автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии ультразвукового контроля сварных соединений с применением дефектоскопов, работающих с антенными решетками

На правах рукописи

МЕЛЕШКО НАТАЛИЯ ВЛАДИМИРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДЕФЕКТОСКОПОВ С АНТЕННЫМИ РЕШЕТКАМИ (НА ПРИМЕРЕ КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН)

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 МАЙ 2012

Москва-2012

005044132

005044132

Работа выполнена в НУЦ «КАСКАД» МГУПИ в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Коновалов Николай Николаевич доктор технических наук ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность»,

заместитель генерального директора

Самокрутов Андрей Анатольевич доктор технических наук ООО «АКС», генеральный директор

Воронкова Любовь Владимировна кандидат технических наук ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» Зав. лаборатории ИНМИМ

ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр»

Защита состоится 29 мая 2012 года в 16— часов на заседании диссертационного совета Д212.119.01 при Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ) по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики».

Сведения о защите и автореферат диссертации размещены на официальных сайтах ВАК Министерства образования и науки РФ http://www.vak.ed.gov.ru и Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ) http://www.mgupi.ru.

Автореферат разослан 28 апреля 2012 года. Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 212.119.01

д.т.н., профессор

В.В. Филинов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Дня обеспечения промышленной безопасности необходим комплекс мероприятий, одним из которых является улучшение качества организации процесса неразрушающего контроля (НК), в число которого входят повышение уровня подготовки персонала лабораторий НК, внедрение современных средств, а также разработка методических документов. Аппаратура, визуализирующая внутреннюю структуру материала, находит все большее применение в практике НК, но внедрение ультразвуковых дефектоскопов с антенными решетками (АР) ограничивает отсутствие соответствующей нормативно-технической документации (НТД). Поэтому исследование технологии контроля сварных соединений с применением оборудования, позволяющего проводить оценку и определение фактических размеров несплошностей, является в настоящее время актуальной проблемой. Состояние проблемы

Наиболее распространенным и востребованным физическим методом неразрушающего контроля является ультразвуковой контроль (УЗК), к одному из главных преимуществ которого можно отнести высокую вероятность выявления наиболее опасных плоскостных дефектов: трещин, непроваров и несплавлений. Недостатком УЗК, кроме необходимости разработки специальных методик и технологических карт при дефектоскопии изделий различных типов, является сложная интерпретация результатов контроля.

Результатом контроля ультразвуковыми дефектоскопами с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП) является эхо-сигнал от отражателя, который характеризуется амплитудой. Косвенные характеристики типа «эквивалентная площадь» и «условные размеры», определяемые для оценки степени опасности дефектов (несплошностей, не удовлетворяющих требованиям НТД) в большинстве случаев слабо связаны с реальными размерами.

В последние годы в связи с развитием вычислительной техники перспективными к применению в УЗК стали когерентные методы визуализации несплошностей. Когерентные методы используют больше информации о несплошности, что позволяет получать изображения с очень высоким разрешением - порядка длины волны, с хорошим соотношением сигнал/шум. Анализ измерений поля позволяет сделать заключение о размерах, форме и ориентации выявленной несплошности. Когерентные методы реализуются в приборах, работающих с ультразвуковыми АР.

Акустические изображения, получаемые дефектоскопами с АР, состоят в основном из набора «блестящих точек», формируемых отражающими элементами материала, в качестве которых могут выступать нормально ориентированные к лучу поверхности, уголковые отражатели, точечные и тонкие протяженные отражатели, границы трещин, поверхности с диффузным отражением и т.п. Поэтому интерпретация образов требует определенной подготовки оператора.

В результате контроля дефектоскопами с фазированными антенными решетками (ФАР) с электронным сканированием формируется секторная развертка области сканирования, на котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя кодируется цветом. Применение дефектоскопов с ФАР позволяет излучать в объект контроля качающийся в плоскости падения ультразвуковой волны ультразвуковой луч, фокусировать его и получать изображения. В другом типе приборов с АР реализуется алгоритм фокусируемой синтезируемой апертуры (SAFT - Synthetic Aperture Focusing Technique).

Особую важность приобретает использование АР при УЗК сварных соединений небольшой толщины (от 6 до 20 мм). Существенно повышающий информативность контроля дифракционно-временной метод (TOFD - Time Of Flight Diffraction), основанный на приеме волн, рассеянных на концах плоскостных дефектов, для объектов контроля такой толщины практически не применяется. Метод абсолютного времени прихода (ААТТ - Absolute Arrivai Time Technique) в российских НТД не упоминается, методических рекомендаций при работе с АР не существует.

Цель данной работы - разработка и совершенствование методов и технологии ультразвукового контроля с применением дефектоскопов с антенными решетками, повышающие информативность результатов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие осповпые задачи:

• определение типовых сварных соединений металлоконструкций грузоподъемных машин;

• анализ возможных методов и средств определения фактической высоты плоскостных дефектов;

• разработка типов контрольных отражателей, анализ полученных акустических изображений;

• контроль наиболее распространенных сварных соединений с их последующим вскрытием;

• анализ акустических изображений несплошностей в сварных соединениях, исследование топографии внутренних дефектов, определение информативных признаков разных типов несплошностей;

• разработка алгоритма классификации несплошностей по информативным параметрам;

• разработка «атласа дефектов», дающего возможность определять тип и размер дефектов сварных соединений, основываясь на данных, получаемых с помощью дефектоскопа, работающего с АР;

• разработка новой технологии определения фактических размеров несплошностей (высоты непровара в стыковых односторонних сварных соединений со скосом одной кромки) по акустическим изображениям, получаемым ультразвуковым дефектоскопом с АР.

Методы исследования

Данные по дефектности сварных соединений получены по результатам визуального контроля, ультразвуковой дефектоскопии и ультразвукового исследования с помощью дефектоскопов с АР, а также металлографического анализа и статистических методов обработки результатов экспериментов. Для теоретических исследований применялись математические модели трассировки лучей.

Выполненные исследования основывались на научных трудах в области неразрушающего контроля ряда отечественных и зарубежных ученых, в числе которых Н.П. Алешин, В.Г. Щербинский, В.Н. Волченко, А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов, В.В. Клюев, А.Х. Вопилкин, H.H. Коновалов, A.A. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин и многих других ученых и специалистов. Научная новизна работы

Предложен и экспериментально подтвержден способ определения фактической, а не условной высоты непроваров в односторонних стыковых сварных соединениях со скосом одной кромки по акустическим изображениям.

Разработана новая технология контроля дефектоскопами с антенными решетками, позволяющая определять размеры отражателей различного типа.

Получены дополнительные информационные признаки идентификации непровара со стороны скоса по разнице амплитуд сигналов от угла и конца непровара.

Практическая ценность работы

Использование данного способа позволяет перейти в некоторых случаях от дефектоскопии к дефектометрии.

Усовершенствована нормативная база по ультразвуковому контролю сварных соединений грузоподъемных машин.

Разработаны методические рекомендации по контролю сварных соединений грузоподъемных машин.

Предложены контрольные отражатели для настройки уровня чувствительности, позволяющего обнаружить сигналы от дифракционного рассеяния на конце непровара.

Создан атлас дефектов односторонних стыковых сварных соединений со скосом одной кромки.

Реализация и внедрение результатов работы:

• на основе выполненных исследований и разработок созданы паспорта на экзаменационные образцы сварных соединений для проведения экзаменов и аттестации специалистов I и II уровня в соответствии с Правилами аттестации персонала в области неразрушающего контроля (ПБ 03-440-02) для Независимого органа по аттестации персонала НУЦ «КАСКАД» МГУПИ;

• разработан для Российского общества по неразрушающему контролю и технической диагностике (РОНКТД) интерактивный расширенный курс по ультразвуковому контролю, включающий теорию и практику использования дефектоскопов с АР при контроле сварных соединений грузоподъемных машин;

• для ФГУП «НПО «Техномаш» проведена исследовательская работа, заключающаяся в сравнении возможностей различных дефектоскопов с АР, определению разрешающей способности приборов;

• на Шимкентском нефтеперерабатывающем заводе «ПетроКазахстан» опробована разработанная методика контроля сварных соединений небольшой толщины (до 20 мм);

• разработаны Методические рекомендации по ультразвуковому контролю дефектоскопами с антенными решетками сварных соединений грузоподъемных машин, утвержденные ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность».

