Как настроить ВРЧ дефектоскопа УД2-12?

Как настроить ВРЧ дефектоскопа УД2-12?



Временную регулировку чувствительности (ВРЧ) используют для подавления шумов зонди­рующего импульса или для выравнивания чувс­твительности по глубине контролируемого из­делия.

Блок ВРЧ дефектоскопа является состав­ной частью приемно-усилительного тракта. Если включить индикацию ВРЧ, нажав кнопку  на блоке А6 и отжав кнопку  на блоке А10, то на экране можно увидеть, что закон изменения усиления во времени содержит три участка, средним из которых является собст­венно зона ВРЧ с экспоненциально возраста­ющим участком, а до и после нее имеются участки с постоянным усилением.

Управление усилением и амплитудными параметрами ВРЧ  осуществляется регуля­торами блока А6:   — общее изменение уси­ления,  — регулировка усиления в конце зоны ВРЧ (т. е. правого горизонтального уровня относительно левого горизонтального уровня),  — регулировка усиления в средней части зоны ВРЧ, т. е. изменение крутизны экспонен­циального участка. Временные параметры управляются регуляторами  и  — установка соответственно начала и длитель­ности зоны ВРЧ.

В общем случае настройка ВРЧ осуществ­ляется с использованием трех эхо-сигналов. При этом сигнал от «ближнего» отражателя (кроме специально оговоренных случаев) дол­жен располагаться непосредственно перед началом зоны ВРЧ, сигнал от «дальнего» отра­жателя — непосредственно после окончания зоны ВРЧ, сигнал от «среднего» отражателя — в средней части зоны ВРЧ.

Наиболее простой способ основан на применении специального образца, выполнен­ного из материала контролируемого изделия и имеющего набор отражателей на разной глуби­не с одинаковой эквивалентной площадью. Для конкретного случая три отражателя должны быть расположены на глубине, соответству­ющей началу и концу зоны контроля, а также средней ее части. В результате настройка ВРЧ осуществляется путем последовательного выяв­ления трех отражателей. При этом для «ближ­него» отражателя регулятором  (А8) устанавливается начало зоны ВРЧ непосред­ственно за сигналом, а аттенюатором и регуля­тором  (А8) — положение вершин сигнала на уровне АСД (автоматической сигнализации дефекта). Для «дальнего» отражателя регуля­тором  (А8) устанавливается конец зоны ВРЧ непосредственно перед сигналом, а регуля­тором  (А8) — положение вершины сигнала на том же уровне. После этого выявляется «средний» отражатель, для которого регулятором  (А8) вершина сигнала выставляется на тот же уровень.

Благодарим журнал «В Мире НК» за любезно предоставленную информацию http://www.ndtworld.com

Возврат к списку

8.1 Кривые DAC и ВРЧ

Методы определения размеров дефектов

В данном разделе представлены наиболее распространенные методы определения размеров отражателей с помощью ПО, встроенного в современные цифровые дефектоскопы. Подробнее о конфигурации данных функций см. в Руководстве по эксплуатации, прилагаемом к каждому прибору.

Кривые DAC и ВРЧ

Кривая DAC (коррекция амплитуда-расстояние) используется для построения графика изменения амплитуды эхо-сигналов от отражателей одинакового размера, расположенных на разном расстоянии от преобразователя. Эти отражатели генерируют эхо-сигналы, амплитуда которых в дальней зоне обычно уменьшается с расстоянием, по причине затухания и рассеяния луча по мере продвижения в объекте контроля. Кривая DAC графически делает поправку на затухание в материале, эффекты ближнего поля и рассеяние луча. В настройке DAC, амплитуда эхо-сигналов, исходящих от отражателей такого же размера как при калибровке, будет соответствовать высоте кривой, вне зависимости от глубины или расстояния. Отражатели больше или меньше отражателей, используемых при калибровке, генерируют эхо-сигналы соответственно выше или ниже кривой.

Временная регулировка чувствительности (ВРЧ) – аналогичная форма представления, с поправкой на те же акустические факторы, что DAC. Вместо построения кривой на экране с изображением максимумов опорных отражателей, нисходящих при затухании звука, ВРЧ увеличивает коэффициент усиления в зависимости от времени (длины УЗ-пути), для вывода всех опорных эхо-сигналов на одну и ту же высоту (обычно 80%). Важно отметить, что при отображении ВРЧ, усиление прибора варьируется на экране, даже если указано одно значение усиления. Большинство современных дефектоскопов позволяют переключаться между отображением DAC и ВРЧ в одной конфигурации.

Кривые DAC и TVG обычно конфигурируются с использованием серии опорных отражателей заданного размера, расположенных на разной глубине. Эти отражатели уже включены в калибровочные образцы расстояния/амплитуды, или могут быть созданы оператором. Некоторые приборы позволяют генерировать профили DAC/ВРЧ электронным способом, путем прямого ввода коэффициента усиления в зависимости от расстояния.

На примере выше, синяя кривая DAC (слева)представляет график амплитуды донных отражателей на расстоянии между 20 мм и 200 мм. Индикатор отражателя, расположенный на расстоянии 100 мм, в середине экрана, соответствует высоте кривой. При переходе в область просмотра ВРЧ, коэффициент усиления на экране изменяется слева направо таким образом, что все донные отражатели в откалиброванном диапазоне соответствуют высоте опорной линии.

Возможно генерировать несколько кривых DAC. На примере выше, самая высокая кривая представляет донный отражатель, другие кривые расположены на -6 дБ и -14 дБ соответственно ниже опорного уровня (формат ASTM III).

Применение функции временной регулировки чувствительности при настройке условной чувствительности ультразвукового контроля деталей подвижного состава железных дорог эхо-импульсным методом | Киреев

1. Клиндух В. Ф. Неразрушающие методы контроля и диагностика узлов и деталей подвижного состава: учеб. пособие. Хабаровск: ДВГУПС, 2005. 109 с.

2. ГОСТ 23479 -79. Контроль неразрушающий. Методы оптического вида. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1985. 12 с.

3. ГОСТ 18442-80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1989. 24 с.

4. Ергучев Л. А. Магнитные методы и средства неразрушающего контроля деталей железнодорожного подвижного состава. Гомель: УО «БелГУТ», 2005. 90 с.

5. ГОСТ Р 56512-2015. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Типовые технологические процессы. М.: Стандартинформ, 2015. 116 с.

6. ГОСТ Р ИСО 15549-2009. Контроль неразрушающий. Контроль вихретоковый. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2011. 11 с.

7. ГОСТ 20426-82. Контроль неразрушающий. Методы дефектоскопии радиационные. Область применения. М.: Изд-во стандартов, 1982. 24 с.

8. ГОСТ 20415-82. Контроль неразрушающий. Методы акустические. Общие положения. М.: Изд-во стандартов, 1982. 14 с.

9. Киреев А. Н. К вопросам об эталонировании чувствительности ультразвукового импульсного эхо-метода при контроле элементов подвижного состава железных дорог // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. 2007. № 8. Ч. 2. С. 104-107.

10. ГОСТ Р 55724-2013. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. М. : Стандартинформ, 2014. 24 с.

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

12. Киреев А. Н. Дефектометрия при ультразвуковом диагностировании элементов и систем подвижного состава железных дорог. Луганск: Ноулидж, 2016. 147 с.

Страница не найдена — «Объединение производителей железнодорожной техники»

RU | EN

Вступить в Партнерство

• О партнерстве

  • О партнерстве
  • Руководство НП «ОПЖТ»
  • Члены НП «ОПЖТ»
  • Вступление и членство
  • Документы
  • Партнёры
  • Организации, созданные при участии НП «ОПЖТ»
• Мероприятия
• Новости
  • Новости
  • Новости организаций
  • Новости Партнерства
  • Видео
• Члены НП «ОПЖТ»

• Рабочие органы
  НП «ОПЖТ»

• Контакты
• Техрегулирование
  • Технические регламенты
  • Стандартизация
  • Метрология
  • Подтверждение соответствия
  • Разрабатываемые документы по стандартизации
• Документы
• Меры поддержки
• Опросы
• Аналитика

RU | EN

• О партнерстве

  • О партнерстве
  • Руководство НП «ОПЖТ»
  • Члены НП «ОПЖТ»
  • Вступление и членство
  • Документы
  • Партнёры
  • Организации, созданные при участии НП «ОПЖТ»
• Мероприятия
• Новости
  • Новости
  • Новости организаций
  • Новости Партнерства
  • Видео
• Контакты

Вступить
Вступить в Партнерство
Вступить в Партнерство

+7 (499) 262-27-73

• Главная

• Страница не найдена

К сожалению данная

страница не найдена. ..

Перейти на главную
 

О партнерстве

• О партнерстве
• Руководство НП «ОПЖТ»
• Члены НП «ОПЖТ»
• Вступление и членство
• Документы
• Партнёры
• Организации, созданные при участии НП «ОПЖТ»

Техрегулирование

• Технические регламенты
• Стандартизация
• Метрология
• Подтверждение соответствия
• Разрабатываемые документы по стандартизации

Новости

• Новости
• Новости организаций
• Новости Партнерства
• Видео

Рабочие органы
НП «ОПЖТ»

Единое окно инноваций

Контакты

2021 © НП «ОПЖТ»

Политика обработки персональных данных

129272, Москва, Рижская пл. , 3
|
Тел.: +7 (499) 262-27-73
|
Факс: +7 (499) 262-95-40

УСД-60-8К — идеальный инструмент для достоверного и производительного ультразвукового контроля сварных соединений

Развертка

мин.: 0 — 2,67мкс 

макс.: 0 — 1000 мкс 

с шагом 0,01 / 0,1/ 1/ 10/ 100 мкс

Задержка

от -4 мкс до 1000мкс 

с шагом 0,01 / 0,1/ 1/ 10/ 100 мкс

Максимальная длина контролируемого материала

до 6000 мм (эхо-режим)

Диапазон скоростей распространения ультразвуковых колебаний 

1000 — 9999 м/с

Задержка в призме преобразователя 

0 — 100 мкс 

с шагом 0,01 / 0,1/ 1 и 10мкс

Демпфирование

25 ом / 50 ом/ 1000 Ом

Входной импенданс

50 ом / 600 ом

Зондирующий импульс

радиоимпульс, амплитудой 50 или 200 В, 

с изменяемой длительность от 16 до 500 нс, 

с шагом 16 нс

Демпфер зондирующего импульса

регулируемый от 0 до 15 полупериодов 

с задержкой демпфирования от 0 до 7 полупериодов

Частота повторений ЗИ

регулируемая от 20 до 2000Гц 

с шагом 1/ 5/ 10 или 100Гц

Усилитель

широкополосный 0. 4-20 МГц (-6 дБ)

Диапазон регулировки усиления

100 дБ, с шагом 0.5, 1, 2 или 6 дБ

Временная Регулировка Чувствительности (ВРЧ)

диапазон до 70 дБ, 12 дб/мкс 

с построением кривой по 32 опорным точкам 

введенным вручную или от контрольных отражателей

Кривая Амплитуда-Расстояние (АРК)

построение по 32 точкам, регулируемая по высоте 

Детектирование

положительная или отрицательная полуволна, 

полное, радиосигнал (во всем диапазоне развертки), B-scan, C-скан

Отсечка

компенсированная, 0 — 90% высоты экрана

Зоны контроля

три независимых зоны, начало и ширина 

изменяются во всем диапазоне развертки, 

уровни порогов задаются от 0 до 95% 

высоты экрана при детектировании и 

от -95% до +95% при радиосигнале с шагом 

1%, индивидуальная логика определения дефектов.  

Одна из зон (и-зона) предназначена для синхронизации от поверхностного сигнала при иммерсионном контроле

Автоматическая Сигнализация Дефектов (АСД)

световая для каждой зоны отдельно и звуковая, 

индивидуальная логика определения дефекта в зоне

Измерение временных интервалов

от 0 до первого сигнала в зоне или между 

сигналами в зонах, по фронту или по максимуму 

сигнала

Измерение амплитуды

в процентах от высоты экрана, 

в дБ относительно уровня порога в зоне, 

в дБ относительно опорного сигнала, 

в дБ относительно кривой амплитуда-расстояние

Дисплей

Цветной, TFT 640 х 480 точек 

(135 х 100 мм). Специальная функция для работы на ярком солнечном свет

А-сигнал

480 x 300 точек в стандартном режиме

Память

500 настроек с А-сигналом 

5000 протоколов контроля (сигнал, огибающая, результат измерения, параметры работы прибора, дата, время и название протокола)

Интерфейс

Ethernet

Разъемы преобразователей

2 СР50 (BNC)

Аккумулятор

Li-ion 8 А/ч

Время работы

6-8 часов от аккумуляторов

Внешнее питание

блок питания от сети 220 В, 50Гц  AC

Напряжение питания

18V/3,5A DC

Диапазон рабочих температур

от -30º C до +55° C

Размер (В x Ш x Д)

210 мм x 340 мм x 75 мм

Масса

4 кг с аккумуляторами

Временная регулировка чувствительности — Энциклопедия по машиностроению XXL

Формирователь управляющего напряжения автоматической временной регулировки чувствительности (ВРЧ) предназначен для выработки напряжения, управляющего во времени коэффициентом усиления приемного тракта дефектоскопа. Применение системы ВРЧ позволяет уменьшить время восстановления усилителя после перегрузки его зондирующим импульсом. Кроме того, система ВРЧ позволяет компенсировать ослабление УЗ-колебаний в контролируемом изделии, обусловленное дифракционным расхождением и затуханием ультразвука. В некоторых дефектоскопах форму управляющего напряжения ВРЧ можно наблюдать на экране электронно-лучевой трубки.  [c.182]











Достоверность ультразвукового контроля повышается за счет применения дефектоскопов нового поколения УД-ППУ и УД-2-12 взамен устаревших, особенно УД-1М. Дефектоскопы УД-11 ПУ и УД-2-12 построены по функционально-блочному принципу, их конструкция обеспечивает высокую ремонтопригодность. Дефектоскопы имеют улучшенные параметры схемы ВРЧ (временной регулировки чувствительности), схемы отсечки шумов имеют схему контроля поисковой чувствительности — все это повышает достоверность контроля.  [c. 221]

