Авт свид СССР № 441853

3. Пилуй В А Ультразвуковой импульсный многоканальный дефектоскоп УИМД-1 - Киев , Тезисы докладов VII Всесоюзной научно-технической конференции «Неразрушающий контроль материалов, изделий и сварных соединении», 1974

4 Пилуй В А Помехозащищенный автоматический сигнализатор дефектов АСД-П. - М , Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1974, № 3, с 121123

5 Пилуй В А Индикатор исправности электронно-акустических трактов многоканального дефектоскопа - М, Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1977, № 5, с 119-120

6 Пилуй В А Блок управления сканированием БУС-1 - М , Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1976, № 5, с 137-138

7 Пилуй В А, Жуков ВД, Смирнов В А , Рыбачев НТ Автоматизированная ультразвуковая установка «Сплав-ВМ» для контроля пустотелых прессованных профилей - М , Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1979, № 1, с 40-44

8 Пилуй В А , СмириовВА Устройство для ультразвукового автоматического контроля проката Авт. свид СССР № 528499 - Бюлл изобр, 1976, №34

9 Пилуй В А Блок управления сканированием БУС-2 - Дефектоскопия, 1978, № 1, с 109-110

10 Пилуй В А Использование широколучевого наклонного искателя для контроля листов нормальнымиля волнами — М , Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1982, №9, с 30-31

11 Пилуй В А О влиянии ширины захвата раздельно-совмещённого искателя на выявляемость дефектов - М , Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1981, № 8, с 108-109

12 Пилуй В А Многоканальная ультразвуковая дефектоскопическая система «Луч-2» для автоматизированного контроля листов нормальными волнами - Материалы VIII Всесоюзной научно-технической конференции лНеразрушающие физические методы и средства контроля». Кишинев 1977, с 220-221

13. Пилуй В А Многоканальная дефектоскопическая система «Луч-5» для автоматизированного контроля плит - М, Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1980, № 1, с 101-103

14 Пилуй В А Система «Темп-1» для ультразвукового контроля крупногабаритных плит го алюминиевых сплавов - М , Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1979, №5, с 102-104

15 Пилуй В А О выявлении несплошностей в основном металле объектов трубопроводного транспорта - Самара, III Международная научно-практическая конференция «Ашировские чтения», 2006, с 259-261

16 Барышев СЕ, Пилуй В А, Сильченко ОО, Смирнов В А Функциональный автоматический сигнализатор дефектов АСД-Ф2 - М , Изд АН СССР, Дефектоскопия, 1972, № 1, с 22-26

17 Пилуй В А , Хохлов В М Формирование выравнивающей функции для ВРЧ ультразвукового дефектоскопа - Куйбышев , Тезисы III Всесоюзной научно-технической конференции «Неразрушающие методы контроля качества материала, полуфабрикатов и деталей», 1975, с 18-19

18 Барышев С Е, Пилуй В А , Жуков В Д, Смирнов В А , Зарочен-цгв НИ, Важеиина НА Ультразвуковая дефектоскопия прессованных пустотелых профилей - Авиационные материалы, 1979, JY° 6, с 8-12

19 Пилуй В А Тиристорный счетчик с повышенным быстродействием - М , Изд АН СССР, Приборы и техника эксперимента, 1976, № 2, с 69-70

Личный вклад автора. В работах 1, 2, 7и8 автору принадлежит постановка и решение задач, а в 16, 17 и 18 - решение задач по разработке средств УЗ дефектоскопии изделий металлургической промышленности

Разрешено к печати диссертационным советом Д 212 217 03

Протокол № 24 от 15 ноября 2007 г Формат 60x84 1/16 Уел печ л 1. Тираж 100 Заказ №863 ГОУ ВПО "Самарский государственный технический университет" Типография СамГТУ 443100, г Самара, ул Молодогвардейская, 244