Апробация работы

Основные результаты работы доложены и обсуждены на:

• XIX Всероссийской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике, г. Самара, СГАУ им. Королева, 6-8 сент. 2011;

• XIV Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию МГУПИ, г. Сочи, 3-7 окт. 2011;

• 2-ом Научно-практическом семинаре «Ультразвуковая томография как метод контроля сосудов и аппаратов, трубопроводов, листового проката, а также сооружений», ОАО «НИИХиммаш» г. Москва, 3-5 окт. 2011;

• I Всероссийском конгрессе молодых ученых, Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, 10-13 апр. 2012. Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 1 без соавторов, 2 в журналах, признанных ВАК научными изданиями.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 101 странице машинописного текста, иллюстрируется 85 рисунками и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 112 наименований.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

• обоснование возможности определения фактических размеров и расстояний между ними различных отражателей: «прорезь», «проточка», «выступ», «пропил», «несплавление», «пористость», «шлаковое включение» дефектоскопами двух типов — осуществляющих электронное сканирование и реализующих 55АРТ-метод;

• способ контроля стыковых сварных соединений со скосом одной кромки с оценкой погрешностей определения фактических размеров несплошностей и информационные признаки типа и размера обнаруженных несплошностей;

• технология проведения УЗК дефектоскопами с АР, включающая настройку оборудования, разработанных контрольных образцов и оценку несплошностей, позволяющую проводить дефектометрию.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введепии обоснованы актуальность темы диссертационной работы, своевременность разработки методологии контроля с применением АР, необходимость внедрения технологии УЗК сварных соединений, учитывающих возможности современного оборудования. Сформулированы цель, научная новизна и практическая значимость работы. Приведены сведения об апробации и о реализации результатов работы, а также основные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ конструктивно-технологических и эксплуатационных особенностей сварных металлоконструкций грузоподъемных машин и выбран объект исследования.

Установлено, что сварные соединения грузоподъемных машин имеют сходные конструктивно-технологические признаки. В основном используются малоуглеродистые и низколегированные стали (ВСтЗпс, ВСтЗсп, 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2АФ и др.). Способы сварки ограничиваются ручной дуговой, в защитном газе и под флюсом. Диапазон толщин свариваемых элементов, как правило, составляет 4-^50 мм. Основные толщины расчетных элементов конструкций: 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 22, 24, 30, 35,40, 50 мм, — однако наиболее распространенный диапазон толщин элементов конструкций б-5-16 мм. Наряду со стыковыми сварными соединениями (С2, С4, С5, С6, С7, С8, СЮ, С17, С19, С21, С25) широко используют нахлесточные (HI) и тавровые соединения (Т1, ТЗ, Т6, Т7, Т8, Т9), в том числе соединения с конструктивными непроварами (ГОСТ 5264-80, ГОСТ 8713-79, ГОСТ 14771-76).

Объектом исследования выбраны наиболее распространенные и с признаками, встречающимися при рассмотрении акустических изображений несплошностей при контроле других сварных соединений (разделка кромок под углом 45° или без разделки кромок), сварные соединения типа С8.

Во второй главе рассмотрены принципы и оценены технические возможности существующих методов контроля сварных соединений. Показано, что существующие методы контроля и браковочные нормы не вполне удовлетворяют обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов.

Выбор методов УЗК проводился на основе анализа наиболее апробированных методов. При выборе учитывались: характер (вид) сварочных дефектов и их расположение, формы и размеры контролируемых элементов конструкций.

Выполнен теоретический обзор волн дифракции. Рассмотрены виды дифракции. Взаимодействие ультразвуковой волны с острыми краями трещины (концом непровара) относится к дифракции I типа, рассмотрены законы геометрической теории дифракции (ГТД), сделаны выводы по точным решениям для рассеяния на краю трещины. Решение задачи дифракции ищется в виде сумм полей лучевого типа

где U - суммарное волновое поле, U„ - составляющая волнового поля, к - волновое число, S„ - функция, определяющая фазовую структуру поля, А„ - амплитуда. Коэффициенты дифракции находятся из анализа точного решения для сходной по геометрии поверхности. Любая несплошность формирует дифракционные поля, т.е. в каждой точке пространства вокруг дефекта существует дифракционное поле.

Рассмотрены методы, основанные на использовании волн дифракции, а также существующие технологии определения размеров дефектов с применением явлений дифракции: TOFD, RATT (Relative Arrival Time Technique) - метод относительного времени прихода, ААТТ (Рисунок 1).

Суть метода ААТТ заключается в том, что используется информация о времени прихода сигнала от корня трещины и от ее вершины. Высота трещины определяется по формуле: Нтр- C-t2 ■ cosP2-C-tx-cos Д

где: Hmp - высота трещины; С - скорость ультразвуковых волн; t, -время, пройденное лучом от точки выхода ПЭП до вершины трещины; t2 - время, пройденное лучом от точки выхода ПЭП до корня трещины; - угол, под которым получен сигнал от вершины трещины; ^ - угол, под которым получен сигнал от корня трещины.

Автором было предложено для измерения высоты непроваров в типовых сварных соединениях грузоподъемных машин использовать аналог метода ААТТ при контроле дефектоскопами с АР.

В существующих руководящих документах по контролю с помощью АР применяют амплитудный критерий, причем используется в подавляющем большинстве случаев только эхо-метод. При выборе браковочного уровня руководствуются рекомендациями, данными для контроля ПЭП. Например, в качестве браковочного уровня выбирают сигнал от плоского отражателя типа «зарубка», но

при работе с АР помимо одного углового сигнала может присутствовать сигнал и от рассеяния на конце «зарубки».

В зарубежных нормативных документах часто в качестве браковочного уровня выбирается цилиндрический отражатель и предлагается использовать для настройки и калибровки именно этот тип, однако, как известно, он плохо имитирует наиболее опасные дефекты сварных соединений - непровары, несплавления, трещины.

В третьей главе рассмотрены принципы действия и конструкция существующих ультразвуковых АР (Таблица 1), проанализированы достоинства и недостатки каждого типа.

Выполнена работа по оценке разрешающей способности, получены акустические изображения отражателей разного типа (Рисунок 2) -«цилиндрическое отверстие», «прорезь», «выступ», «проточка», «пропил» (Таблица 2), а также изображения типовых дефектов -несплавлений по кромке, пористости, шлаковых включений.

Решетки с приборами, осуществляющими электронное сканирование, называются по аналогии с радарами фазированными (ФАР), однако фазировка достигается за счет управления временным интервалом начала возбуждения каждого элемента фазированной антенной решетки, а не за счет сдвига фаз. Во всех представленных на рынке оборудовании с ФАР для ручного контроля не предусмотрена динамическая фокусировка.

Таблица 1

Тип прибора Производитель Тип сканирования Тип фокусировки

Х-32 Harfang Microtechniques Электронное Глубина смещение, путь

OmniScan Olympus Электронное Глубина

Phasor-XS фирмы GE Inspection Technologies Электронное Путь

Isonic 2009 UPA-Scope Sonotron NDT Электронное Путь, смещение

A1550 IntroVisor ООО «AKC» SAFT Виртуальная

Таблица 2.

Рисунок 2 Образцы с отражателями типа «проточка», «прорезь»,

«выступ»

Основное преимущество оборудования, реализующего SAFT метод, - это возможность фокусировки в каждую точку объекта контроля.

Для получения изображения в т. А(х, у) из каждой записанной реализации выбирается фрагмент длительностью г„ с временем задержки Iл . Все эти фрагменты содержат эхо-импульсы от

отражателя в т. A(x,z), полученных при разных ракурсах падения в эту точку и отражения (Рисунок 3).

Выбранные фрагменты совмещаются по времени t с точностью до фазы и суммируются:

Чем больше элементов в ФАР, тем лучше фокусировка, однако увеличение апертуры ограничивает обследование сварных соединений небольшой толщины (6-Н6 мм), требует контроль как минимум на двукратно отраженных лучах, а то и более. Но с учетом того, что фокусирование работает в ближней зоне, возможно, ФАР покажут хорошие результаты при контроле сварных швов со снятым валиком

усиления.

Рисунок 3 Схема распространения лучей от излучающих элементов к отражателю в т. A(x,z) и обратно

Вычисляется огибающая результирующего эхо-импульса, максимум функции записывается в память прибора. Этому значению присваивается определенный цвет или яркость т.А(х,у) на экране прибора.