Ультразвуковой контроль. Широкое распространение в промышленности и строительстве получили импульсные ультразвуковые дефектоскопы (УЗД), предназначенные для обнаружения внутренних дефектов в материалах и сварных соединениях, работающие в диапазоне частот 0,02…30 МГц [3, 6, 9, 10]. В общем случае УЗД включает генератор электрических импульсов ультразвуковых частот блок синхронизации и развертки усилитель блок индикации блок автоматической сигнализации о наличии дефекта блоки временной регулировки чувствительности и питания.  [c.469]

С выхода усилителя высокой частоты (ВЧ) эхо-им-пульсы положительной полярности поступают на видеоусилитель, расположенный в индикаторном блоке 2, а затем на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Эхо-импульсы положительной полярности с выхода блока усилителя поступают в блок АС 3. Для компенсации затухания ультразвуковых волн в контролируемом изделии и расширения динамического диапазона усилителя в нем имеется временная регулировка чувствительности (ВРЧ). Напряжение ВРЧ формируется из положительного пилообразного напряжения, поступающего из блока синхронизации и развертки /.  [c.61]

Если в дефектоскопе с помощью блока временной регулировки чувствительности (ВРЧ) можно выравнивать чувствительность по глубине в строгом соответствии с законом ослабления ультразвукового пучка в материале, то глубина расположения отражателя может быть любой в пределах действия зоны выравнивания чувствительности.  [c.88]

Автоматический сигнализатор дефектов (АСД) служит для выработки звукового или светового сигналов при появлении импульса от дефекта выше браковочного уровня. Для компенсации затухания колебаний и выравнивания амплитуд импульсов от равных по размерам, но расположенных на разной глубине дефектов, служит блок временной регулировки чувствительности (ВРЧ). Синхронизатор обеспечивает синхронную работу генератора зондирующих импульсов и генератора развертки, а также управляет работой блоков АСД, ВРЧ и глубиномера.  [c.152]

Настройка блока временной регулировки чувствительности (ВРЧ) в дальней зоне выполняется по закону  [c.160]

Аттенюатор имеет существенный недостаток измерение амплитуд с помощью аттенюатора требует, чтобы чувствительность усилителя оставалась постоянной в любой момент времени. Между тем в современных дефектоскопах УЗД-7Н, УДМ-1М и других коэффициент усиления приемника в момент излучения зондирующего импульса с помощью специальной схемы уменьшается до нуля, а затем постепенно повышается. Такая автоматическая временная регулировка чувствительности (ВРЧ) поз-  [c. 141]

Временная регулировка чувствительности  [c.44]

Система временной регулировки чувствительности (ВРЧ) предназначена для генерирования электрического сигнала определенной формы, с помощью которого изменяется во времени усиление одной или нескольких ступеней приемно-усилительного тракта. Вызвано это, как уже указывалось, необходимостью компенсировать ослабление ультразвука в контролируемом изделии, обусловленное дифракционным расхождением и затуханием. Исходя из этого, закон изменения усиления должен быть обратным закону убывания амплитуд отраженных сигналов от одинаковых по размерам дефектов по мере их удаления от преобразователя.  [c.44]

Блок временной регулировки чувствительности ВРЧ обычно используют для выравнивания чувствительности дефектоскопа при контроле изделий большой толщины.  [c.52]

Существенным требованием к дефектоскопам, предназначенным для контроля крупнозернистых материалов, является введение временной регулировки чувствительности, обеспечивающей одинаковую амплитуду сиг-  [c. 169]

Чтобы структурные шумы не появлялись на экране во всем диапазоне развертки, чувствительность дефектоскопа регулируют и устанавливают некоторое ее пороговое значение Упор, определяемое высоким уровнем шумов вблизи начала развертки. Это приводит к дополнительному ограничению максимальной глубины прозвучивания. Применяя систему временной регулировки чувствительности, можно снять это ограничение. Если прибор не имеет системы ВРЧ или кривая изменения ВРЧ плохо соответствует требованиям, изложенным в  [c.172]

Она определяется конкретными задачами контроля и выбирается в диапазоне от 50… 100 кГц (при выявлении крупных дефектов) до 15…20 и более МГц (при необходимости обнаружения дефектов в доли миллиметра). Во избежание перегрузки усилителя сильными отраженными сигналами, например, от передней поверхности объекта контроля, в усилитель вводят устройство временной регулировки чувствительности, обеспечивающее плавное увеличение коэффициента усиления от минимума (непосредственно после посылки зондирующего импульса) до максимума, достигаемого к моменту посылки следующего импульса. Сигналы усилителя детектируют, в результате чего получают экспоненциально затухающие импульсы постоянного тока.  [c.142]

И — имитатор дефектов 1 — контролируемое изделие 2 — искатель 3 — генератор 4 — звуковой индикатор 5 — приемный тракт в — ручка регулировки чувствительности 7 — кнопка-переключатель — аттенюатор 9 — приемный тракт с временной селекцией  [c.220]

Введение в схему автоматической регулировки чувствительности усилителя по времени облегчает режим работы усилителя в условиях сильного динамического воздействия иа его входные цепи со стороны формируемого импульса.  [c.137]

Регулируемый резистор служит для регулировки. чувствительности (усиления) усилителя, а резистор является регулятором обратной связи, сигнал которой в приборах с временем прохождения указателя всей шкалы более 2,5 с поступает непосредственно с выхода усилителя (через ограничительный резистор / о.с = 75 кОм), а в приборах с временем прохождения указателя всей шкалы 2. 5 с и менее — с выхода тахометрического моста, включаемого в выходную цепь усилителя.  [c.177]

Блок временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) уменьшает коэффициент усиления усилителя в момент излучения зондирующего импульса, а затем восстанавливает его по определенному закону, обеспечивающему компенсацию уменьшения амплитуд с увеличением глубины залегания дефекта. Во многих приборах система ВАРУ приближенно обеспечивает постоянство предельной чувствительности по глубине.  [c.229]

Примечание. СО — стандартный образец ВАРУ — временная автоматическая регулировка усиления S q — чувствительность оценки Sn » чувствительность поиска.  [c.236]

Характеристика временной автоматической регулировки усиления (БАРУ)—зависимость изменения чувствительности усилителя во времени. Ее элементами являются динамический диапазон (максимальное изменение чувствительности под действием ВАРУ) и длительность (время действия) ВАРУ.  [c.241]

Приемио-усилительный тракт дефектоскопа предназначен для усиления и детектирования сигналов, регистрируемых приемным преобразователем. Тракт содержит, как правило, следующие элементы двусторонний диодный ограничитель, ограничивающий амплитуду зондирующего импульса на входе усилителя калиброванный делитель напряжения — измерительный аттенюатор усилитель высокой частоты детектор видеоусилитель формирователь управляющего напряжения временной регулировки чувствительности. Измерительный аттенюатор позволяет оператору сравнивать уровни эхо-сигналов от различных отражателей.  [c.182]

Ультразвуковые толщиномеры предназначены в основном для определения толщины изделия и, в отличие от дефекгоскопов, имеют существенно более простое устройство, меньшие габариты и массу. Например, у них отсутствуют блоки временной регулировки чувствительности, автоматического сигнализатора дефектов и др. (см. рис. 10.7). При контроле толщины конструкций, подвергшихся сероводородному растрескивацию или расслоению, а также изготовленных из сталей с большим содержанием сульфидных включений, раскатов и др., часто совершаются ошибки, так как большинство толщиномеров определяют толщину изделия по пришедшему первым сигналу от дефекта или расслоения. Поэтому наиболее совершенные модели ультразвуковых толщиномеров снабжаются экранами, на которые выводится развертка типа А. Это позволяет выявить донный сигнал и отличить его от сигнала от расслоения.  [c.157]

Временная регулировка чувствительности -1 (ВРЧ) предназначена для выравнивания амплитуд снгналов от дефектов, залегающих на разной глубине. ВРЧ особенно важна при автоматической оценке и регистрации результатов контроля. Систе.ма ВРЧ уменьшает коэффициент успленпя К усилителя в момент излучения зондирующего импульса, а затем восстанавливает его но определенному закону, обеспечивающему компенсацию уменьшения амплитуд с увеличением глубины залеганпя дефекта. Во многих приборах система ВРЧ приближенно воспроизводит требуемый закон восстановления чувствительности.  [c.203]

Изменение уровня сигнала. В процессе контроля амплитуда электрических импульсов меняется. Для толщиномеров, не оснащенных ЭЛТ, это может привести к потере одного полупериода при не1тзменном уровне срабатывания (рис. 81). Погрешность значительно уменьшается прп введении в прибор систем автоматической и временной регулировки чувствительности (АРУ и ВРЧ), а также при недектированном сигнале.  [c.236]

Для того чтобы подавить на экране реверберацион-но-шумовые помехи в начале развертки или выравнять чувствительность по глубине, в усилительном тракте предусмотрена схема временной регулировки чувствительности (ВРЧ). Эта схема вырабатывает импульс определенной формы (чаще всего экспоненциальный), который подается на усилитель высокой частоты, запирая его непосредственно после излучения зондирующего импульса и изменяя коэффициент усиления во времени. Длительность, амплитуда и форма импульса ВРЧ могут регулироваться в зависимости от задач контроля. В целях выравнивания чувствительности к равным отражателям, залегающим на различной глубине, закон изменения усиления должен быть обратным закону умень-  [c.99]

Амплитуда сигналов от дефектов быстро убывает с увеличением расстояния. Для компенсации этого явления применяют временную регулировку чувствительности (ВРЧ) 11. Этот блок, управляемый задающим генератором, резко уменьшает коэффициент усиления приемника в момент излучения зондирующего импульса, а затем постепенно увеличивает его по закону, обратному закону убывания аплитуды сигналов с расстоянием до дефектов.  [c.214]

В канале схемы зеркального эхо-метода используют ПЭП типа ИЦ-52 с переменным углом ввода (см. гл. 3), что позволяет при постоянной базе (максимальное расстояние между ПЭП равно 250 мм) контролировать швы толщиной до 250 мм. Как и в установке ИДЦ-12, акустические блоки размещены в металлическом корпусе для создания локальной иммерсионной ванны. Акустический блок укреплен на специальном манипуляторе с возможностью его полного разворота в плоскости, параллельной продольной оси сосуда, а также самоустановки на контролируемой поверхности. Благодаря этому можно произвольно ориентировать плоскость прозвучивания и легко, вручную, перестраивать акустическую систему. Электронный блок имеет шесть автономных каналов. Два резервных канала предусмотрены для контроля подповерхностного слоя раздельно-совмещенными ПЭП с использованием головных волн. Все каналы, кроме канала ЗЭМ, снабжены специально разработанной системой временной автоматической регулировки чувствительности (ВАРЧ), компенсирующей затухание звука. Каждый из каналов имеет выход на осциллогра-  [c.386]

Структурная схема импульсного ультразвукового эходефектоскопа приведена на рис. 8.8. Электроакустический преобразователь ЭАП (пьезоэлектрический искатель) служит для преобразования электромагнитных колебаний в ультразвуковые, излучения их в изделие и приема колебаний, отраженных от дефектов. Усилитель сигналов УС состоит из усилителя высокой частоты с коэффициентом усиления 10 —10 и детектора. Генератор зондирующих импульсов ГИ вырабатывает высокочастотные импульсы напряжения, возбуждающие ультразвуковые колебания ЭАП. Синхронизатор С предназначен для обеспечения синхронной работы узлов дефектоскопа. Он обеспечивает одновременный запуск генератора ГИ и генератора линейно изменяющегося напряжения ГЛИН, который служит для формирования напряжения развертки электронно-лучевой трубки ЭЛТ. Измеритель времени ИВ предназначен для измерения времени прохождения импульса до дефекта и обратно. Регистрирующее устройство РУ селектирует эхосигнал от дефекта по времени и по амплитуде и фиксирует его на самописце. Блок регулировки чувствительности РЧ служит для выравнивания амплитуд сигналов от дефектов, залегающих на разной глубине.  [c.376]

Преобразователем является фотодиодная матрица МФ-14Б, в плоскости которой находятся 32 х 32 чувствительных элемента. Матрица включена в режиме накопления и осуществляет преобразование оптического сигнала в электрический аналоговый пропорционально величине светового потока за время накопления. Допускается регулировка интервала времени накопления и чувствительности по условиям освещенности рабочей сцены. Результат обработки изображения в цифровой форме вьщается через выходной буфер ЭВМ в систему управления роботом. СТЗ имеет 2 градации яркости, выходной сигнал в виде цифрового шестнадцатиразрядного двоичного кода время обработки изображения 60 мс, разрешение 2,5 мм.  [c.118]

В литературе имеется описание лишь одного тина эмалевых тензочув-ствительных покрытий с рядом модификаций для исследования напряжений при повышенных температурах [7, 8]. Такое покрытие позволяет проводить исследования при температурах до 300° С, на его чувствительность не влияют влажность и незначительные колебания температуры, чем выгодно это покрытие отличается от канифольного. К недостаткам разработанного до настояш,его времени эмалевого тензочувствительного покрытия относится следующее. Состав таких покрытий весьма сложен [8]. Он представляет собой смесь (фритта) частиц определенной дисперсности элементоорганических и других соединений, состав которой дополнительно регулируется специальными порошковьщи добавками. Из фритты и порошковых добавок готовят шликер, и окончательную регулировку состава производят путем введения в него боросиликата свинца. Такие операции необходимы для подбора и регулирования коэффициента температурного расширения эмалевого покрытия, так как разность коэффициентов температурного расширения материалов покрытия и детали определяет тензочувствительность эмалевого покрытия. Как было установлено в указанной выше работе, отношение коэффициентов температурного расширения состава эмали и материала детали должно быть в пределах от 1,1 до 3,0.  [c.9]

Поскольку в практике масс-спектрометрии в приборе МС-62 работа ионного источника на два масс-аналнза-тора встречается впервые, невольно, возникает сомнение достаточно ли стабильны раздельные ионные пучки, вытягиваемые из общей ионной плазмы Испытания нескольких разновидностей двухлучевого ионного источника показали, что стабильность во времени ионных пучков у нового источника не хуже, чем у обычных однощелевых. Кроме того, экспериментально установлено, что изменение давления в источнике сопровождается пропорциональным изменением ионных токов в обоих пучках. Зависимость ионного тока в пучке от ионизирующего напряжения близка к обычным источникам. С увеличением тока эмиссии электронов общий ионный ток линейно растет, а ионные токи в пучках несколько перераспределяются. На величину ионного тока, как и у обычных источников, наибольшее влияние оказывает потенциал вытягивающей линзы. С помощью раздельной регулировки вытягивающего потенциала для обоих пучков можно установить любое соотношение их интенсивностей. Например, при большом перекосе в величине вытягивающего напряжения ионный ток в одном пучке падает до нуля и соответственно увеличивается в другом-Общее правило масс-спектрометрии о постоянстве режима работы ионного источника во время анализа, связанное со стабильностью чувствительности ионного источника к различным веществам, распространяется и на спектрометр МС-62.  [c.159]

Дефектоскопия на фазированных решетках

Сергей Звонов,

студент группы 1135, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Акмал Хисравов, студент группы 1239, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Анна Вышкина, студентка группы 1239, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Ультразвуковая дефектоскопия — метод, предложенный С.Я. Соколовым в 1928 году, который основан на исследовании процесса распространения ультразвуковых колебаний с частотой 0,5­25 МГц в контролируемых изделиях с помощью специального оборудования — ультразвукового преобразователя и дефектоскопа [1]. Это один из самых распространенных методов неразрушающего контроля.

Дефектоскоп — устройство для обнаружения дефектов в изделиях из различных металлических и неметаллических материалов методами неразрушающего контроля. К дефектам относятся нарушения сплошности или однородности структуры, зоны коррозионного поражения и др. Область техники и технологии, занимающаяся разработкой и использованием дефектоскопов, называется дефектоскопия [4].

Рис. 1. Принцип измерения времени и пути импульса

Алгоритм работы ультразвукового дефектоскопа заключается в том, что с помощью ПЭП передается короткий ультразвуковой сигнал в контролируемый объект (рис. 1). После получения на приемник отраженного сигнала измеряется время прохождения звукового сигнала от ПЭП до отражающей поверхности и обратно (рис. 2) — [5].

Рис. 2. Отображение отраженного сигнала на экране

Плюсы ультразвуковой дефектоскопии:

• проверяемую деталь не требуется повреждать или разрушать;
• работа проводится очень быстро и стоит недорого. В сравнении с некоторыми другими видами дефектоскопии, например рентгеновской, не представляет опасности для человека;
• возможен контроль пригодности большинства материалов как металлических, так и неметаллических образцов;
• благодаря высокой мобильности ультразвуковые дефектоскопы для проверки необходимого объекта можно доставить практически в любое место.

Новым этапом ультразвукового контроля (УЗК) стала технология фазированных решеток (ФР), основанная на последовательном возбуждении всех элементов преобразователя и генерировании ультразвуковых волн. Преобразователь ФР представляет собой множество одновременно работающих пьезоэлектрических элементов (от 16 до 256 штук), в отличие от  одноэлементных датчиков, используемых в классической дефектоскопии [3].

Метод фазированной решетки является более усовершенствованным и сложным по сравнению с классическим ультразвуковым контролем (рис. 3), в котором используется одноэлементный преобразователь. Дефектоскопы на фазированной решетке, с помощью которых контроль осуществляется гораздо быстрее и проще, используются во многих отраслях (рис. 4).

Рис. 3. Классический метод ультразвукового контроля

Рис. 4. Метод ультразвукового контроля фазированной решеткой

Преимущества фазированных решеток перед классическим ультразвуковым контролем:

1 Возможность секторного контроля, что обеспечивает большую наглядность. При классическом контроле луч от пьезоэлектрического преобразователя исходит под одним конкретным углом и его отображение на экране выглядит как всплеск на А­Скане (рис. 5).

Рис. 5. Отображение сигнала от засверловки на образце Phased Array Type B Block

В случае применения технологии ФР в объекте может контролироваться сразу вся зона контроля (рис. 6), то есть мы одновременно видим все дефекты, расположенные в диапазоне 35­75 градусов. Физически даже 0­90 градусов, но это не всегда имеет смысл, так как существуют определенные ограничения, связанные критическими углами, а также при меньшем диапазоне отображение дефекта получается более качественым.

Рис. 2. Отображение отраженного сигнала на экране

2 Более высокая скорость проведения ультразвукового контроля за счет замены продольно­поперечного сканирования на линейное — вдоль шва. Согласно нормативным документам РФ, ультразвуковой контроль нужно проводить продольно­поперечным движением вдоль сварного шва с шагом, равным половине пьезоэлемента, отводя датчик от сварного шва на расстояние, равное двойной толщине сварного шва [2].

Рис. 3. Классический метод ультразвукового контроля

Рис. 4. Метод ультразвукового контроля фазированной решеткой

Рис. 5. Отображение сигнала от засверловки на образце Phased Array Type B Block

Рис. 6. Отображение сигнала от засверловок на образце Phased Array Type B Block при использовании ФР

В случае применения ФР производится одновременный контроль всего сечения шва без необходимости смещения датчика (рис. 7).

Рис. 7. Методы сканирования в УЗК

3 Большое количество углов ввода. Классический ультразвуковой датчик имеет один конкретный заданный угол, который не может изменяться, так как его значение заложено конструктивно в сам преобразователь [4]. Датчики ФР повышают вероятность обнаружения дефектов, так как способствуют получению оптимальных сигналов от трещины, расположение которой не всегда соответствует фиксированному углу ввода ПЭП при традиционном проведении контроля. К преимуществам новой технологии можно также отнести возм ожность получения истинных изображений расположения и габаритов дефектов, а также более простую и быструю интерпретацию (рис. 8).

Рис. 8. Трещина на А- и S-скане

Фокусировка. Технология фазированных решеток имеет функцию фокусировки поля преобразователя (рис. 9). Это существенно повышает разрешающую способность и чувствительность, что, в свою очередь, заметно облегчает процесс понимания реальных форм дефекта [3].

Рис. 9. Отображение засверловки без фокуса и с фокусом

Отрицательные моменты технологии ФР:

1 Дефектоскопы, использующие технологию ФР, дороже классических дефектоскопов в два­три раза. Однако стоит учитывать, что повышение производительности и качества контроля для многих предприятий и задач гораздо важнее.

2 Ограничение по толщинам, которые возможно контролировать датчиками ФР. Суть в том, что зачастую датчики ФР значительно больше классических датчиков, вследствие чего сложно контролировать как мелкие толщины в 2­5 мм, так и большие толщины — в силу того, что разрешающая способность и размеры экрана ФР­дефектоскопа оказываются уже малоинформативными. Тем не менее ФР­дефектоскопы всех производителей могут выполнять функции классических датчиков — для этого у них есть разъемы для подключения классических преобразователей. Следовательно, даже при появлении таких задач, как контроль тонкостенной трубы толщиной 3 мм или же контроль 2­метровой арматуры или длинных анкеров, дефектоскопы, имеющие технологию ФР, способны решить их за счет подключения классических преобразователей.

3 Отсутствие нормативной документации для отбраковки. Нормативная документация в РФ заметно отстает от европейских стран, что связано не только со сложными временами, но и с огромным количеством отраслей, вследствие чего разработка документации оказывается слишком дорогостоящей. Кроме того, деньги на эти работы тратить нецелесообразно — во­первых, потому, что многие российские компании не оснащены ФР­дефектоскопами, а во­вторых, данная проблема решается за счет того, что во многих дефектоскопах предусмотрена возможность одновременного S­скана (секторного контроля) и А­скана вместе с браковочной кривой АРК (ВРЧ).

Стоит отметить, что дефектоскопия представляет собой важную часть любого производства. Ультразвуковая же дефектоскопия во многих случаях является незаменимым методом контроля. Благодаря развитию передовых технологий, а именно технологии фазированных решеток, появилась возможность выпускать качественный долговечный продукт.

Данная технология, как мы выяснили, имеет как серьезные преимущества, так и некоторые недостатки. Тем не менее недостатки с лихвой компенсируются преимуществами этой технологии — ведь качество и высокая производительность выпускаемой продукции гораздо важнее цены дефектоскопа. Технические же недостатки нивелируются, помимо всего прочего, тем фактом, что дефектоскоп с технологией фазированных решеток способен работать в режиме традиционного дефектоскопа.

Список используемой литературы:

1. Мирошниченко Т. Безопасность газораспределительных систем [Текст]: ГОСТ Р 55724­2013.
2. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении [Текст]: техническая литература / Е.Ф. Кретов. СПб.: Издательство СВЕН, 2007. 296 с.
3.  Реука С.В. Введение в технологию применения ультразвуковых фазированных решеток [Текст] / С.В. Реука (перевод). СПб.: ГЭТУ. 210 с.
4. Клюева В.В. Неразрушающий контроль [Текст]: Справочник / В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2006. 864 с.
5. Каневский И.Н., Сальникова Е.Н. Неразрушающие методы контроля [Текст]: Учеб. пособ. / И.Н. Каневский, Е.Н. Сальникова. Владивосток: Издательство  ДВГТУ, 2007. 243 c. 

Введение в дефектоскопию рельсов

Целостность рельсов имеет решающее значение для железнодорожной отрасли, особенно потому, что дефекты и дефекты рельсов могут привести к поломке рельсов или даже сходу с рельсов. Из-за серьезного характера дефектов рельсов и их влияния на безопасность отрасль отреагировала улучшенными методами обслуживания рельсов и методами обнаружения дефектов.

Одним из наиболее важных методов является использование методов неразрушающего контроля (NDT).Включенная технология и методы тестирования должны обеспечивать выполнение точных, надежных и эффективных тестов в постоянно меняющейся среде. Кроме того, тестирование должно проводиться с приемлемой скоростью, чтобы не мешать работе железной дороги.

Текущие технологии

Метод ультразвукового неразрушающего контроля является наиболее часто используемым в промышленности. Ультразвук использует звуковые волны или вибрации, которые распространяются на частотах, превышающих диапазон человеческого слуха (обычно выше 20 000 Гц или циклов в секунду).Ультразвуковые волны передаются в рельс под разными углами — от верха головки рельса через стенку к низу рельса и по всей ширине головки рельса — пьезоэлектрическими преобразователями. При обнаружении дефекта (состояние поверхности головки рельса, внутренние или видимые дефекты рельса, осадки или отделка сварного шва) достаточного размера и ориентации ультразвуковой сигнал отражается обратно на соответствующий преобразователь. Затем информация обрабатывается тестовой системой и записывается в постоянную запись тестовых данных.

Методы обнаружения

Современные методы обнаружения используют различные типы механических процессов, которые затем требуют участия человека для интерпретации данных испытаний. Большинство испытаний выполняется в динамическом режиме на скоростях, которые лучше всего подходят для возможностей системы железной дороги. Четыре основных метода дефектоскопии рельсов, используемых в США, включают:

Процесс портативного тестирования : Этот метод заключается в том, что оператор толкает мобильное испытательное устройство либо по одной рельсе по отдельности, либо по обеим рельсам одновременно (в шаговом темпе), визуально интерпретируя тестовые данные на мониторе.Когда потенциальный недостаток обнаружен, оператор остановится и вручную проверит местоположение, чтобы определить, существует ли недостаток. Затем размер дефекта определяется и определяется его местоположение в секции рельса. Оператор предоставит эту информацию железной дороге для устранения неисправности. В некоторых случаях переносная испытательная установка может обеспечить постоянную цифровую запись испытаний для будущего анализа.

Пуск / остановка процесса : Этот метод состоит из испытательного оборудования на базе транспортного средства (на рельсах или на рельсах), которое медленно перемещается по рельсам (обычно не более 25 миль в час), одновременно представляя данные через монитор оператору для интерпретации. .При обнаружении потенциальной неисправности транспортное средство останавливается, и оператор вручную проверяет местоположение, чтобы определить, существует ли неисправность. Затем размер дефекта определяется и определяется его местоположение в секции рельса. Оператор предоставит эту информацию железной дороге для устранения неисправности. Этот тип метода испытаний обеспечивает постоянную цифровую запись испытаний для будущего анализа.

Chase car process : Этот метод состоит из ведущего тестового автомобиля, который выполняет процесс обнаружения дефектов, за которым следует проверочная машина погони.Когда ведущий испытательный автомобиль обнаруживает потенциальную неисправность, копия местоположения передается в электронном виде на автомобиль погони. Затем оператор вагона преследования несет ответственность за проверку наличия дефекта и сообщение о любых положительных результатах железной дороге для принятия мер по исправлению. Этот метод позволяет ведущему испытательному автомобилю продолжать испытания непрерывно. Этот тип метода испытаний обеспечивает постоянную цифровую запись испытаний для будущего анализа.

Непрерывный процесс тестирования : Этот метод состоит из непрерывной работы высокоскоростной автомобильной системы на заданном маршруте; это позволяет тестировать участки, которые превышают 100 миль в смену.Данные испытаний отправляются и анализируются в указанном удаленном месте. Как только данные проанализированы и определено, что раздел может содержать потенциальную ошибку, персоналу по проверке отправляется отчет. Затем оператор проверки подтвердит наличие дефекта с помощью портативного испытательного устройства или ручного дефектоскопа. Отчет о проверке затем предоставляется железной дороге для устранения неисправностей. Этот тип метода испытаний обеспечивает постоянную цифровую запись испытаний для будущего анализа.

Дефектоскоп — обзор

3.2 Уровень B

Второй уровень услуг по неразрушающему контролю может быть идентифицирован как:

«Действия по неразрушающему контролю, которые могут быть разработаны лицами со стандартной квалификацией, но которые также требуют поддержки организации для целей закупок, планирования, взаимодействия и документирования».