Алгоритмы обработки сигналов для улучшения визуализации несплошностей не всегда идеальны и могут терять информационные признаки. Автором анализированы все сигналы, попавшие в область сканирования, без использования алгоритмов, предложенных производителями (например, «режим приповерхностных дефектов», «режим вертикальных трещин» и др.). Однако при разработке информационных признаков иногда эти алгоритмы полезны.

Результаты контроля двумя типами приборов («Х-32» и «А 1550 1п-troVisor») оказались сопоставимыми. Четко различаются фокусные пятна цилиндрических отверстий диаметром 1 и 1,5 мм, расположенных на расстоянии 2,5° по радиусу 25 мм и 3 мм на глубине от 10 до 25 мм. Определив координаты отражателей, можно измерить расстояние между ними.

Рассмотрена возможность определения фактических размеров отражателей типа «проточка», «прорезь», «выступ» с помощью ультразвуковых дефектоскопов. Показано, что уверенно измерять фактические размеры отражателей возможно от 1 мм. Отражатели, находящихся на расстояниях более 1 мм друг от друга, разрешались и измерялись также удовлетворительно.

Рисунок 4 Изображение на Х-32 при измерении глубины прорези на образце (0,9 мм)

Качественно выполнена оценка акустических изображений различных типов дефектов сварных соединений (несплавление по кромке, шлаковое включение, пористость и др.), выделены некоторые информационные признаки. Например, при наличии несплавления по кромке на экране наблюдается фокусное пятно, в направлении, перпендикулярном центральному лучу в секторе сканирования, протяженное. Если уменьшать чувствительность, пятно преобразуется в точку, но при увеличении чувствительности при некотором значении оно не будет изменяться в размере.

Измерение амплитуды в «Х-32» осуществлялось следующим образом. Определялся угол, на котором выявлялось максимальное значение, на A-scan сигнал устанавливался на стандартный уровень (50% экрана) и записывалось показание аттенюатора. При работе с «AI 550 IntroVisor» программное обеспечение выдавало значение максимального сигнала. Амплитуда от несплавления по кромке оказалась максимальная, а для выявления пористости чувствительность следовало увеличивать более чем на 20 дБ.

В четвертой главе приведены практические результаты. Исследования проводились на образцах односторонних сварных соединениях со скосом одной кромки (типа С8 по ГОСТ 5760-80, ГОСТ 8713-79, ГОСТ 14771-76).

Перед проведением контроля на образцах сварных соединений были выполнены минимально возможной ширины «пропилы» высотой 1, 2, 3 и 4 мм. Исследовалась возможность и точность измерения фактической глубины пропила, а также связь амплитуды от угла и от дифракционного рассеяния на вершине пропила (Рисунок 5).

н 1 Н I ■* | У | V и

Рисунок 5 Координаты и амплитуда сигналов от вершины пропила

высотой 3 мм

Погрешность измерения глубины пропила по расстоянию между амплитудами фокусных пятен, составляет менее 5%. При небольшой высоте пропила (до 5 мм) можно сказать, что чем больше высота пропила, тем больше амплитуда сигнала от начала пропила (Рисунок 6). Разница амплитуд между сигналами от начала и вершины пропила составляет более 6 дБ.

1X1

=184,5 ■

те

с:

с

а

с 83 «

те 82,5 • ■т те I

О 81,5 ■ те

4 81 Р

5 80,5 ■ с;

| 80 ■ <

84 83,5

82

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Фактическая высота пропила, мм

Рисунок 6 Зависимость амплитуды сигналов от вершины пропилов

При контроле сварных соединений толщиной 10^16 мм антенной решеткой с рабочей поверхностью 46 мм с неснятым валиком усиления возможно отображение сигналов только на отраженных лучах. Получены акустические изображения различного размера непроваров как со стороны скоса, так и со стороны без скоса кромок (Рисунок 7).

Непровар в образцах после вскрытия, как правило, располагается с двух сторон, реже - только со стороны без скоса. Непровар только со стороны скоса был получен только, когда присутствовал пора, вышедшая на поверхность со стороны скоса диаметром 2,5 мм на глубине 5 мм.

46,Я 14,0 Л—, 4$,0

АР АР

о' о "1 - ч

Рисунок 7 Схема контроля стыковых сварных соединений со скосом

одной кромки

Наиболее понятно интерпретируются акустическое изображение, получаемое при контроле со стороны без скоса кромки при непроваре высотой более 1,5 мм (Рисунок 8).

На акустическом изображении (Рисунок 9) присутствуют два фокусных пятна, одно из который (более яркое) является сигналом от углового отражателя, образованного гранями пластины, другое -полученное дифракционным рассеянием на вершине непровара. По расстоянию между ними можно с точностью не менее 25% определить высоту непровара (Рисунок 10).

Рисунок 8 Контроль со стороны без скоса

Рисунок 9 Акустическое изображение непровара при контроле со стороны без скоса кромок

При контроле со стороны скоса кромок результаты интерпретируются не столь однозначно. Может получиться несколько видов изображений в зависимости от размеров непроваров, его конфигурации.

Если непровар только со стороны без скоса, то изображение получается идентично как при контроле со стороны без скоса, с двумя фокусными пятнами от начала и конца непровара. Если размер непровара со стороны скоса более 5 мм, то наиболее вероятно появление одного фокусного пятна, полученного от скоса кромки (Рисунок 11, Рисунок 12). В этом случае возможна только

2

а о «а X 4 а с о с з « Ё 2 2 ш 1 0

А

Выс эта непр овара, м м 6

Рисунок 10 Зависимость фактической высоты непровара от измеренной при контроле со стороны без скоса кромок

М,0 44 -►

о —

1

Рисунок 11 Схема контроля со стороны скоса кромки

Рисунок 12 Акустическое изображение непровара высотой 5 мм при контроле со стороны скоса кромок

Наиболее часто встречающиеся непровары, высоту (от 1,5 мм) которых возможно измерить предложенным методом (Рисунок 14, Рисунок 15), дают акустическое изображение (Рисунок 13) с тремя фокусными пятнами.

Рисунок 13 Акустическое изображение иепровара (с двух сторон) высотой 3 мм на расстоянии 132 мм при контроле со стороны скоса

Рисунок 15 Вид со стороны без скоса после вскрытия

Определив координаты фокусных пятен (Рисунок 13) , можно сказать, что фокусное пятно I характеризует сигналы от угла. Фокусное пятно II образовано однократно отраженными (и более) лучами. Фокусное пятно при соотнесении с координатами соответствует сигналу от конца непровара со стороны без скоса, полученного многократно отраженными лучами.

Как уже упоминалось ранее, все сигналы получаются путем суммирования всех откликов от всех объектов, которые могут быть отражателями. В диссертации были получены акустические изображения различного вида, соотнесены результаты УЗК с металлографическим анализом, а также даны рекомендации по идентификации типа и фактического размера несплошностей на типовом оборудовании. На основе измерений можно предполагать природу возникновения тех или иных сигналов.

Решетки любого типа удобны при экспертном контроле, для быстрого поиска несплошностей Например, при контроле сварных соединений АР толщиной 10 мм время сканирования уменьшается в

15 раз по сравнению с контролем ПЭП. Решетки повышают выявляемость дефектов, неблагоприятно ориентированных к указанному в нормативно-техническом документе углу ввода ПЭП. Основные результаты работы

• Разработанный метод позволил расширить возможности ультразвукового контроля по измерению фактических размеров отражателей типа «проточка», «прорезь», «выступ» от 1 мм, а также расстояний между ними.

• Определение высоты отражателя типа «пропил», имитирующего непровар, измеряется по расстоянию между фокусными пятнами от сигналов, полученных от начала пропила и сигналов от дифракционного рассеяний на вершине с точностью не менее 5%.

• Со стороны без скоса высота непровара определяется по разнице координат сигналов от двугранного угла пластины и концом непровара (дифракционным рассеянием) со стороны без скоса.

• Измерения высоты непровара (от 1,5 мм до 5 мм) со стороны скоса при наличии непровара с двух сторон осуществляется по разнице координат сигналов от угла и конца непровара со стороны скоса.

• Дополнительный информационный признак идентификации непровара со стороны без скоса - разница амплитуд сигналов от угла и конца непровара. По результатам контроля разница должна составить более 5-6 дБ. Также обнаруживаются поры диаметром более 2,5 мм, разница амплитуд сигналов от угла и от пор менее 3 дБ.

• Предложены контрольные отражатели (пропилы) для настройки требуемой чувствительности для выполнения измерений при контроле дефектоскопами с антенными решетками.