В дополнение к реализации ранее упомянутых требований QS, ряд дополнительных требований должны быть выполнены для этого второго уровня NDT SC:

* «ответственность руководства», чтобы установить и внедрить в рамках NDT SC — четкая политика в области качества, позволяющая четко распределять обязанности и предоставлять необходимые ресурсы для услуг по контракту.

* «контроль документов», как средство обеспечения того, чтобы любой документ, влияющий на качество услуги, был подготовлен, рассмотрен и утвержден определенным ответственным персоналом. Типичными документами, требующими контролируемых условий, являются процедуры для деятельности по неразрушающему контролю (и соответствующие критерии приемки), для квалификации процедур неразрушающего контроля, для калибровки оборудования, для обучения и квалификации персонала по неразрушающему контролю.

* «идентификация и прослеживаемость» всех действий и результатов неразрушающего контроля для однозначной корреляции : Элементы, контролируемые в процессе неразрушающего контроля — отчеты — калибровки, связанные с оборудованием оператора и т. Д.

* «несоответствия», выявленные в ходе неразрушающего контроля (в основном, относящиеся к любой неожиданной ситуации или «несоответствию» установленным процедурам): они требуют своевременного и надлежащего разрешения, обычно с согласия клиента.

* «внутренние аудиты качества» и «корректирующие действия» как средство проверки того, как QS реализуется на практике, и для активации соответствующих исправлений, если таковые имеются. Руководство SC NDT должно быть напрямую проинформировано о результатах аудитов и, при необходимости, привлечено для определения требуемых корректирующих действий.

Следует отметить, что в этом случае «обучение», квалификация и аттестация персонала должны быть надлежащим образом спланированы, тщательно выполнены, распространены на все уровни операторов неразрушающего контроля, чтобы повысить потенциал Компании, которая в значительной степени опирается на опыт и квалификацию персонала.

Ранняя история металлоискателей

Часто провозглашаемый отцом ультразвуковых исследований, Сергей Ю. Соколов , знаменитый советский ученый из лаборатории имени В.Ленинградский электротехнический институт им. И. Ульянова (Ленина) родился в 1897 году в одноименном городе России. Он предложил в 1928 году, а несколько лет спустя продемонстрировал метод сквозного пропускания для дефектоскопии в металлах. Он выдвинул свою идею в конце 1920-х годов, в то время, когда не существовало необходимой технологии. Он предположил, что такую ​​технику можно использовать для обнаружения дефектов в твердых телах, таких как металлы.

Как и в случае с ранним использованием ультразвука, обширная работа по дефектоскопии металлов проводилась в Германии в начале 1930-х годов.В 1933 году О. Мюльхаузер запатентовал систему для передачи ультразвуковой энергии в исследуемую деталь, обнаруживая ее по мере появления с помощью второго преобразователя. В 1935 году Соколов опубликовал подробности экспериментальной конструкции кварцевых генераторов, методы соединения генераторов с испытуемым образцом для достижения максимальной передачи энергии, а также различные методы определения ультразвуковой энергии после прохождения через испытательный образец. Он предложил первую «ультразвуковую камеру», с помощью которой можно было получить реальное изображение дефекта.Он предвидел, что, используя звуковые волны с частотой 3000 мегагерц (МГц), можно получить разрешение, равное разрешению оптического микроскопа. В его методе использовался большой пьезоэлектрический приемный преобразователь, на котором заряды, генерируемые приходящими акустическими сигналами, оставались изолированными. Затем поверхность преобразователя сканируется механическим контактом или лучом, создавая «картину» дефекта. Однако разрешение экспериментальных устройств, которые он изготовил, было недостаточно хорошим для практического использования.

В Германии к 1936 году Раймар Польман разработал метод ультразвуковой визуализации, основанный на передаче с использованием акустических линз и преобразовании полученного акустического изображения в визуально наблюдаемое изображение в том же интересующем объеме. В Германии его устройство для преобразования изображений стало известно как «ячейка Польмана». Широко использовался в конце Второй мировой войны в Германии, когда ультразвуковые испытания материалов стали важными при выборе боеприпасов для зенитной обороны Берлина.Польман экспериментировал в том же направлении с распространением ультразвука через металлы, содержащие дефекты, но применил совершенно другой подход к методу обнаружения выходящего луча. В его детекторе использовалась суспензия хлопьев коллоидного алюминия в ксилоле, запечатанная в прозрачном контейнере. Ультразвуковой луч, выходящий из испытательного образца, воздействовал на алюминиевые чешуйки, заставляя их выравниваться перпендикулярно направлению луча. В случае наличия каких-либо дефектов в тестируемом материале будут отбрасываться теневые области, где чешуйки сохраняют свою первоначальную ориентацию.

В 1939 году исследователи из Британского института железа и стали решили исследовать возможность обнаружения микротрещин в стали с помощью ультразвуковой волны, проводимой с помощью прибора типа Польмана, но оказалось, что он недостаточно чувствителен. В 1942 году Дональд Спроул успешно применил принцип эхолота для обнаружения дефектов в стали. В его аппарате использовались отдельные передающие и приемные преобразователи. Почти одновременно, но независимо, американский ученый Флойд Файерстоун изобрел «рефлектоскоп» — прибор, работающий по аналогичным принципам, но использующий один преобразователь для передачи и приема].

В методе отражения импульсная звуковая волна передается с одной стороны образца, отражается от дальней стороны и возвращается в приемник, расположенный в начальной точке. При столкновении с дефектом или трещиной в материале сигнал отражается, и время его прохождения изменяется. Фактическая задержка становится мерой местоположения дефекта; карта материала может быть создана, чтобы проиллюстрировать расположение и геометрию дефектов. В методе сквозной передачи передатчик и приемник расположены на противоположных сторонах материала; прерывания прохождения звуковых волн используются для обнаружения и измерения дефектов.Обычно используется водная среда, в которую погружены передатчик, проба и приемник. Аналогичная технология также была исследована в Германии и Японии, но разработка была свернута из-за Второй мировой войны.

Ключевые лица, Флойд Файерстоун , Дональд Спроул и Адольф Трост , ничего не знали друг о друге, поскольку работали строго в секрете. Не были опубликованы даже их заявки на патенты. Спроул и Трост использовали метод передачи с отдельными зондами передатчика и приемника. Trost изобрел так называемую « Trost-Tonge ». Два зонда контактировали на противоположных сторонах пластины, удерживались на одной оси с помощью механического устройства — тонж — и соединялись с обеими поверхностями с помощью непрерывно протекающей воды. Sproule разместил 2 зонда на одной стороне заготовки. Поэтому он изобрел двухкристальные зонды. Он использовал эту комбинацию также с переменным расстоянием друг от друга. Firestone был первым, кто реализовал технику отражения.Он модифицировал радарный прибор и разработал передатчик с короткими импульсами и усилитель с короткой мертвой зоной. Sproule в конечном итоге отказался от метода передачи и в 1952 году подал патент, озаглавленный «Улучшения / или относящиеся к устройству для обнаружения дефектов и измерения скорости методами ультразвукового эха».

Компания Firestone сделала следующие презентации и / или зарегистрировала следующие патенты в период с 1940 по 1951 год:

• 1940 Дефектоскоп и измерительный прибор
• 1943 Метод резонансного контроля; Метод и аппаратура поверхностных и поперечных волн
• 1945 Сверхзвуковой рефлектоскоп, инструмент для исследования внутренней части твердых частей с помощью звуковых волн.
• 1946 Уточнения в сверхзвуковом рефлекторе, Поляризованный звук
• 1948 Трюки со сверхзвуковым рефлектографом
• 1951 Способ и средства для создания и использования колебательной волны в пластине

Sproule и Firestone нашли промышленных партнеров для своих инструментов: Kelvin-Hughes и Sperry Inc . Kelvin-Hughes выпустили свою первую коммерческую машину в 1952 году. Несколько лет спустя, в Германия в 1949 , два человека получили информацию о Firestone-Sperry-Reflectoscope из публикаций в технических документах: Josef Krautkrmer в Кельне и Karl Deutsch в Вуппертале. Оба приступили к разработке — не зная друг друга. Йозеф Крауткрмер и его брат Герберт были физиками, работавшими в области осциллографов.Они могли разрабатывать только ультразвуковые инструменты. Карлу Дойчу, инженеру-механику, понадобился партнер по электронике, и он нашел его с Хансом-Вернером Браншайд, который получил некоторый технический опыт в области радиолокационной техники во время войны. Всего за один год и молодые, и крошечные компании смогли представить свои ультразвуковые дефектоскопы, положив начало конкурсу, который существует и сегодня.

Ранние испытания труб на аппарате Крауткрмера (1950-е годы)

Позже на международном рынке появилось больше устройств для ультразвуковых испытаний: Siemens и Lehfeldt в Германии, Kretztechnik в Австрии, Ultrasonique во Франции и Kelvin-Hughes в Великобритании.Все они прекратили производство до 1970-х годов. Kelvin-Hughes также остановился в то же время, Sperry позже был переименован в Automation Industries Inc .

Krautkrme R стала мировым лидером на рынке в начале 60-х годов и сохраняет эту позицию до сегодняшнего дня. Помимо Карла Дойча, появились новые имена: Nukem в Германии, Panametrics и Stavely (после Sonic и Harisonic) в США, Sonatest и Sonomatic в Бриатайне, Gilardoni в Италии.

Четыре немецких дефектоскопа в 1950-е годы.
вверху слева: Крауткрамер, справа: Сименс. слева внизу: Lehfeldt, справа: Карл Дойч.

Исследования в области ультразвука и обнаружения дефектов металла в Японии были значительно сокращены, когда разразилась Вторая мировая война в 1941 году, когда американцы и немцы усердно занимались исследованиями в области ультразвука и разработки радара. Изучение радиолокационных технологий в Японии также оказалось в невыгодном положении. После окончания войны в 1945 году исследования в области электроники большой мощности были на некоторое время запрещены в Японии (до 1948 года, когда возобновились разработки невоенной электроники).

Японские предприятия взяли на себя исследования из США и Англии и вскоре разработали собственные дефектоскопы для неразрушающего контроля. Примерно в 1949 году четыре японские компании начали производить собственные дефектоскопы. Это были: Mitsutbishi Electric Corporation , Japan Radio Company (позже стала Aloka Company ), Shimadsu Manufacturing Company и Toyko Ultrasonic Industrial Company .Только Mitsubishi продолжила расширяться в области неразрушающего контроля, а другие компании перешли к другим областям, в частности к диагностическим медицинским ультразвуковым исследованиям. Японское общество неразрушающего контроля официально признало 1952 год первым годом проведения неразрушающего контроля в Японии.

Информация предоставлена ​​NDT.net и другими источниками.

Назад к истории ультразвука в акушерстве и гинекологии .

Ультразвуковая дефектоскопия

Обычно используются импульсные ультразвуковые лучи, а в простейших приборах на поверхность образца помещается ручной зонд. Дисплей осциллографа с временной разверткой показывает время, за которое ультразвуковой импульс проходит до отражателя (дефект, задняя поверхность или другая свободная поверхность) с точки зрения расстояния по экрану осциллографа — так называемого A -сканирование дисплея. Высота отраженного импульса зависит от размера дефекта, видимого из зонда передатчика.Взаимосвязи между размером дефекта, расстоянием до дефекта и отражательной способностью дефекта сложны, и для интерпретации изображения требуются значительные навыки.

Также используются сложные многозондовые системы с механическим перемещением зонда и оцифровкой сигналов с последующим хранением в компьютере; методы компьютерной интерпретации быстро развиваются.

Существует несколько форм механической вибрации, в зависимости от направления движения частиц в волновом движении, поэтому существует несколько форм ультразвуковых волн, наиболее широко используемыми в неразрушающем контроле являются волны сжатия и поперечные (сдвиговые) волны.

Благодаря подходящей конструкции зонда ультразвуковые лучи могут вводиться в твердый материал практически под любым углом.

Волны сжатия также распространяются через жидкости, и распространенный метод заключается в погружении образца в большой резервуар и использовании опорного зонда с механизированным перемещением. С помощью такого оборудования возможны альтернативные методы отображения сигналов и может быть получено двумерное ультразвуковое изображение (дисплеи B-сканирования и C-сканирования).

Как правило, один зонд действует как передатчик и приемник, поэтому контроль можно проводить только с одной стороны образца.Крупнозернистые материалы, такие как сварка аустенитной стали, медные отливки и т. Д., Вызывают сильное затухание и рассеяние, и в настоящее время их трудно контролировать с помощью ультразвука, но большие толщины мелкозернистого материала, такого как кованая сталь, могут быть протестированы без труда.

Поскольку обычным признаком дефекта является импульс на осциллограмме, дефекты должны быть охарактеризованы, а также определены их размеры. Новые методы, такие как времяпролетная дифракция, TOFD, были разработаны, чтобы помочь этому методу.

Измерения затухания и скорости ультразвука используются для изучения различных свойств материалов.

Использование ультразвука для определения размеров дефектов
После обнаружения дефектов часто бывает желательно определить их размер. Для дефектов, меньших ширины ультразвукового луча, псевдоразмер может быть получен путем сравнения амплитуды сигнала дефекта с амплитудой эталонного отражателя (плоскодонное или просверленное сбоку отверстие) в том же диапазоне. Когда размер дефекта больше ширины ультразвукового луча, для оценки размера дефекта часто можно использовать обычные методы определения размера движения зонда.Метод максимальной амплитуды использует меру перемещения зонда между максимальными сигналами от конечностей дефекта до дефекта размера. Методы падения на 6 дБ и 20 дБ используют уменьшение амплитуды сигнала от дефекта, когда датчик проходит через край дефекта в качестве индикатора размеров дефекта. Однако взаимодействие между ультразвуковым лучом и дефектом, в зависимости от природы и ориентации дефекта, ограничивает эффективность этих методов при работе со сложными и неправильно ориентированными дефектами.

Методы, использующие дифрагированный сигнал от краев дефекта для обнаружения и определения размеров дефектов, являются наиболее эффективными при определении размеров плоских дефектов. В методе времяпролетной дифракции (TOFD) используется время прохождения ультразвука между датчиком (датчиками) и конечностями дефекта для обнаружения и определения размеров дефектов. Точность определения размера дефекта лучше ± 2 мм может быть достигнута с помощью оптимизированных методов (см. Также усовершенствованные ультразвуковые методы).

Ультразвуковое обнаружение дефектов и визуализация через реверберирующие слои с помощью подпространственного анализа и проецирования

Ультразвуковое обнаружение дефектов и визуализация через реверберирующие слои являются серьезными проблемами из-за реверберации, вызванной слоем, и отражений от передней поверхности.Эти нежелательные сигналы создают сильные помехи и маскируют дефектные эхо. В этой статье разработан подход, основанный на подпространстве, для удаления или значительного уменьшения нежелательных ревербераций, что обеспечивает надлежащее обнаружение дефектов и визуализацию. В этом методе используется набор независимых эталонных измерений материала, проходящего через слой, без помех. Если эти измерения недоступны, вместо них используются массивные измерения материала с дефектами. Беспорядок, из-за его высокой силы по сравнению с отражениями дефекта, образует подпространство, охватываемое собственными векторами, соответствующими доминирующим собственным значениям ковариационной матрицы данных.Подпространство препятствий оценивается и удаляется с использованием ортогональной проекции подпространства. Беспорядок обычно занимает многомерное подпространство, которое зависит от уровня связи, неоднородности материала, шероховатости поверхности и частоты дискретизации измерений. Когда ссылка только на помехи недоступна, методы теории информации используются для оценки размера подпространства помех, так что сигналы помех в достаточной степени подавляются без искажения сигналов дефектов. Эффективность предложенного подхода демонстрируется с использованием моделирования и реальных результатов измерений.

1. Введение

Ультразвуковое обнаружение и визуализация дефектов через слой или экран — сложные проблемы, с которыми сталкиваются при ультразвуковой неразрушающей оценке (NDE). В частности, промышленные материалы часто производятся в виде нескольких слоев, которые создают сильные отражения на границах раздела слоев при воздействии ультразвукового контроля. Эти отражения обычно повторяются в ходе ультразвуковых измерений, вызывая сильные и повторяющиеся модели реверберации [1].В медицинском ультразвуке прямой доступ к интересующей ткани не всегда возможен, и поэтому ультразвуковые измерения часто выполняются через другую ткань или анатомическую структуру [2]. Например, при ультразвуковой визуализации головного мозга для выявления аномалий или опухолей измерения проводятся через череп, который представляет собой сильный сигнал реверберации.

Реверберационные сигналы, индуцированные верхним слоем (т. Е. Экраном формирования изображения), часто маскируют эхо-сигналы от цели и делают обнаружение и локализацию дефектов материала или аномалий тканей чрезвычайно трудным, если не невозможным.Следовательно, такие сигналы реверберации (которые в дальнейшем также называются помехами реверберации или просто помехами) должны подавляться или в достаточной степени ослабляться, чтобы выявить целевые эхо-сигналы. Большинство существующих подходов к реверберации основаны на идеальной модели распространения акустических волн в слоистых средах [1, 3–6]. Например, Saniie и Nagle разработали аналитические модели моделей реверберации, измеренных в многослойной среде [1]. Эти модели используются для классификации эхо-сигналов, связанных с каждым слоем.Метод предсказательной деконволюции [7], обычно используемый для подавления реверберации при сейсмических исследованиях, был применен для подавления реверберации ультразвука [3, 4]. Этот метод также предполагает, хотя и неявно, идеальную модель распространения, полагаясь на повторяемость шаблонов реверберации. Методы, представленные в [5, 6], предназначены для идентификации реверберационных эхосигналов в многослойных средах на основе временипролетного анализа всех возможных эхо-сигналов и сравнения их спектров мощности.В дополнение к идеальным моделям распространения, упомянутым выше, эти методы предполагают наличие неперекрывающихся эхо-структур, поддающихся анализу времени пролета, который требует, чтобы толщина каждого слоя была относительно большой по сравнению с длиной волны эхо-сигнала. Кроме того, существующие подходы часто связаны с ультразвуковыми измерениями в дальней зоне преобразователя и, как таковые, используют методы погружения. Эти методы непрактичны для сценариев полевых испытаний при ультразвуковом неразрушающем контроле, когда только контактные измерения могут выполняться в ближней зоне преобразователя.Проведение контактных измерений через слой дополнительно осложняется проблемами связи и сильными нерегулярными эхосигналами от передней поверхности слоя. Образцы реверберации в этих случаях нельзя просто предсказать и удалить из измерений.

Среди различных возможных подходов к значительному ослаблению помех при обработке радиолокационных сигналов обычно используется прямое вычитание фонового ответного сигнала, измеренного в пустых эталонных сценах, из ответного сигнала с целями (дефектами) [8].Однако прямое применение этого метода для практического подавления ультразвуковой реверберации оказывается неэффективным из-за значительных вариаций ультразвуковых измерений из-за сцепления, неоднородности материала и шероховатости поверхности.

В этой статье мы предлагаем альтернативный подход, основанный на обучении и проецировании подпространства реверберации. Этот подход был недавно использован в радиолокационных изображениях сквозь стены для удаления помех от стен и улучшения видимости внутренних целей [9, 10], а также в наземных радарах для обнаружения наземных мин [8, 11].В предлагаемом подходе помехи устраняются путем проецирования принятого сигнала на подпространство, ортогональное базам возможных ответов на помехи. Чтобы построить комплексное подпространство помех для эффективного удаления помех, мы рассмотрим два случая обучения подпространству реверберации, которые представляют интерес для ультразвукового NDE, а именно: (i) обучение подпространству на основе эталонов (в автономном режиме) с использованием набора безупречных измерений реверберации и (ii) обучение подпространству без ссылок непосредственно из данных массива в режиме онлайн.Последнее особенно важно при визуализации массивов NDE, когда доступ к работоспособной реплике недоступен [12]. В первом случае мы используем несколько независимых измерений реверберации из выбранных мест, используя здоровую копию исследуемого материала. Затем мы строим подпространство препятствий, используя модель возмущений на основе сдвига, чтобы учесть вариации из-за контакта с поверхностью, неоднородности материала и шероховатости поверхности. Во втором случае мы используем массив физической или синтетической апертуры и формируем подпространство помех, используя пространственную когерентность сигналов реверберации и некогерентность эхо-сигналов дефекта в данных массива.В обоих случаях беспорядок часто занимает несколько измерений подпространства в зависимости от уровня связи, неоднородности материала, шероховатости поверхности и частоты дискретизации измерений. Следовательно, размер подпространства препятствий должен быть правильно оценен до применения ортогональной проекции. Недооценка подпространства помех может привести к недостаточному удалению помех. С другой стороны, особенно во втором случае, когда сигналы дефекта присутствуют в конструкции подпространства помех, переоценка подпространства помех приведет к удалению сигнала дефекта.Чтобы избежать этой проблемы, методы теории информации используются для оценки размера подпространства помех, так что сигналы помех в достаточной степени подавляются без искажения сигналов дефектов.

Эффективность предложенного метода проверена и продемонстрирована с использованием как моделирования, так и данных реальных экспериментов. Результаты ясно показывают, что сильные помехи могут быть значительно подавлены с помощью предлагаемой техники, основанной на обучении подпространству и ортогональной проекции подпространства.Для сравнения мы также применяем методы вычитания фона и предсказательной деконволюции, которые показывают худшие характеристики по сравнению с предлагаемым методом при наличии нерегулярных вариаций.

Остальная часть документа организована следующим образом. В разделе 2 представлена ​​техника построения и проецирования подпространства помех с использованием безупречных эталонных измерений реверберации. В разделе 3 представлена ​​техника построения и проецирования подпространства помех без опорных точек на основе данных массива преобразователей.В разделе 4 представлены результаты моделирования и экспериментальных методов устранения помех в обоих сценариях.

2. Удаление помех с использованием эталонных измерений реверберации

2.1. Предлагаемая методика. аддитивный шум измерения

где шум представляет собой белый гауссовский шум с нулевым средним и не зависит от дефектных эхо-сигналов и помех от реверберации.Шум измерений обычно не считается серьезным препятствием, поскольку его влияние можно уменьшить путем усреднения по нескольким наблюдениям. Помехи реверберации имеют квазипериодический характер, затухающие во времени, причем периодичность и степень затухания зависят от толщины и плотности слоя. В идеальных условиях измерения (например, слой погружен в воду в дальней зоне преобразователя) сигнал реверберации от слоя может быть смоделирован как суперпозиция сдвинутых по времени и масштабированных по амплитуде копий эхо-вейвлета импульса преобразователя. , как [1]

где обозначает разницу во времени прихода последовательных эхо-сигналов, обозначает коэффициент отражения от пути распространения до слоя и обозначает коэффициенты передачи от пути распространения к слою и слоя к пути распространения, соответственно.Эту аналитическую модель реверберации можно интерпретировать как наложенные эхо-сигналы с неизвестными задержками и амплитудами. Кроме того, сигнал реверберации может быть оценен с использованием алгоритма оценки максимального правдоподобия [13].

Для контактных измерений, рассматриваемых в этой статье, сигнал реверберации не соответствует идеальной модели по ряду причин. Во-первых, поскольку измерения выполняются в ближнем поле, сильное отражение от передней поверхности (большой взрыв) на границе преобразователь-слой значительно усложняет картину реверберации.Во-вторых, сигнал реверберации меняется от одного измерения к другому в зависимости от связи между датчиком и слоем, а также границы между слоем и исследуемым материалом. С другой стороны, дефектные эхо-сигналы представляют собой краткосрочные сигналы с гораздо меньшей энергией по сравнению с реверберационными помехами. Кроме того, в зависимости от местоположения дефекта в материале, возвратные эхо-сигналы имеют более длительное время прихода, чем у отраженных помех. Таким образом, дефектные эхо-сигналы имеют очень низкую корреляцию с помехами реверберации.Наша цель — устранить помехи от реверберации без значительного ослабления дефектных эхо. С этой целью мы используем высокую энергию и низкую корреляционные свойства реверберационных помех по отношению к дефектным эхо.

Для моделирования помех реверберации мы собираем независимые измерения помех, из разных участков здоровой копии материала со слоем, где — вектор измеренного сигнала, состоящий из временных отсчетов и обозначающий транспонирование матрицы.Эти измерения сохраняются в матрице как

При отсутствии дефектных эхо эти измерения содержат только помехи от реверберации и шум. Чтобы учесть локальные задержки реверберации, мы расширяем эти измерения на основе модели возмущений на основе сдвига [14]. По сути, все векторы измерений сдвигаются на целое число отсчетов как вверх, так и вниз, вплоть до максимальной потенциальной задержки. Поскольку ультразвуковые сигналы обычно дискретизируются с гораздо большей частотой, чем частота Найквиста, сдвига на целочисленные отсчеты будет достаточно для представления всех возможных локальных задержек.Со сдвигом во времени расширенный набор измерений становится

где — исходная матрица измерений, сдвинутая на выборки. Размер расширенного набора данных — с. Предполагаемая ковариационная матрица расширенного набора равна

где представляет ковариационную матрицу препятствий, представляет ковариационную матрицу аддитивного белого гауссовского шума (AWGN) и обозначает единичную матрицу. Матрица разлагается на различные спектральные компоненты с использованием разложения по собственным значениям

где обозначает m -е собственное значение в упорядоченном наборе () и обозначает соответствующий собственный вектор.Первые собственные векторы принадлежат подпространству помех, тогда как остальные собственные векторы принадлежат подпространству шума. Поскольку размер подпространства препятствий неизвестен априори, необходимо применять методы выбора порядка модели. Найденные в литературе методы, основанные на анализе тенденций собственных значений, такие как разности () или отношения () собственных значений, не всегда дают удовлетворительные результаты. Мы используем теоретические критерии информации, такие как информационный критерий Акаике (AIC) и минимальная длина описания (MDL) [15].AIC представлен как

где обозначает количество измерений в расширенном наборе данных. Точно так же MDL задается как

Подпространство препятствий определяется как порядок модели, который минимизирует AIC или MDL. После определения порядка модели подпространство препятствий формируется из первых доминирующих собственных векторов, то есть

Удаление помех выполняется путем проецирования принятого сигнала (A-сканирование) на ортогональное подпространство помех для получения сигнала с усилением дефектов, то есть

2.2. Удаление помех с помощью вычитания фона

Для сравнения рассматривается удаление помех с помощью вычитания фона. Поскольку имеется набор эталонных измерений для помех от реверберации, можно использовать методы вычитания фона для удаления помех. Для этой задачи мы выбираем наиболее подходящий сигнал из набора расширенной матрицы измерений, к текущему измерению y и вычитаем этот сигнал из y . Результаты представляют собой наилучшую возможную производительность, которая может быть достигнута с помощью техники вычитания фона.В этом случае индекс опорного сигнала наилучшего совпадения — это тот, который максимизирует нормализованный коэффициент корреляции с y, , то есть

где обозначает -й столбец матрицы расширенного набора данных. Удаление беспорядка с использованием вычитания фона затем выполняется как

где скаляр в квадратных скобках представляет собой оценку наименьших квадратов амплитуды опорного сигнала наилучшего согласования.

2.3. Удаление помех с помощью прогнозирующей деконволюции

Для сравнения, метод прогнозирующей деконволюции [3, 4] также рассматривается для удаления помех от реверберации.Этот метод широко используется при обработке сейсмических сигналов для подавления реверберации, вызываемой верхним слоем земли [7]. Метод основан на фильтрации с линейным предсказанием и использует повторяющиеся паттерны реверберации. Образец реверберации прогнозируется на основе прошлых выборок данных. Метод требует знания запаздывания предсказания (то есть периодичности реверберации), а также длительности импульса, чтобы установить порядок предсказывающего фильтра и длину фильтра ошибок.В этой статье мы реализовали методику, основанную на процедурах, изложенных в [4].