• Доказана и подтверждена возможность для некоторых типов несплошностей определять фактическую величину, а не предусмотренные в нормативно-технической документации условные и эквивалентные размеры.

• Использование ультразвуковых дефектоскопов с антенными решетками позволяет в ряде случаев на основе измерений расстояний между фокусными пятнами на акустических изображениях перейти от дефектоскопии к дефектометрии.

• Анализ акустических изображений, получаемых при контроле антенными решетками, дает дополнительные информационные признаки, позволяющие идентифицировать характер выявленных дефектов.

• Разработан «атлас дефектов» для идентификации типа и размера (топографию) несплошности по акустическому изображению в стыковых односторонних сварных соединениях со скосом одной кромки.

3. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомепдовапных ВАК РФ:

1. Мелешко Н.В., Петров A.A., Шитиков B.C., Мезинцев Е.Д. «Обнаружение и оценка размеров отражателей различного типа дефектоскопами с фазированными антенными решетками», Вестник МЭИ, №2, 2012.

2. Коновалов H.H., Мелешко Н.В. «Примеры визуализации несплошностей в односторонних стыковых сварных соединениях при ультразвуковом контроле дефектоскопом с антенной решеткой», Известия ОрелГТУ, №2,2012.

Публикации в журналах и сборниках научных трудов, материалах копфсрепций:

3. Коновалов H.H., Мелешко Н.В. «Визуализация дефектов сварных соединений при ультразвуковом контроле фазированными антенными решетками», MEGATECH Новые технологии в промышленной диагностике и безопасности, №2-3/2011, с. 24-28;

4. Мелешко Н.В. «Особенности практического применения ультразвуковых дефектоскопов, работающих с фазированными антенными решетками», XIV Международная научно-практическая конференция, г. Сочи, 3-7 окт. 2011, Научные труды с. 147-152;

5. Коновалов H.H., Мелешко Н.В. «Ультразвуковой контроль односторонних стыковых сварных соединений при использовании антенных решеток», Промышленность и безопасность, №3 (43), 2012, с. 56-60.

Подписано в печать 27.04.2012г. Формат 60x84.1/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 54 Московский государственный университет приборостроения и информатики 107996, Москва, ул. Стромынка, 20

Отпечатано ООО «Фирма Печатный двор» Колодезный пер., д.14

Введение.

Глава 1. Анализ металлических конструкций грузоподъемных машин и методов их контроля.

1.1. Конструктивное исполнение и технологические особенности типовых металлических конструкций грузоподъемных машин.

1.2. Выбор объекта исследования.

1.3. Исследование сварных соединений и типов дефектов, характерных для сварных соединений грузоподъемных машин.

1.4. Выбор оптимального метода и схем контроля для грузоподъемных машин.

1.5. Исследование и классификация волн дифракции.

1.6. Выводы к главе 1.

Глава 2. Разработка методологии ультразвукового контроля дефектоскопами с антенными решетками стыковых сварных соединений.

2.1. Исследование существующих технологий определения размеров дефектов с применением явлений дифракции.

2.2. Разработка метода определения размеров дефектов с применением явлений дифракции для антенной решетки.

2.3. Достоинства и недостатки утвержденных методических документов по контролю с помощью антенной решетки.

2.4. Выводы к главе 2.

Глава 3. Разработка контрольных образцов и оценка возможностей дефектоскопов с антенными решетками.

3.1. Достоинства и недостатки различных типов ультразвуковых дефектоскопов с антенными решетками.

3.2. Конструкция и принцип действия антенных решеток.

3.3. Исследование разрешающей способности дефектоскопов с антенными решетками.

3.4. Визуализация отражателей типа «пропил».

3.5. Визуализация типовых дефектов сварных соединений.

3.6. Выводы к главе 3.

Глава 4. Разработка технологии ультразвукового контроля антенными решетками односторонних стыковых сварных соединений со скосом одной кромки.

4.1. Описание эксперимента.

4.2. Разработка образцов для настройки чувствительности. Погрешность измерения.

4.3. Разработка схемы контроля для выявления и оценки фактической высоты непровара.

4.4. Оценка применимости амплитудного критерия.

4.5. Разработка методических рекомендаций по проведению контроля ультразвуковыми дефектоскопами с антенными решетками.

4.6. Атлас дефектов.

4.7. Выводы к главе 4.

Надежность в производстве и эксплуатации оборудования, применяемого на опасных производственных объектах, подконтрольных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзору), определяется отсутствием ошибок в проектировании и расчетах конструкций, качеством применяемых материалов при изготовлении или строительстве, качеством монтажно-сварочных работ, условиями эксплуатации.

В условиях износа оборудования, в частности, грузоподъемных машин, и отсутствию средств на его замену возрастает роль неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики (ТД). Однако места исправления дефектов могут служить потенциальными очагами разрушения металлоконструкций в процессе эксплуатации [60, 61]. Причиной этого являются отрицательные последствия повторной сварки: остаточные напряжения растяжения, появление малопластичных структур, появление микротрещин с их склонностью к дальнейшему развитию и т.п. Высказано мнение, что «необоснованная ремонтная сварка» может причинить больший вред, чем неустраненный дефект [62]. Таким образом, исправление малозначительных дефектов (отдельных пор и включений, неглубоких подрезов и непроваров, небольших раковин и т.п.) желательно исключить в целях сохранения работоспособности сварных конструкций.

Особо следует отметить, что нормы допустимости дефектов обычно являются не расчетными, а назначаются волевым решением и поэтому в различных странах, отраслях [44, 45, 46, 49, 50, 87-92] и фирмах нормы по одним и тем же соединениям различаются до десяти раз и более.

Значительная часть исправлений не обоснована и перерасход материальных средств на устранение «допустимых дефектов» можно исключить.

Такое положение приводит и к другим серьезным последствиям -затрудняется внедрение высокоэффективных методов неразрушающего контроля. Выполняющие неразрушающий контроль специалисты стараются по возможности уменьшить объемы неразрушающего контроля, т.к. понимают, что могут оказаться в ситуации, в которой будут вынуждены забраковать достаточно надежную конструкцию.

Развитие научно-технического прогресса в области производства грузоподъемных машин и решение задач по поддержанию их высокой эксплуатационной надежности требуют совершенствования и более широкого использования неразрушающего контроля, который является одним из важнейших способов получения информации о работоспособности и надежности оборудования, применяемого на опасных производственных объектах. Качество этой информации, ее достоверность и оперативность оценки в значительной мере определяют эффективность обеспечения промышленной безопасности.

В настоящее время с одной стороны сложившиеся нормы допустимости на дефекты по ультразвуковому контролю необоснованно завышены, что влечет за собой значительные объемы ремонтных работ. Завышение норм происходит по нескольким причинам. Одна из них - это то, что нормы в большинстве случаев являются технологическими, т.е. ориентированы на возможности технологического процесса и практически всегда превышают требования по прочности. Вторая причина - если даже применять эксплуатационные нормы, т.е. расчетные, связанные с ожидаемой опасностью дефектов при эксплуатации конструкций, то для эффективного применения результатов прочностных расчетов необходима точная информация о типах, размерах и местоположении обнаруженных дефектов.

И.Н. Ермоловым и А.К. Гурвичем было предложено применение эквивалентных и условных размеров, определяющих сравнительную отражательную способность дефекта по отношению к плоскодонному отверстию. Многие ученые указывали в своих трудах на плохую корреляцию между реальными и условными размерами [64, 65, 110], но т.к. ничего лучшего не было придумано, эквивалентные и условные размеры заложены практически во всех методиках контроля. Отражатели в виде диска, сферы, цилиндра, полосы, плоскости широко используются в качестве амплитудных эквивалентов дефектов. Однако имитаторами формы реальных дефектов их не назовешь, поэтому их используют для задания чувствительности вне связи с геометрией реальных дефектов. Были попытки создавать модели сложного реального дефекта совокупностью отражателей правильной геометрической формы [111, 58]. Практического применения они не нашли.

Специалистами в теории прочности накоплен значительный опыт расчетов по определению состояния сварных швов и конструкций с учетом влияния дефектов, степени опасности дефектов и местоположении обнаруженных дефектов. Однако основными параметрами, которыми можно описать дефект, до сих пор являются условные размеры и эквивалентная площадь. А правильно определить тип и фактический размер дефекта довольно сложно. Сведения, которые передает дефектоскопист, являются исходной информацией для прочностного расчета, на основании которого принимается решение, что делать с конструкцией в ее текущем состоянии: допустить в эксплуатацию, ремонтировать, заменять. Поэтому прочнисты требуют [112] полную и надежную информацию о дефекте: чем она хуже, тем большие запасы им приходиться закладывать в расчет прочности и безопасности.