3. Удаление помех на основе измерений матрицы датчиков

3.1. Удаление помех

Когда сцена только с помехами недоступна, подпространство помех, используемое для удаления помех, должно быть построено на основе данных, которые измеряются при наличии сигналов дефектов. Следовательно, следует проявлять осторожность, чтобы не включить сигнал дефекта в подпространство помех. С этой целью мы рассматриваем массив элементов K , состоящий либо из физически присутствующих преобразователей, либо сформированный посредством синтеза апертуры, который измеряет интересующий материал через реверберирующий слой, как показано на рисунке 1.Сигнал, полученный на каждом датчике, можно записать как

где обозначает сигнал, полученный в положении датчика k -е, обозначает помехи реверберации из-за слоя, обозначает эхо-сигнал, полученный на датчике k -го из-за дефекта, и обозначает AWGN. Следует отметить, что сигнал реверберации согласован для всех измерений датчика, за исключением локальных задержек и небольших возмущений. С другой стороны, измерение эхо-сигнала от одного датчика к другому различается, потому что каждое положение датчика дает определенное расстояние до дефекта.Изменение дефектного эхо моделируется как с точки зрения задержек () из-за пространственного расположения матричных датчиков, так и весовых коэффициентов () из-за ширины луча преобразователей и флуктуаций отражения дефектов. В результате измерения реверберации пространственно когерентны, а измерения дефектов некогерентны. Чтобы использовать когерентность, а также относительную силу реверберации, мы используем подход построения подпространства и проекции.

Для построения подпространства беспорядка мы объединяем измерения массива датчиков в матрицу данных размером как

формируют ковариационную матрицу как

и затем выполнить собственное разложение оцененной выше матрицы ковариации.На этот раз доминирующие собственные значения будут соответствовать подпространству помех, за которыми следуют собственные значения, соответствующие подпространству дефекта, и те, которые соответствуют подпространству шума. Поскольку сигналы дефектов намного слабее, чем помехи, мы можем определить подпространство помех, используя AIC или MDL таким же образом, как объяснялось ранее. Наконец, помехи удаляются из данных каждого датчика путем проецирования на ортогональное подпространство помехи для получения сигналов с повышенными дефектами на каждом датчике, то есть

На основе данных массива без помех может быть построено ультразвуковое изображение для визуализации дефектов.Для этой задачи мы представляем алгоритм формирования луча в следующем разделе.

3.2. Ультразвуковое изображение дефекта с помощью формирования луча

Ультразвуковые измерения от матрицы, состоящей из преобразователей, могут использоваться для получения изображения исследуемого материала [16]. Мы рассматриваем линейный массив и предполагаем, что соответствующие положения элементов преобразователя известны в трехмерном декартовом пространстве, то есть преобразователь k расположен в точке . Мы рассматриваем интересующую область (ROI), которая представляет собой двумерное поперечное сечение под линейным массивом, как показано на рисунке 1.Алгоритм формирования луча с обратной проекцией в режиме приемника используется для построения внутренних изображений материалов [17]. Сигнал, который отражается от гипотетической дефекта, находящегося в этом месте, затем принимается с разными задержками на каждом преобразователе. Сигнал, соответствующий траектории прямого отражения, записанный на приемном преобразователе k th, определяется как

где — коэффициент отражения дефекта, видимый преобразователем, который также учитывает потери при распространении и обозначает задержку распространения сигнала от местоположения до преобразователя k th.Предполагая однородный материал со скоростью распространения ультразвука v , временная задержка, соответствующая любому пикселю изображения, расположенному в, может быть рассчитана как

где обозначает евклидову норму. Интенсивность изображения каждого пикселя в плоскости формирования изображения получается путем сложения взвешенных с временной задержкой принятых сигналов и корреляции результирующего сигнала с излучаемым сигналом. Следовательно, интенсивность в пикселе, используя метод когерентного изображения, может быть записана как

где — вес, соответствующий преобразователю k -й.Взаимная корреляция выполняет согласованную фильтрацию и улучшает отношение выходного сигнала к шуму (SNR).

Вышеупомянутый алгоритм формирования луча с синтетической апертурой применяется для визуализации дефектов сквозь слои до удаления реверберации с использованием исходных измерений массива и после удаления реверберации с использованием предлагаемого подхода проекции подпространства. Результаты визуализации дефектов будут представлены в следующем разделе.

4. Моделирование и экспериментальные результаты

4.1. Установки для экспериментов

Алюминиевый блок (номер сплава 6061) размеров (152.4 мм) используется в качестве образца для испытаний. Тонкий металлический слой с постоянной толщиной 2 мм соединяется с материалом с помощью геля. Тонкий слой обладает высокой реверберирующей способностью и имитирует ультразвуковое изображение дефектов через реверберирующие слои. В образце для испытаний просверливали отверстие с плоским дном диаметром 3 мм и глубиной 21 мм для имитации дефекта. На рисунке 1 представлена ​​схематическая иллюстрация испытательного образца, тонкого слоя и синтезированного сенсорного преобразователя, используемого для ультразвуковых измерений.

Измерения возбуждения преобразователя и сигнала выполняются с использованием импульсного генератора / приемника (P / R) Olympus Panametrics (модель 5072PR), работающего в моностатическом (T / R) режиме [18].Настройки P / R следующие: частота повторения импульсов (PRF) 1 кГц, уровень энергии 3, уровень демпфирования 4, усиление усилителя 30 дБ, фильтр нижних частот с частотой среза 1 МГц и фильтр верхних частот с частота среза 10 МГц. Все ультразвуковые измерения выполняются одноэлементным датчиком Olympus (модель V-110 M) с центральной частотой 5 МГц [19]. Датчик помещается на поверхность материала с помощью геля для ультразвуковой связи. Полученные сигналы оцифровываются с помощью цифрового осциллографа (осциллограф Agilent Technologies DSO7014A) с частотой дискретизации 50 МГц.Эти сигналы собираются 32 раза и усредняются внутри осциллографа для получения сигнала с высоким SNR.

4.2. Результаты моделирования: доступны безошибочные измерения помех от реверберации. техника подавления беспорядка. Сначала мы измерили сигнал дефекта без тонкого слоя поверх материала.Дефектное эхо правильно отсекается от этого измерения и сохраняется в памяти. Затем тонкий слой накладывается на алюминиевый блок с использованием ультразвукового геля в качестве сцепления. Измерение реверберации выполняется путем размещения ультразвукового преобразователя 5 МГц на тонком слое и покрытия здорового (без дефектов) участка алюминия. Мы повторили это измерение на разных участках тонкого слоя 10 раз, чтобы получить разнообразный набор измерений реверберации, представляющих помехи.

Мы использовали 10 измерений реверберации с расширением подпространства на основе сдвига (), чтобы сформировать подпространство помех, как описано в Разделе 2.Новое измерение реверберации (в месте, отличном от предыдущих измерений) выполняется для проверки метода удаления помех. Чтобы изучить эффективность метода удаления помех в различных условиях, мы добавляем экспериментально собранное эхо-дефект и его многолучевые сигналы, как если бы они были измерены от верхнего слоя, к новому измерению реверберации, но изменили их амплитуду и время прихода.

На рисунке 2 показаны дефектные эхо-сигналы в реверберации и результаты подавления помех после использования соответственно проекции подпространства, вычитания фона и методов прогнозирующей деконволюции, как описано в разделе 2.На рис. 2 (а) показано имитируемое дефектное эхо и его многолучевые сигналы, а на рис. 2 (б) показано измерение реверберации с добавленными дефектными эхо-сигналами. Таким образом, сигнал на Рисунке 2 (b) имитирует дефектное эхо и его многолучевое распространение в реверберации. Сигналы с усилением дефектного эха, обработанные методами проекции подпространства, вычитания фона и предсказательной деконволюции, соответственно, показаны на рисунках 2 (c), 2 (d) и 2 (e). Как видно из этих графиков, предлагаемая техника подпространственной проекции выделяет эхо-сигналы дефектов и улучшает их видимость.С другой стороны, метод вычитания фона сохраняет остатки помех, которые могут быть ошибочно приняты за дефектные эхо. Метод предсказательной деконволюции также применяется к этим данным с запаздыванием предсказания, установленным, эквивалентным измеренной периодичности реверберации, и длиной фильтра предсказания, установленной равной длине одного эхо-сигнала. Результат подавления помех (см. Рисунок 2 (e)) хуже, чем результат, полученный при вычитании фона и проекции подпространства. Это связано с тем, что, хотя метод прогнозирующей деконволюции полагается на повторяемость реверберационных паттернов для прогнозирования и удаления будущих эхо-сигналов, фактические эхо-сигналы реверберации различаются по своей форме из-за нерегулярных изменений и существования различных режимов распространения.Например, заметная разница в форме наблюдается между первыми двумя эхо-сигналами, показанными на Рисунке 2 (b), в течение интервала времени между 0 µ и 1,5 µ . Кроме того, предиктивная деконволюция всегда сохраняет первую часть данных (например, первый эхо-сигнал на рисунке 2 (e)) до запаздывания прогнозирования. Примечательно, что предложенная методика проецирования подпространства работает для произвольных структур сигналов и не полагается на повторяемость шаблонов реверберации.

Мы также провели ультразвуковое измерение реального дефекта через тонкий слой.Для имитации дефекта в алюминиевом блоке на 3,5 см сверху вниз просверливается сквозное отверстие диаметром 3 мм. Затем тонкий слой накладывается поверх блока с гелевой связкой. Измерение, включая реверберацию и дефектное эхо, показано на рисунке 3 (а). Сигналы с подавлением помех с подпространственной проекцией и вычитанием фона показаны на рисунках 3 (b) и 3 (c), соответственно. Используется метод расширения подпространства с помощью образцов. Порядок модели выбирается исходя из метрики молдавских леев.Дефектное эхо расположено в районе 12 мкм . Видно, что дефектное эхо значительно усиливается после удаления помех на основе подпространственной проекции, тогда как вычитание фона сохраняет значительную часть помех.

4.3. Моделирование: независимое измерение помех от реверберации Недоступно

В этом разделе мы исследуем технику удаления реверберации, когда эталонные измерения безупречных помех от реверберации недоступны. Это может быть случай, когда нет доступа к здоровому материалу.Чтобы обеспечить оценку подпространства препятствий, мы используем несколько положений преобразователей, таким образом формируя апертуру синтетического массива, которая позволяет получать ультразвуковое изображение. Перемещая преобразователь в коллинеарные положения, он становится эквивалентным измерению дефекта линейной решеткой через реверберирующий слой. Таким образом, часть или все измерения могут содержать дефектные эхо, тогда как все измерения содержат сильный сигнал реверберации, обусловленный слоем. Очевидно, что удаление помех в этом сценарии является более сложной задачей, поскольку эталонные измерения, необходимые для формирования подпространства помех, также содержат дефектные эхо.

Мы моделируем матричное измерение, перемещая одноэлементный преобразователь небольшими шагами по поверхности тонкого слоя, расположенного поверх материала. Для моделирования дефектных эхо-сигналов, возникающих при измерениях реверберации, дефектные эхо-сигналы генерируются на основе предполагаемого местоположения дефекта, геометрии синтезированной линейной решетки, соответствующей задержки между дефектом и датчиками и приблизительной ширины луча измерительного преобразователя. Ширина луча учитывается как весовой коэффициент для амплитуд эхо-сигналов в зависимости от местоположения дефекта относительно преобразователя, как описано в [20].Кроме того, многолучевое распространение дефектного эха моделируется на основе предполагаемой толщины и скорости слоя, а также его коэффициентов отражения и передачи. Типичный дефектный эхо-сигнал и его многолучевые сигналы, измеренные с помощью первых 5 элементов синтезированной линейной решетки (см. Рисунок 1), показаны на рисунке 4, где дефект находится в диапазоне 1,35 см от линии визирования решетки. Дефектное эхо и его многолучевые сигналы, принимаемые датчиками, расположенными близко к центру, сильнее и имеют более короткое время прихода, чем те, которые принимаются датчиками вдали от центра.Чтобы смоделировать измерение дефекта через реверберирующий слой с помощью матрицы преобразователей, мы добавили эти смоделированные эхо-сигналы дефекта к 10 независимым измерениям реверберации, полученным на здоровых участках алюминиевого блока.

Поскольку сигнал дефекта содержится в измеренных формах волны, которые используются для построения подпространства препятствий для ортогональной проекции, важно точно оценить основы подпространства препятствий, которые свободны от дефекта. Поскольку помехи от реверберации на несколько порядков сильнее, чем эхо-сигналы дефектов, подпространство помех может быть ограничено собственными векторами, связанными с доминирующими собственными значениями.Чтобы определить доминирующее подпространство помех, мы используем критерии теории информации, AIC и MDL, которые были представлены в разделе 2. Дефектное эхо имеет низкую корреляцию с помехами, а его энергия намного меньше, чем энергия помех. Таким образом, его подпространство отделено от подпространства препятствий и связано с меньшими значениями собственных значений. Однако оценка размера подпространства дефекта не является необходимой, поскольку удаления помех достаточно, чтобы выявить эхо-сигналы дефекта.

Как видно из рисунка 5, размер подпространства препятствий выбирается как значение, которое минимизирует показатель AIC (7) или MDL (8).В этом случае оба критерия обеспечивают одинаковую оценку размера помехи, равную 5. Алгоритм удаления помех на основе подпространства тестируется на синтетических данных, содержащих 10 измерений реверберации при наличии дефектных эхо-сигналов. На рис. 6 (а) показано моделируемое дефектное эхо и его многолучевые сигналы, синтезированные на основе данных, измеренных на 4-м преобразователе в синтетической решетке (см. Рис. 1). На рисунке 6 (b) показано дефектное эхо и его многолучевые сигналы, добавленные к реверберации. Таким образом, на рис. 6 (b) моделируется измерение дефектного эхо-сигнала с помощью 4-го преобразователя через тонкий слой.Мы применяем технику проецирования подпространства с размером подпространства помех, установленным на 5 на основе метрики MDL. Сигнал с подавлением реверберации показан на рисунке 6 (c). Хотя дефектное эхо и его многолучевые сигналы четко видны, их амплитуды меньше, чем у оригинала (рис. 6 (а)) из-за того, что часть их энергии находится в области помех. Как и ожидалось, метод проецирования подпространства, основанный на измерениях ревербераций, содержащих эхо-сигналы дефекта, менее эффективен, когда формы волн помех и дефектов перекрываются.