С другой стороны, несмотря на жесткость норм браковки, они не гарантируют выявление наиболее опасных дефектов типа трещин из-за их сложной конфигурации и вследствие этого их малой отражательной способности. Ультразвук превосходит радиографический контроль по выявляемое™ плоскостных дефектов, но существенно уступает из-за невозможности измерять реальные размеры дефекта [62, 63].

При использовании «классических», некогерентных методов ультразвуковой дефектоскопии, информация, содержащаяся в полях, рассеянных дефектами, теряется. Для компенсации применяли некие искусственные приемы, которые работали только на конкретном объекте, а при переходе на другой объект оказывались неэффективными, требовали адаптации или даже разработку новых норм и допусков.

С недавних пор в ультразвуковой дефектоскопии стали применяться когерентные методы визуализации дефектов. Эти изображения в значительно большей степени зависят от фазовых составляющих измеренного акустического поля, рассеянного дефектами, чем от его амплитуды [108, 109].

В некогерентных методах получают изображение квадрата амплитуды поля, рассеянного несплошностью, в области регистрации. Когерентные изображения представляют собой распределение акустического поля, рассеянного несплошностью, в области ее локализации. Анализ измерений поля позволяет сделать заключение о размерах, форме, ориентации несплошности. Однако для реализации этого метода требуется соблюдение некоторых условий: несплошность должна иметь резкие границы с шероховатой поверхностью, размеры должны быть больше длины волны, расстояния между несплошностями должно быть такие, чтобы не возникало многократных перерассеяний.

В ультразвуковом контроле распространено зеркальное рассеяние, потому как длина волны обычно превосходит неровность поверхности рассеяния. Образ восстановленного поля разбивается на «блестящие точки». Также типичен случай, когда размеры равны длине волны. Изображение будет иметь вид, отличающийся от оптического изображения. Такое изображение требует дополнительной расшифровки. Одним из важнейших параметров является разрешающая способность, которая определяет возможности методов контроля.

Применение ультразвукового оборудования, реализующие когерентные способы визуализации изображения дает целый ряд преимуществ. Совершенствуются принципы сканирования и регистрации результатов, увеличивается производительность контроля, снижается негативное влияние «человеческого фактора». Разработчики оборудования понимают, что почти недостижимая цель - создание такого оборудование, которое бы полностью исключило человеческий фактор. Чем сложнее оборудование «внутри», тем, как правило, оператору проще работать, прибор автоматически калибруется, отстраивается от мешающих факторов, настраивается, выполняет измерения. Но для ультразвукового контроля существует ряд ограничений, которые не позволяют полностью перейти на автоматизированный (и автоматический) контроль изделий.

Автором [57] проанализировано, что наибольшая часть работ производится на сварных соединениях, причем в большинстве случаев контроль выполняется вручную. Ультразвуковые системы с цифровой когерентной обработкой данных, предназначенные для лабораторных исследований, были малопригодны для применения на практике [106].

Одним из существенных недостатков «классического» ультразвукового контроля является сложная расшифровка дефектов. В настоящей диссертации выполнены работы по разработке рекомендаций по повышению эффективности выявления и оценке найденных несплошностей с применением дефектоскопов, работающих с антенными решетками.

Для обеспечения промышленной безопасности необходим комплекс мероприятий, одним из которых является улучшение качества организации процесса неразрушающего контроля, в число которого входят повышение уровня подготовки персонала лабораторий НК, внедрение современных средств, а также разработка методических документов. Аппаратура, визуализирующая внутреннюю структуру материала, находит все большее применение в практике НК, но внедрение ультразвуковых дефектоскопов с антенными решетками (АР) ограничивает отсутствие соответствующей нормативно-технической документации (НТД).

Поэтому исследование технологии контроля сварных соединений с применением оборудования, позволяющего проводить оценку и определение фактических размеров несплошностей, является в настоящее время актуальной проблемой.

Наиболее распространенным и востребованным физическим методом неразрушающего контроля является ультразвуковой контроль (УЗК), к одному из главных преимуществ которого можно отнести высокую вероятность выявления наиболее опасных плоскостных дефектов: трещин, непроваров и несплавлений. Недостатком УЗК, кроме необходимости разработки специальных методик и технологических карт при дефектоскопии изделий различных типов, является сложная интерпретация результатов контроля.

Результатом контроля ультразвуковыми дефектоскопами с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП) является эхо-сигнал от отражателя, который характеризуется амплитудой. Косвенные характеристики типа «эквивалентная площадь» и «условные размеры», определяемые для оценки степени опасности дефектов (несплошностей, не удовлетворяющим требованиям НТД) в большинстве случаев слабо связаны с реальными размерами.

В последние годы в связи с развитием вычислительной техники перспективными к применению в УЗК стали когерентные методы визуализации несплошностей. Когерентные методы используют больше информации о несплошности, что позволяет получать изображения с очень высоким разрешением — порядка длины волны, с хорошим соотношением сигнал/шум. Анализ измерений поля позволяет сделать заключение о размерах, форме и ориентации выявленной несплошности. Когерентные методы реализуются в приборах, работающих с ультразвуковыми АР.

Акустические изображения, получаемые дефектоскопами с АР, состоят в основном из набора «блестящих точек», формируемых отражающими элементами материала, в качестве которых могут выступать нормально ориентированные к лучу поверхности, уголковые отражатели, точечные и тонкие протяженные отражатели, границы трещин, поверхности с диффузным отражением и т.п. Поэтому интерпретация образов требует определенной подготовки оператора.

В результате контроля дефектоскопами с фазированными антенными решетками (ФАР) с электронным сканированием формируется секторная развертка области сканирования, на котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя кодируется цветом. Применение дефектоскопов с ФАР позволяет излучать в объект контроля качающийся в плоскости падения ультразвуковой волны ультразвуковой луч, фокусировать его и получать изображения. В другом типе приборов с АР реализуется алгоритм фокусируемой синтезируемой апертуры (SAFT - Synthetic Aperture Focusing Technique).

Особую важность приобретает использование АР при УЗК сварных соединений небольшой толщины (от 6 до 20 мм). Существенно повышающий информативность контроля дифракционно-временной метод (TOFD - Time Of Flight Diffraction), основанный на приеме волн, рассеянных на концах плоскостных дефектов, для объектов контроля такой толщины практически не применяется. Метод абсолютного времени прихода (ААТТ - Absolute Arrival Time Technique) в российских НТД не упоминается, методических рекомендаций при работе с АР не существует.

Цель данной работы - разработка и совершенствование методов и технологии ультразвукового контроля с применением дефектоскопов с антенными решетками, повышающих информативность результатов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

1. Определение типовых сварных соединений металлоконструкций грузоподъемных машин.

2. Анализ возможных методов и средств определения фактической высоты плоскостных дефектов.

3. Разработка типов контрольных отражателей, анализ полученных акустических изображений.

4. Контроль наиболее распространенных сварных соединений с их последующим вскрытием.

5. Анализ акустических изображений несплошностей в сварных соединениях, исследование топографии внутренних дефектов, определение информативных признаков разных типов несплошностей.

6. Разработка алгоритма классификации несплошностей по информативным параметрам.

7. Разработка «атласа дефектов», дающего возможность определять тип и размер дефектов сварных соединений, основываясь на данных, получаемых с помощью дефектоскопа, работающего с АР.

8. Разработка новой технологии определения фактических размеров несплошностей (высоты непровара в стыковых односторонних сварных соединениях со скосом одной кромки) по акустическим изображениям, получаемым ультразвуковым дефектоскопом с АР.

Данные по дефектности сварных соединений получены по результатам визуального контроля, ультразвуковой дефектоскопии и ультразвукового исследования с помощью дефектоскопов с АР, а также металлографического анализа и статистических методов обработки результатов экспериментов. Для теоретических исследований применялись математические модели трассировки лучей.

Выполненные исследования основывались на научных трудах в области неразрушающего контроля ряда отечественных и зарубежных ученых [11-14, 41, 42, 54-56, 58, 59, 64, 65, 97, 68], в числе которых Н.П.Алешин, В.Т. Бобров, В.Н. Волченко, А.Х. Вопилкин, А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов, В.В. Клюев, H.H. Коновалов, A.A. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин, В.Г. Щербинский и многие другие ученые и специалисты.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен и экспериментально подтвержден способ определения фактической, а не условной высоты непроваров в односторонних стыковых сварных соединениях со скосом одной кромки по акустическим изображениям.

2. Разработана новая технология контроля дефектоскопами с антенными решетками, позволяющая определять размеры отражателей различного типа.

3. Получены дополнительные информационные признаки идентификации непровара со стороны скоса по разнице амплитуд сигналов от угла и конца непровара.

Практическая ценность работы состоит:

1. Использование данного способа позволяет перейти в некоторых случаях от дефектоскопии к дефектометрии.

2. Усовершенствована нормативная база по ультразвуковому контролю сварных соединений грузоподъемных машин.

3. Разработаны методические рекомендации по контролю сварных соединений грузоподъемных машин.

4. Предложены контрольные отражатели для настройки уровня чувствительности, позволяющего обнаружить сигналы от дифракционного рассеяния на конце непровара.

5. Создан атлас дефектов односторонних стыковых сварных соединений со скосом одной кромки.

Реализация и внедрение результатов работы:

1. На основе выполненных исследований и разработок созданы паспорта на экзаменационные образцы сварных соединений для проведения экзаменов и аттестации специалистов I и II уровня в соответствии с Правилами аттестации персонала в области неразрушающего контроля (ПБ 03-440-02) для Независимого органа по аттестации персонала НУЦ «КАСКАД» МГУ ПИ;

2. Разработан для Российского общества по неразрушающему контролю и технической диагностике (РОНКТД) интерактивный расширенный курс по ультразвуковому контролю, включающий теорию и практику использования дефектоскопов с АР при контроле сварных соединений грузоподъемных машин.

3. Для ФГУП «НПО «Техномаш» проведена исследовательская работа, заключающаяся в сравнении возможностей различных дефектоскопов с АР, определению разрешающей способности приборов.

4. На Шимкентском нефтеперерабатывающем заводе «ПетроКазахстан» опробована разработанная методика контроля сварных соединений небольшой толщины (до 20 мм).

5. Разработаны Методические рекомендации по ультразвуковому контролю дефектоскопами с антенными решетками сварных соединений грузоподъемных машин, утвержденные ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность».

Основные результаты работы доложены и обсуждены на:

1. XIX Всероссийской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике, г. Самара, СГАУ им. Королева, 6-8 сент. 2011.

2. XIV Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию МГУПИ, г. Сочи, 3-7 окт. 2011.

3. 2-ом Научно-практическом семинаре «Ультразвуковая томография как метод контроля сосудов и аппаратов, трубопроводов, листового проката, а также сооружений», ОАО «НИИХиммаш» г. Москва, 35 окт. 2011.

4. I Всероссийском конгрессе молодых ученых, Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, 10-13 апр. 2012.

4.7. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4

Ультразвуковой контроль и последующее вскрытие сварных соединений показали, что при контроле со стороны без скоса кромок возможно с погрешностью менее 25% определить фактическую высоту непровара. Высота непровара определяется по разнице координат двух фокусных пятен разной амплитуды - эхо-сигналов от начала и конца непровара. При контроле со стороны без скоса «концом непровара» служит сигнал от дифракционного рассеяния (разница между амплитудами фокусных пятен от двугранного угла пластины и концом непровар составляет более 5-6 дБ).

При контроле со стороны скоса при наличии непровара только со стороны без скоса акустическое изображение получается аналогично контроля со стороны без скоса. При большом непроваре (более 5 мм) не всегда удается получить сигнал от конца непровара, т.к. его экранирует довольно большой сигнал, получаемый от скоса кромки. Дополнительный информационный признак, по которому можно судить об отражателе, - это разница амплитуд фокусных пятен сигналов от двугранного угла пластины и концом непровара. Если разница амплитуд сигналов от начала и конца предполагаемого непровара положительная и составляет более 5-6 дБ, то сигналы получены от дифракционного рассеяния на конце непровара, и можно определять высоту с погрешностью не более 25%; если отрицательная, то сигнал получен от скоса.

При непроваре менее 1,5 мм оценку непровара возможно проводить только по амплитудному критерию, аналогично контролю преобразователями с одним углом ввода. При контроле со стороны скоса при непроваре размером от 2 до 5 мм и со стороны скоса кромок, и со стороны без скоса, на экране могут присутствовать 3 фокусных пятна.

Использование ультразвуковых дефектоскопов с антенными решетками позволяет в ряде случаев на основе измерений расстояний между фокусными пятнами на акустических изображениях перейти от дефектоскопии к д ефектометрии.

Анализ акустических изображений, получаемых при контроле АР, дает дополнительные информационные признаки, позволяющие идентифицировать характер выявленных дефектов.

Методические рекомендации могут заключаться в следующем.

1. Для приборов типа А1550 Intro Visor рекомендуется с точностью не менее 1,5% настраивать скорость ультразвука (3200±50 м/с). Правильная настройка скорости влияет не только на правильность определения координат, но и на «размытость» фокусных пятен, а также на амплитуду. В случае контроля ФАР (например, Х-32) влияние корректной настройки скорости менее очевидна, на амплитуду и размер фокусных пятен сильнее влияет правильная фокусировка, ее тип и фокусное расстояние.

2. Несплошность порядка длины волны можно оценивать только по амплитудному критерию.

3. Измерения размеров несплошностей становятся возможными, только если существуют пограничные точки, например, угловое отражение, дифракционное рассеяние и т.д.

4. Размер определяется по акустическому изображению на приборе с помощью программного обеспечения.

5. Погрешность измерения высоты непровара не превышает 25%.

6. При измерении высоты плоскостного дефекта разница в амплитуде между началом (т.е. угловым отражением, полученным двугранным углом пластины) и вершиной (или концом) непровара составляет при толщинах 8-46 дБ не менее 5-6 дБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработанный метод позволил расширить возможности ультразвукового контроля по измерению фактических размеров отражателей типа «проточка», «прорезь», «выступ» от 1 мм, а также расстояний между ними.

2. Определение высоты отражателя типа «пропил», имитирующего непровар, измеряется по расстоянию между фокусными пятнами от сигналов, полученных от начала пропила и сигналов дифракционного рассеяния на вершине с точностью не менее 5%.

3. Со стороны без скоса высота непровара определяется по разнице координат сигналов от двугранного угла пластины и конца непровара (за счет дифракционного рассеяния) со стороны без скоса.

4. Измерение высоты непровара (от 1,5 мм до 5 мм) со стороны скоса при наличии непровара с двух сторон осуществляется по разнице координат сигналов от угла и конца непровара со стороны скоса.

5. Дополнительный информационный признак идентификации непровара со стороны без скоса - разница амплитуд сигналов от угла и конца непровара. По результатам контроля разница должна составить более 5-6 дБ. Также обнаруживаются поры диаметром более 2,5 мм, разница амплитуд сигналов от угла и от пор менее 3 дБ.

6. Предложены контрольные отражатели (пропилы) для настройки требуемой чувствительности для выполнения измерений при контроле дефектоскопами с антенными решетками.

7. Доказана и подтверждена возможность для некоторых типов несплошностей определять фактическую величину, а не предусмотренные в нормативно-технической документации условные и эквивалентные размеры.

8. Использование ультразвуковых дефектоскопов с антенными решетками позволяет в ряде случаев на основе измерений расстояний между фокусными пятнами на акустических изображениях перейти от дефектоскопии к дефектометрии.

9. Анализ акустических изображений, получаемых при контроле антенными решетками, дает дополнительные информационные признаки, позволяющие идентифицировать характер выявленных дефектов.

10. Разработан «атлас дефектов» для идентификации типа и размера (топографии) несплошности по акустическому изображению в стыковых односторонних сварных соединениях со скосом одной кромки.

1. Волченко В.Н. Оценка и контроль качества сварных соединений с применением статистических методов. М.: Изд-во стандартов, 1974. - 159 с.- 2. Волченко В.Н. Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции. М.: Металлургия, 1979. - 88 с.

2. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. М.: Высш. шк, 1972. - 504 с.

3. Ряхин В.А., Мошкарев Г.Н. Долговечность и устойчивость сварных конструкций строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1984. - 232 с.

4. Проектирование сварных конструкций в машиностроении / Под ред. С.А. Куркина. М.: Машиностроение, 1975. - 370 с.