В этом случае метод вычитания фона не работает, поскольку безошибочные эталонные измерения реверберации недоступны. Прямое применение вычитания фона дает сигнал «все нули» (рисунок 6 (d)), поскольку в эталонном наборе доступен сигнал наилучшего соответствия с тестовым сигналом (рисунок 6 (b)).

В другом моделировании дефектное эхо и его многолучевые сигналы полностью скрыты реверберацией (см. Рисунок 7). На этот раз дефектное эхо и его многолучевость, как показано на рисунке 7 (а), намного слабее (амплитуда первого дефектного эха установлена ​​на 1) и скрывается в доминирующей части сигнала реверберации, как показано на рисунке 7 (b ).Как и раньше, этот сигнал проецируется в ортогональное подпространство помех с размером 5 для получения эхо-сигналов с повышенной дефектностью, как показано на рисунке 7 (c). Дефектное эхо и его многолучевые сигналы видны, хотя и с меньшими амплитудами, чем их исходная версия. Остатки помех также видны, но слабее, чем первые три эхо-сигнала дефекта.

Наконец, мы демонстрируем возможность визуализации дефектов с помощью техники подпространственной проекции при наличии сильных помех. Для этой цели мы используем алгоритм формирования луча с обратной проекцией для массивов с синтетической апертурой, как описано в разделе 3.1. Результаты визуализации представлены на рисунке 8. На рисунке 8 (a) показано лучевое изображение дефекта в исследуемом материале без тонкого слоя (см. Рисунок 1), основанное на моделировании измерений дефекта с помощью 10-элементного синтетического материала. множество. На рисунке 8 (b) показано изображение с формированием луча, когда дефект измеряется через слой. Чтобы смоделировать данные массива, связанные с этим изображением, дефект и его многолучевые эхо-сигналы, измеренные через слой, добавляются к 10 независимым измерениям реверберации, собранным с помощью синтетического массива.Наконец, на рис. 8 (c) показано изображение с формированием диаграммы направленности после подавления реверберационных помех в данных массива с использованием предложенного алгоритма проецирования подпространства. Размер подпространства препятствий оценивается как 5 с использованием критерия MDL. Положение синтетических решеток из 10 элементов относительно дефекта показано в верхней части изображения.

Из рисунка 8 видно, что предложенный алгоритм удаления помех эффективно подавляет помехи и значительно улучшает видимость дефектного эха и его первых нескольких многолучевых распространений, которые в противном случае погребены в реверберации.Кроме того, этот метод очень практичен, поскольку он работает с существующими данными массива и добавляет незначительную вычислительную сложность к алгоритму формирования изображения луча с синтетической апертурой и, следовательно, может быть включен в системы ультразвуковой визуализации в реальном времени.

5. Выводы

В этой статье мы предложили метод обучения и проецирования подпространства для подавления сигналов реверберации, возникающих при обнаружении и отображении дефектов через слои. Мы рассмотрели устранение помех от реверберации при ультразвуковой неразрушающей оценке (NDE) при наличии очень сильной реверберации.Рассмотрены два разных случая применения предложенной методики. В первом случае используется набор эталонных измерений реверберации без дефектов, тогда как во втором случае используются массивные измерения, содержащие дефекты. Для первого случая мы показали, что, используя набор эталонных сигналов реверберации, полученных от здоровой копии материалов, помехи могут быть значительно удалены с незначительным влиянием на дефектные эхо. Во втором случае, который применяется к ультразвуковой визуализации NDE, мы продемонстрировали, что беспорядок можно уменьшить, используя измерения массива без использования каких-либо справочных данных.Эффективность предложенных методов удаления помех для обоих случаев подтверждена анализом и экспериментальными данными. Предлагаемый метод удаления беспорядка эффективен с точки зрения вычислений и практичен для построения изображений массива. Он не требует настройки каких-либо параметров или знания характеристик распространения экранирующего слоя. Таким образом, его можно легко включить в существующие системы построения изображений массива с минимальной сложностью.

Благодарности

Это исследование частично поддержано Национальным научным фондом (NSF) в рамках гранта No.IIP-0917690 и Министерством железных дорог Китая в рамках гранта № 2011J011-E.

Основы ультразвуковой дефектоскопии

Метрология

Основы ультразвуковой дефектоскопии

Использовать этот ценный инструмент неразрушающего контроля проще, чем когда-либо

Опубликовано: 14 сентября 2015 г. — 00:00

Рекламный контент

Ультразвуковая дефектоскопия — это мощная технология неразрушающего контроля (NDT) и хорошо зарекомендовавший себя метод испытаний во многих отраслях промышленности.Однако это может показаться сложным для человека, который с ним не работал.

Современные ультразвуковые дефектоскопы — это небольшие портативные микропроцессорные приборы, подходящие как для использования в магазинах, так и в полевых условиях. Они генерируют и отображают ультразвуковой сигнал, который интерпретируется обученным оператором, часто с помощью программного обеспечения для анализа, для обнаружения и классификации дефектов в испытательных образцах. Детектор обычно включает в себя ультразвуковой генератор / приемник, аппаратное и программное обеспечение для захвата и анализа сигналов, дисплей формы сигнала и модуль регистрации данных.Хотя некоторые аналоговые дефектоскопы все еще производятся, в большинстве современных приборов используется цифровая обработка сигналов для повышения стабильности и точности.

Войдите или создайте БЕСПЛАТНУЮ учетную запись, чтобы продолжить

Дайджест качества не взимает плату с читателей за его содержание. Мы считаем, что новости отрасли важны для вашей работы, и Quality Digest поддерживает предприятия любого типа.

Однако кто-то должен платить за этот контент.И именно здесь на помощь приходит реклама. Большинство людей считают рекламу неприятной, но она действительно выполняет полезную функцию, помимо того, что позволяет медиакомпаниям оставаться на плаву. Они информируют вас о новых продуктах и ​​услугах, относящихся к вашей отрасли. Все объявления в Quality Digest относятся непосредственно к продуктам и услугам, которые нужны большинству наших читателей. Вы не увидите рекламу автомобилей или пищевых добавок.

Наше ОБЕЩАНИЕ: Дайджест качества отображает только статические объявления, которые никогда не перекрывают и не скрывают содержание.Они никогда не встанут у вас на пути. Они там для того, чтобы вы их читали, или нет.

Поэтому, пожалуйста, отключите блокировку рекламы на нашем сайте.

Спасибо,
Дайджест качества

общественных дорог — Оценка ультразвуковых методов для обнаружения дефектов мостовых сварных швов, зима 2021 г.

Хода Азари и Рассел Кок

Исследователи FHWA изучили ультразвуковой контроль с фазированной решеткой для проверки мостовидных сварных швов и сравнили этот метод с исторически использовавшейся техникой радиографического контроля.

Сварные швы между стальными пластинами являются важными компонентами стальных балок мостов. Они должны быть сварены и тщательно проверены, а для обеспечения целостности фермы инспекторы используют методы неразрушающего контроля (NDE). Тем не менее, высокие уровни радиации, необходимые для исторического подхода, радиографического контроля, могут представлять собой проблему для безопасности и нарушения рабочей зоны для производителей. Ультразвуковой контроль представляет собой альтернативный метод неразрушающего контроля.

Кодекс D1.5M / D1.5 по мостовой сварке Американской ассоциации государственных служащих автомобильных дорог и транспорта / Американского общества сварщиков (AWS) устанавливает правила проверки сварных швов, в том числе, какие методы неразрушающего контроля можно использовать, какие типы и размеры дефектов нужно отремонтировать и многое другое. Стальные балки моста представляют собой сборные узлы из сборных стальных пластин, сваренных вместе в производственных цехах.Для оценки потенциальных подповерхностных дефектов сварных швов используются два метода неразрушающего контроля: радиографический контроль и ультразвуковой контроль.

Зачем нужен ультразвуковой контроль?

Исторически сложилось так, что производители использовали радиографические методы для проверки сварных швов. Эта технология восходит к 1930-м годам и со временем стала базовым подходом к проверке сварных швов мостов. В то время как в медицинской радиологии используется источник излучения с низкой дозой для экспонирования пленки или цифровой пластины для получения изображения сломанной кости, толстые стальные сварные швы требуют гораздо более высоких уровней энергии и доз излучения, чтобы проникнуть в сварной шов и создать изображение.Эти высокие уровни излучения представляют собой проблему безопасности и производительности для производителей.

Ультразвуковые методы контроля доступны с 1960-х годов; однако многие владельцы мостов еще не принимают их с уверенностью. В то время как ультразвуковые методы могут использоваться для некоторых менее ответственных сварных швов, другие сварные швы по-прежнему требуют громоздкой и опасной радиографии. Сертифицированные инспекторы проводят обычные ультразвуковые испытания, манипулируя переносным одноэлементным датчиком вокруг сварного шва, и используют свое обучение и опыт для обнаружения и оценки любых дефектов сварного шва.Это может быть субъективный процесс, который варьируется между инспекторами, и это одна из причин, по которой владельцы мостов и органы, занимающиеся написанием кода, не решаются полностью принять этот метод. Кроме того, владельцы мостов больше доверяют рентгенографии, потому что они могут сами видеть изображения сварных швов, тогда как при обычном ультразвуковом контроле они получают только документированный отчет без изображений или других данных.

Подобно тому, как медицинская ультразвуковая визуализация развивалась с более высокой вычислительной мощностью и получением изображений с более высоким разрешением, промышленная ультразвуковая технология сопровождалась аналогичными улучшениями. Ультразвуковой контроль с фазированной решеткой (PAUT) использует массивы датчиков вместо одноэлементных датчиков и датчиков положения для сбора данных сканирования и получения изображений результатов контроля, подобных радиографическому изображению. Матрица датчиков создает веер звука, а не единичный звуковой луч, используемый при обычном ультразвуковом контроле.Это приводит к более продуктивному контролю, поскольку за один раз можно проверить больший объем сварного шва, и в сочетании с сохраненными данными сканирования и информацией кодировщика инспектор может создать изображение сканирования, что повышает уверенность в результатах проверки.

Последней разработкой в ​​области тестирования PAUT является более продвинутый метод обработки изображений, называемый полным матричным захватом. Это нововведение может использовать тот же базовый прибор и зонд, но предлагает новые программные процессы для создания изображения любых недостатков с более высоким разрешением.

Лаборатория передовых технологий зондирования (FAST) Федерального управления шоссейных дорог (FAST) NDE проводила исследовательские работы по изучению методов неразрушающего контроля PAUT и полного матричного захвата. Лаборатория NDE является частью исследовательского центра Turner-Fairbank Highway Research Center FHWA в Маклине, штат Вирджиния.Лабораторные исследования PAUT напрямую поддерживают общую цель — поддержать внедрение ультразвуковых методов вместо радиографических методов для проверки сварных швов изготовления мостовидных протезов с полным проплавлением согласно Кодексу сварки мостов AASHTO / AWS D1.5.

Когда можно использовать PAUT?

Кодекс по сварке мостов D1.5 2015 года добавил приложение «Расширенное ультразвуковое обследование» в качестве средства интеграции PAUT в рабочий процесс проверки в качестве замены радиографического тестирования до утверждения замены инженером.В приложении представлены требования к использованию PAUT для проверки сварных швов изготовления мостов вместо традиционного ручного ультразвукового контроля с одним датчиком, разрешенного D1.5 на протяжении десятилетий.

Код D1.5 разрешает ультразвуковой контроль некоторых мостовых сварных швов с полным проплавлением, но по-прежнему требует, чтобы сварные швы, подверженные растягивающим или обратным напряжениям, проверялись радиографическим контролем. Стыковые сварные швы в элементах с критическим изломом, сварные швы, выполненные электрошлаковой сваркой с узким зазором, и электрогазовая сварка также требуют как радиографических, так и ультразвуковых испытаний.

Хотя код D1.5 одобряет некоторые приложения PAUT, все еще существуют приложения, которые требуют дальнейшего исследования и проверки производительности PAUT, чтобы потенциально заменить громоздкий и дорогостоящий метод радиографического тестирования. Общей целью продолжающейся работы PAUT в лаборатории FAST NDE является оценка состояния технологии PAUT и ее потенциального применения в качестве альтернативы всем радиографическим исследованиям в D1.5.

Внедрение программы PAUT — это большой шаг по сравнению с ручным ультразвуковым контролем. Преимущества перехода на PAUT могут привести к более эффективным и надежным проверкам. Хотя общий подход к ультразвуковому контролю сварного шва аналогичен, PAUT представляет собой более сложный процесс контроля, который требует предварительных инвестиций в оборудование и программное обеспечение, а также необходимости в дополнительном обучении инспекторов.

Изучение PAUT в лаборатории

Лаборатория FAST NDE изучает технологию PAUT в течение нескольких лет, в том числе до публикации приложения «Расширенное ультразвуковое исследование».Первый этап этих исследований включал изготовление подходящих образцов для испытаний и разработку предварительных процедур. Изготовители мостов подготовили сварные образцы для испытаний, чтобы убедиться, что они представляют собой широко применяемые методы сварки при изготовлении мостов. Были изготовлены стыковые соединения с полным проплавлением и образцы стыковых соединений переходного типа. Сварщики намеренно имплантировали в образцы для испытаний дефекты сварного шва, такие как пористость, трещины, неплавление и шлак.

Первоначальное сравнение результатов PAUT, традиционного ультразвукового тестирования и рентгенографических изображений обеспечило широкое понимание эффективности PAUT.Результаты PAUT в целом совпадают с рентгенографическими результатами на каждом из испытуемых образцов, что подтверждает решение продолжить исследования PAUT.