5. Самокрутов A.A., Шевалдыкин В.Г. Сканирование в ультразвуковой томографии // В мире НК, 2010, №3(49). С. 7-10.

6. Воронков В.А., Воронков И.В., Козлов В.Н., Самокрутов A.A., Шевалдыкин В.Г. О применимости технологии антенных решеток в решении задач УЗК опасных производственных объектах // В мире НК, 2011, №1(51). -С. 64-70.

7. Питер Д. Лаке, Ральф С. Филлипс Теория рассеяния. Пер. с англ. / Под ред. М.Ш. Бирмана. М.: Мир, 1971. - 312 с.

8. Рид М., Саймон Б. Методы современной математической физики: Т.З. Теория рассеяния. Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 443 с.

9. Щербинский В.Г. Технология ультразвукового контроля сварных соединений. Издательство «Тиссо», Москва, 2003. - 326 с.

10. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.

11. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении: Учебное пособие СПб.: Изд-во Радиовионика, 1995.- 336 с.

12. Контроль качества сварки/ Под ред. В.Н. Волченко. М.: Машиностроение, 1975. - 328 с.

13. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1982. - 272 с.

14. Николаев Г.А, Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование. М.: Высшая школа, 1990. - 447 с.

15. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. Киев: Наукова думка, 1973. - 216 с.

16. Мюнзе В.Х. Усталостная прочность сварных стальных конструкций: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1968. - 312 с.

17. Навроцкий Д.И. Прочность сварных соединений. М.: Машгиз, 1961. - 176 с.

18. Луцук O.A. Механические свойства тавровых соединений конструкционных сталей с технологическими отклонениями: Дисс.канд. техн.наук: 05.04.05. М., 1978. - 180 с.

19. Проектирование сварных конструкций в машиностроении/ Под ред. С.А. Куркина. М.: Машиностроение, 1975. - 370 с.

20. Макаров И.И., Емельянова Т.М. Влияние технологических дефектов на долговечность и надежность сварных соединений // Надежность сварных соединений и конструкций: Сб. статей. М.: Машиностроение, 1967. -С. 47-63.

21. Макаров И.И., Луцук O.A., Гребенчук В.Г. Влияние параметров углового шва на усталостную прочность сварных тавровых соединений // Сварочное производство. 1977. № 6. С. 18-21.

22. Исследование усталостной прочности и хладостойкости сварных соединений прокатных сталей вагонных конструкций: Отчет о НИР (промежуточный)/ МВТУ; Рук. В.А. Винокуров-тема АО 74185. М., 1986. -71 с.

23. Onchida H., Nishioka A. Danerfestigkekeit von Kehlnahten. // Schweisstechnik. 1966/ № 4. S. 150-157 (International Institute of Welding, Document XII 338-64.

24. Попов В.А. Выбор катета угловых швов тавровых соединений // Сварочное производство. 1988. № 9. С. 29-30.

25. Козлов В.Н., Самокрутов A.A., Яковлев H.H., Ковалев A.B., Шевалдыкин В.Г. Акустическая В- и С-томография крупноструктурных материалов импульсным эхо-методом // Приборы и системы управления. 1989. №7.-С. 21-23.

26. Ковалев A.B., Козлов В.Н., Самокрутов A.A., Шевалдыкин В.Г., Яковлев H.H. Импульсный эхо-метод при контроле бетона. Помехи и пространственная селекция // Дефектоскопия, 1990, № 2. С. 29-41.

27. Григорьев М.В., А.К. Гурвич, В.В. Гребенников, Семерханов C.B. Ультразвуковой способ определения размеров трещин // Дефектоскопия, 1979, № 6. С. 50-56.

28. Данилов В.Н. К вопросу о рассеянии SV-волны полубесконечной трещиной // Дефектоскопия, 1990, № 10. С. 20-25.

29. Гурвич А.К., Дымкин Г.Я., Цомук С.Р. Новый информационный признак формы дефекта // Дефектоскопия, 1990, № 11. С. 3-7.

30. Воронков В.А., Ермолов И.Н. Измерение высоты корневой трещины с помощью двух ультразвуковых преобразователей // Дефектоскопия, 1990, № 11. С. 7-13.

31. Ушаков В.М., В.Е. Белый, А.Х. Вопилкин Экспериментальное исследование акустических полей рассеяния продольных и поперечных волн на эллиптических полостях // Дефектоскопия, 1987, № 3. С. 51-57.

32. Данилов В.H., Басацкая JI.B. Об отражении продольных волн от полубесконечной трещины // Дефектоскопия, 1987, № 3. С. 46-51.

33. Щербинский В.Г., Белый В.Е. Эхо-зеркальных ультразвуковой метод обнаружения и распознавания дефектов сварных швов. М.: Машиностроение, 1980. - 40 с.

34. Гребенников В.В., Лебедев Н.Е. Эхо-зеркальный способ ультразвукового контроля с трансформацией упругих волн // Дефектоскопия, 1979, № 10. С. 73-78

35. Белый В.Е., Щербинский В.Г. Выявляемость реальных плоскостных дефектов при различных вариантах прозвучивания // Дефектоскопия, 1980, № 9. С. 89-90.

36. Белый В.Е. Оценка характера дефектов сварных соединений по совокупности информационных признаков // Дефектоскопия, 1992, № 8. -С. 3-9.

37. Козлов В.Н., Шевалдыкин В.Г., Самокрутов A.A. Ультразвуковая дефектоскопия бетона: состояние и перспективы // В мире неразрушающего контроля, 2002, №2(16). С. 4-12.

38. Методы акустического контроля металлов / Н. П. Алешин, В. Е. Белый, А. X. Вопилкин и др. М.: Машиностроение, 1989. - 456 с.

39. Ермолов И.Н., Вопилкин А.Х., Бадалян В.Г. Расчеты в ультразвуковой дефектоскопии (краткий справочник).- М.: «ЭХО+», 2000. -108 с.

40. Люткевич A.M. Выбор параметров системы ручного томографического контроля сварных швов // Контроль. Диагностика. 2004, № 5.-С. 23-30.

41. РД 34.17.302-97 Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды. Сосуды. Сварные соединения. Контроль качества. Ультразвуковой контроль. Основные положения. (ОП 501 ЦД-97). Москва. НПП «Норма», 1997.

42. СТО ГАЗПРОМ 2-2.4-083-2006 Инструкция по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов СТО Газпром 2-2.4083-2006.

43. ВСН 012-88. 4.1. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Контроль качества и приемка работ.

44. ISO/DIS 13588:2010 Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Use of (semi-) automated phased array technology

45. РД-19.100.00-КТН-219-07 Ультразвуковой контроль качества сварных стыков магистральных нефтепроводов с применением дефектоскопов с фазированными решетками.

46. РД РОСЭК-001-96 «Машины грузоподъемные. Конструкции металлические. Контроль ультразвуковой. Основные положения».

47. ГОСТ 14782-8638. Контроль неразрушающий. Сварные соединения. Методы ультразвуковые. Государственный стандарт. Госкомитет по стандартам. — Москва, 1988.

48. Данилов В.Н., И.Н. Ермолов, C.B. Ушаков Исследование рассеяния поперечных волн на трещине // Дефектоскопия, 2001, №5. С. 4249.

49. Вопилкин А.Х. Волны дифракции и их применение в ультразвуковом неразрушающем контроле. I. Физические закономерности волн дифракции // Дефектоскопия, 1985, №1. С. 20-34.

50. Вопилкин А.Х. Волны дифракции и их применение в ультразвуковом неразрушающем контроле. I. Практическое использование волн дифракции. Дефектоскопия, 1985, №2. С. 72-85.

51. Коновалов Н.Н. Разработка методологии обеспечения промышленной безопасности металлических конструкций карьерных экскаваторов. Докторская диссертация. - 284 с.

52. Ермолов И.Н. Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль. М.: Машиностроение, 2004. 864 с.

53. Ультразвуковой контроль материалов: Справочное издание И. Крауткремер, Г. Крауткремер; Перевод с нем. М: Металлургия, 1991. -752 с.

54. Бархатов В.А. Развитие методов ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений // Дефектоскопия, №1, 2003. С.28-55.

55. Щербинский В.Г., Белый В.Е. Новый информативный признак характера дефектов при ультразвуковом контроле // Дефектоскопия, 1975, №3. С. 27-37.

56. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль. В кн.: Неразрушающий контроль / Справочник/ Под общ.ред. В.В. Клюева. Т.З. -М.: Машиностроение, 2004. - 864 с.

57. Волченко В.Н. Вероятностное обоснование допустимости малозначительных дефектов швов и целесообразности их исправления // Автоматическая сварка, 1974, №10. С. 65-69.

58. Wagner H. Wirtshaftliche Gesichtspunkte in der Scheibtechnic.-Schweissen+Schneiden, 1979, H.10

59. Harrison J.D. The basic for a proposed acceptance standard for weld defects/ Part 1. Porosity. Part 2. Slag Inclusion. Metal construction and British welding journal, 1972, №3, 7.

60. Волченко В.Н. О целесообразности исправления дефектов сварных швов. В сб. «Повышение эффективности производства сварных строительных металлоконструкций». - М.: ЦП НТО Стройиндустрия, 1973.

61. Неразрушающий контроль в 5 кн. Под редакцией В.В. Сухорукова. М.: Высшая школа, 1991.

62. Неразрушающий контроль: Справочник: в 7 т. Под общей редакцией В.В. Клюева. М.: Высшая школа, 2003.

63. Горюнов A.A., Сосковец A.B. Обратные задачи рассеяния в акустике. М.: Изд-во МГУ, 1989. - 152 с.

64. Плис А.И., Бабин М.В., Железняков В.А. К вопросу о прямом восстановлении пространственной структуры акустических источников // Письма в ЖТФ, 1981, Т.8, №2,- С.83-86.

65. Гурвич А.К. Ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений. Киев, Укртехиздат, 1963. - 152 с.

66. Magginness M.G., Kay L. Ultrasonic imaging in solids // Radio a. Electron. Engine. 1971. V.41. N2. P.91-93.

67. Hanstead P.D. A new technique for ultrasonic imaging // Brit. J. NDT. 1979. V. 21. N4. P.212-213.

68. Хенл X., Маус К., Вестпфаль К. Теория дифракции. М.: Мир, 1964.-468 с

69. Боровиков В.К., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. -М.: Связь, 1978.- 248 с.

70. Фельсен Л. Квазиоптические методы в дифракции. В кн.: Квазиоптика. М: Мир, 1966. - С.11-62.

71. Keller I.B. A geometrical theory of diffraction Calculation of variations and its Applications. Symposium of Applied Mathematics. V.8. N.Y.: Mc Graw -Hill, 1958, p. 27-52.

72. Купрадзе В. Д. Основные задачи математической теории дифракции. М.: ОНТИ, 1934. - 251 с.

73. Мауе A.W. Die Beugung elastischer Wellen an der Halbebene. Zs. angew, Methernatic u Mechanik, 1953, 33, H 1/2/. P. 1-13.

74. Bouwkamp C.Y. Diffraction Theory In Repts on Progress in Phys., 1954, 17, p. 35

75. Robertson I.A. Diffraction or a Plane longitudinal Wave by a penny shared crack. Proc. Cambridge Phil/Soc., 1967, 63, p. 229-233.

76. Adler I., Diffraction model for ultrasonic frequency analysis and flaw characterization. Mater. Evalution, 1977, №1. - P. 51-55

77. Скучик E. Основы акустики. T.2. M.: Мир, 1976. - С. 223-335.

78. Oqura I. Influence on the inclination of defects in the ultrasonic angle beam testing. Ninth world conference on non-destructive testing. (9WCNDT), Melbourne, 1979.

79. Porter R.P., Devaney A.J. Generalized holography and computational solutions to inverse source problems // J. Optical Society of America. 1982. У .12. N. 12. P. 1707-1713.

80. Devaney A.J. Nonuniquensness in the inverse scattering problem // J. Math. Phys. 1978. V.19. N. 17. P. 1526-1531.

81. Stone W.R. Acoustical holography is, at best, only a partial solution to inverse scattering problem // Acoustic Imaging. N.-Y. 1982. V.ll. P. 338-352.

82. Browne B. Time of flight diffraction Ith Limitations Actual & Perceived // NDTnet. September. 1997. Vol. 2. N9.

83. Geus de S.J., Dijkkstra F.H., Bouma T. Advances in TOFD Inspectiontb

84. Proc. of 15 World Conference on Non-Destruction Testing. 2000. 15-21 October. Rome, 2000.

85. ПБ 09-310-99. Правила промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств. ГП научно-технический центр по безопасности в промышленности и Госгортехнадзор России, Москва, 2000.

86. ПБ 12-245-98. Правила безопасности в газовом хозяйстве. ПИО ОБТ, Москва, 1998.

87. РД 08-200-98. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности. НПО ОБТ, Москва, 1999.

88. ПБ 10-115-96. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. ПИО ОБТ, Москва, 1996.

89. ИПБ 03-147-97. Изменения и дополнения в правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. ПИО ОБТ, Москва, 1997.

90. Silk M.G. The use of diffraction based time-of-flight measurements to locate and size defects // Brit. J. of NDT. 1984. V.26. P. 208-213.

91. Verkooijen J. TOFD used to replace radiography // Inside. 1995. V. 37 (6). P. 433-435.

92. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках / Под ред. В.И. Труфякова Киев: Наукова думка 1990.- 256 с.

93. Щербинский В.Г. Корреляционный анализ зхо-сигналов от реальных дефектов сварных швов // Дефектоскопия, 1985, № 3. С. 50-53.

94. Неразрушающий контроль / Под ред. В.В. Сухорукова. Кн.2. Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А.И. Акустические методы контроля. -М.: Высш.шк., 1991.-284 с.

95. Буров В.А., Горюнов А.А., Сасковец А.В., Тихонова Т.А. Обратные задачи рассеяния в акустике (обзор) // Акустический журнал, 1986, Т.32, №4. С. 433-449.

96. Буров В.А., Горюнов А.А., Сасковец А.В., Тихонова Т.А. Обратная задача рассеяния в ультразвуковой технике и медицине // Вопросы судостроения, Сер. Акустика, Вып. 20, 1985. С.32-46.

97. Буров В.А., Рычагов М.Н. Дифракционная томография как обратная задача рассеяния. Интерполяционный подход. Линеаризованный вариант// Акустический журнал, 1992, Т. 38, №4. С. 631-642.

98. Буров В.А., Рычагов М.Н. Дифракционная томография как обратная задача рассеяния. Интерполяционный подход. Учет многократных рассеяний // Акустический журнал, 1992, Т. 38, №5. С. 844-854.

99. Буров В.А., Румянцева О.Д., Сасковец А.В. Акустическая томография и дефектоскопия как обратная задача рассеяния // Вестник МГУ, Сер.З, 1994, Т. 35, №6. С. 52-57.

100. Буров В.А., Тихонова Т.А. Обратная задача рассеяния для твердого тела в борновском приближении // Вестник МГУ, Сер.З, 1986, Т.27, №6. С. 52-57.

101. Devaney A.J. Inverse source and scattering problems in ultrasonic // IEEE Trans, on Sonic and Ultras, 1983, V.SU-30, N6. P.355-364.

102. Porter P.R., Devaney A.J. Holography and the inverse source problem //J.of Optical Society of America, 1982, V.72 N3. P. 327-330.

103. Aldridge E.E., Clare A.B., Shepherd D.A., Brown C.C. Ultrasonic holography in the inspection of rotor forging. // NDT Int. 1977, V. 10, N 3. P. 115-120.

104. Introduction to Phased Array Ultrasonic Technology Applications: R/D Tech Guideline. Quebec: R/D Tech inc., 2004. - 368 p.

105. Gallagher N.C. Optimum quantization and relative information content of holographic magnitude and phase // Acoustic imaging and holography, 1979, V.l, N 2. P. 119-132.

106. Под редакцией проф. Вопилкина А.Х. Ультразвуковая дефектометрия металлов с применением голографических методов. Москва, «Машиностроение», 2008. - 368 с.

107. Белый В.Е. Рассеяние ультразвука на нестандартных моделях дефектов // Дефектоскопия, 1988, № 12. С. 23-32.

108. Белый В.Е., Щербинский В.Г. Выявляемость реальных плоскостных дефектов при различных вариантах прозвучивания // Дефектоскопия, 1980, №9. С.89-90.

109. Варовин А.Я., Карзов Г.П., Марголин Б.З. Требования к неразрушающему контролю с точки зрения прочности // В мире неразрушающего контроля, 2010, №4(50). С.5-8.