Следующим этапом исследования была попытка продолжить создание требований PAUT и поддержку разработки критериев приемлемости PAUT для предлагаемого включения в спецификацию D1.5. FHWA представила комитетам AWS основные моменты этой ранней работы, а также вклад многих других участников, поддерживающих комитет, что привело к принятию в 2015 году требований приложения PAUT в D1.5.

Исследователи выбрали общедоступное стандартное оборудование PAUT и датчики для сбора и анализа данных.FHWA использовал 64-элементный пробник с линейной решеткой 2,25 МГц. Хотя требования AWS D1.5 не ограничивают частоту датчика диапазоном 2,25 МГц, как это делается для ручного ультразвукового контроля, исследователи выбрали 2,25 МГц, чтобы лучше сравнить результаты с результатами ручного контроля.

FHWA выполнил калибровку PAUT в соответствии с D1.5. Калибровочный блок включает в себя ряд боковых просверленных отверстий диаметром 1/16 дюйма (1,6 мм) на разной глубине, чтобы установить одинаковую чувствительность контроля по всей толщине проверяемого сварного шва.Это совершенно другой подход к калибровке по сравнению с требованиями ручного ультразвукового контроля в D1.5, где используется одностороннее просверленное отверстие. При ручном ультразвуковом контроле D1.5 коррекция чувствительности контроля по мере ослабления звука через материал рассчитывается с использованием предполагаемой степени ослабления звука. В настоящее время комитет AWS обсуждает, какой подход лучше для калибровки, потому что у обоих есть свои плюсы и минусы.

Исследовательская группа изготовила образцы для испытаний, чтобы представить материалы, конструкции сварных швов, толщину и процессы сварки, типичные для изготовления мостов.Чтобы гарантировать, что сварка соответствует методам производственной мостовой сварки, образцы были изготовлены двумя производителями стальных мостов с использованием процессов электрошлаковой сварки с узким зазором и дуговой сварки под флюсом. Изготовители попытались внедрить в образцы естественные дефекты, которые обычно могут встречаться в процессе производства, такие как трещины, отсутствие плавления, непровар, пористость и шлак. Всего FHWA изготовила 10 образцов стыкового соединения.

Результаты лаборатории неразрушающего контроля

Исследовательская группа обнаружила, что PAUT и радиографическое тестирование имеют сопоставимые показатели обнаружения и отклонения дефектов. Из общего количества 39 разрывов в наборе данных радиографическое испытание отклонило 5 дефектов, допущенных ультразвуковым испытанием, а ультразвуковое испытание отклонило 4 дефекта, допущенных радиографическим испытанием.

Самым крупным дефектом, отклоненным PAUT и пропущенным при рентгенографическом исследовании, был дефект длиной 5 дюймов (13 сантиметров), предположительно вызванный отсутствием сплавления. Самым крупным дефектом, отклоненным рентгенологическим исследованием, но принятым PAUT, был дефект длиной 1,88 дюйма (4,78 сантиметра), вызванный отсутствием сплавления. PAUT обнаружил это отсутствие слияния, но при амплитуде сигнала ниже порога, требующего оценки согласно AWS D1.5.

Отсутствие слияния почти 2 дюймов (5 сантиметров) может вызвать вопросы о пороге отчетности в AWS D1.5, сварные швы могут иметь неоднородности такой длины с небольшой амплитудой. При неразрушающем контроле всегда необходимы пороговые значения, чтобы избежать ненужной оценки каждого обнаруженного слабого сигнала, а подход AWS основан на том факте, что низкоамплитудные сигналы исторически не считались вредными. В процессе рентгенографического тестирования отсутствует 5-дюймовое (13 сантиметровое) отсутствие плавления, что вызывает большие вопросы о надежности рентгенографического тестирования для обнаружения этого дефекта. Сообщество NDE понимает эту проблему как общеизвестную слабость рентгенологического тестирования.

Общая цель текущих исследований FHWA состоит в том, чтобы установить, является ли PAUT жизнеспособной альтернативой использованию радиографических исследований. Первоначальные результаты, свидетельствующие о хорошей корреляции результатов сравнительного обследования между PAUT и рентгенографическим тестированием, поддерживают PAUT в качестве альтернативы. Однако существует потребность в разработке более полного набора дефектов сварных швов, чтобы исследователи могли оценить полностью репрезентативный набор дефектов. Следовательно, лаборатория FAST NDE в настоящее время использует программное обеспечение для ультразвукового моделирования, чтобы дополнить данные испытательного планшета виртуальной базой данных смоделированных дефектов.Исследователи также будут моделировать и использовать физические дефекты испытательной пластины для проверки результатов моделирования.

Достижения в технике PAUT

Хотя D1.5 добавил приложение с требованиями PAUT в 2015 году, комитеты AWS продолжают получать отзывы для улучшения требований, включения развивающихся технологий и изучения уроков, извлеченных из первых пользователей PAUT в сообществе производителей мостов.

Последние достижения в области промышленного ультразвука используют методы полного матричного захвата и полной фокусировки PAUT.В этих методах используются те же базовые инструменты PAUT и матрицы датчиков, что и для обычного PAUT, но они обрабатывают данные изображения способами, которые ранее были невозможны из-за ограничений вычислительной мощности компьютера.

Чтобы проиллюстрировать возможности методов оценки и визуализации различных методов, FHWA провела работы с использованием стального блока с рядом близко расположенных отверстий диаметром 1 миллиметр, просверленных по бокам, в трех группах по три отверстия. Расположение отверстий представляет проблему для традиционных методов ультразвукового контроля с использованием одноэлементного преобразователя, который не может создать изображение с достаточно высоким разрешением, чтобы обозначить все отверстия.

Использование обычного тестирования PAUT с несфокусированным звуковым лучом — используется, когда весь сварной шов проверяется без знания каких-либо существующих дефектов — создает изображение, показывающее три группы. Повторное сканирование сфокусированным звуковым лучом, используемое для получения более подробной информации после обнаружения места и глубины дефекта, обеспечивает еще более четкое изображение. Наконец, использование более совершенной техники полноформатного захвата PAUT, которая не требует фокусировки на известной глубине, создает изображение с наибольшей четкостью, показывающее три группы по три отверстия в каждой.

Исследовательская группа собрала все данные полноматричного захвата PAUT и PAUT с помощью 60-элементного зонда с прямым лучом 2,25 МГц, чтобы подчеркнуть различия в технологиях получения изображений. Различная частота и разные размеры зондов изменят разрешение изображения.

Анализ траектории ультразвукового луча, проведенный для разработки планов сканирования PAUT, показывает, что необходимо провести как минимум два сканирования вдоль каждой стороны сварного шва при различных смещениях индексных точек датчика от центральной линии сварного шва, чтобы обеспечить полное объемное покрытие сварного шва. эти относительно толстые сварные швы.Этот метод сканирования применим как к стыковым сварным швам прямой толщины, так и к стыковым швам переходной толщины.

Крупнозернистая микроструктура, наблюдаемая в электрошлаковых сварных швах, не влияла на распространение ультразвуковых волн до такой степени, что она влияла на обнаруживаемость имплантированных дефектов.

Два ключевых преимущества являются результатом использования технологии полного матричного захвата и полной фокусировки. Первое — это более качественное обнаружение и определение характеристик сварных дефектов, позволяющее получить изображение, которое более полно отражает реальную форму дефекта, чем то, что можно было визуализировать с помощью предыдущих ультразвуковых испытаний.Второй — это лучший размер дефекта, поддерживающий более продвинутый инженерный анализ для оценки необходимости ремонта дефекта, что особенно применимо к проверкам мостов в процессе эксплуатации, когда требуются дорогостоящие решения по ремонту.

Пенсильвания DOT Perspective

В 2017 году Департамент транспорта Пенсильвании (PennDOT) закупил прибор PAUT. На сегодняшний день основной задачей агентства является определение возможности замены рентгенографии на PAUT путем проведения многочисленных оценок возможностей и ограничений.PennDOT стремится потенциально заменить текущую практику испытаний сварных швов с полным проплавлением в производственных условиях.

«Анализ результатов с текущими стандартами качества изготовления показал, что данные [показали] многообещающее сравнение с рентгенографическим методом, применяемым сегодня, с точки зрения длины и обнаружения, — говорит Николас Шраудер, инженер-строитель из PennDOT. «Хотя понятно, что мы никогда не получим истинного однозначного сравнения, преимущества оценки перехода от радиографического к ультразвуковому контролю сварных стыков включают устранение потенциальных радиационных опасностей, способность лучше обнаруживать типы дефектов, которые считаются более критическими, и удержание изображения для постоянной записи, как и при рентгенографии.«

«Метод полного матричного захвата / полной фокусировки — это, без сомнения, следующее поколение PAUT для более точного определения размеров и характеристик неоднородностей», — говорит Шраудер. «PennDOT внимательно следит за развитием технологии».

PennDOT оценивает пилотный проект, который будет запущен в 2021 году, по оценке еще одной передовой технологической функции PAUT для анализа данных с помощью доступного на рынке программного обеспечения с использованием передовых алгоритмов для интерпретации и отчетности.

Перспектива USACE

The U.Инженерный корпус армии США (USACE) отвечает за техническое обслуживание и эксплуатацию тысяч стальных мостов и стальных гидротехнических сооружений. Конструкции представляют собой стальные ворота, используемые для обслуживания судоходных бассейнов, управления шлюзами и обслуживания резервуаров для управления рисками наводнений и эксплуатации гидроэнергетики. Обслуживание этих активов становится все более сложной задачей, учитывая сокращение операционных бюджетов и возрастающий возраст инфраструктуры. Разрушения конструкции могут привести к гибели людей, а также к негативным экономическим последствиям.USACE постоянно ищет методы и инструменты для продления срока службы этих конструкций при сохранении безопасности и работоспособности.

Один из подходов заключается в оценке пригодности конструкции к эксплуатации, которая определяется как способность продемонстрировать структурную целостность находящегося в эксплуатации компонента, содержащего дефект или повреждение. Для сварных стальных конструкций это означает обнаружение и количественную оценку дефектов и оценку приемлемости с помощью применения механики разрушения.

«Ультразвуковой контроль — полезный инструмент для определения размеров или количественной оценки встроенных дефектов и степени поверхностных дефектов», — говорит Филип Соузер, инженер-конструктор из USACE.«Традиционно использовалось однозондовое ультразвуковое эхо-импульсное тестирование, которое давало приемлемые результаты при использовании высококвалифицированными операторами. Задача заключалась в поиске и закупке операторов с таким уровнем квалификации».

Недавно USACE исследовал более совершенные методы тестирования, включая PAUT и времяпролетную дифракцию. Первоначальные исследования PAUT показали широкий разброс результатов: одни измерения находятся в пределах менее 1 процента от фактического размера, а другие на 300 процентов больше, чем фактический размер. Эти исследования показали, что наибольшая точность часто достигается при сканировании обеих сторон элемента с обеих сторон сварного шва, выполнении нескольких смещений сканирования с каждой стороны и каждой стороны и растрировании для максимального возврата сигнала.

«Доступ для такого объема сканирования не всегда возможен, и поэтому результаты не могут быть оптимизированы», — говорит Саузер. «Времяпролетные дифракционные исследования показали хорошие результаты, за исключением участков вблизи поверхности сканирования, где обнаруживаемость менее надежна и где геометрия элемента конфликтует с оборудованием для времяпролетного дифракционного сканирования».

USACE в настоящее время проводит исследования передовых методов ультразвукового контроля, PAUT, времяпролетной дифракции, метода полной фокусировки и полного матричного захвата, чтобы оценить эти системы для обнаружения и определения размеров дефектов в сварных стальных соединениях.На первом этапе оцениваются возможности оборудования, чтобы определить, что можно надежно обнаружить с помощью ультразвукового контроля.

Одним из результатов этого этапа будет руководство по разработке процедур испытаний для оптимизации возможностей оборудования и определения пределов того, что может быть надежно обнаружено и определено с помощью этих методов. На втором этапе будет оцениваться надежность операторов путем проведения циклических испытаний дефектных образцов. Результатом этого этапа будет разработка требований к квалификации оператора, таких как процедуры аттестации рабочих характеристик или другие средства, повышающие надежность результатов.Общий результат исследования будет заключаться в количественной оценке надежности системы, оборудования и оператора и ее включении в процесс оценки пригодности к эксплуатации.

Перспектива изготовителя мостов

PAUT предлагает значительные преимущества при контроле сварных швов. По сравнению с рентгенографическим тестированием, он гораздо менее разрушителен в магазине, намного безопаснее и лучше при обнаружении дефектов, потому что PAUT предоставляет информацию о глубине дефекта, чего не делает рентгенографический тест.Кроме того, он обеспечивает контроль под широким диапазоном углов, улучшая обнаружение плоских неоднородностей, а при обнаружении дефектов обеспечивает более точное местонахождение дефекта. По сравнению с ультразвуковым тестированием, PAUT обычно занимает больше времени в использовании, но он менее чувствителен к оператору и при кодировании дает преимущество в виде постоянной записи данных, которые можно повторно исследовать или проверить в любое время.

«Каждый из трех волюметрических методов в D1.5 имеет некоторое преимущество перед другими, но в целом PAUT предлагает наилучшую общую проверку качества», — говорит Рональд Медлок, вице-президент по техническим услугам компании производитель стали. «Учитывая это и повышенную безопасность, PAUT представляет собой логичную и превосходную замену радиографическому контролю в цехе изготовления стальных мостов».

Будущее передовых методологий

Все основные производители оборудования PAUT имеют системы, способные осуществлять полный матричный захват и метод полной фокусировки, либо уже на рынке, либо в процессе разработки для маркетинга.То, что все основные производители используют эту относительно новую систему, является убедительным показателем того, что эти методы являются новым направлением ультразвукового контроля и параллельны тому, как PAUT был разработан и реализован. Еще 5 или 10 лет назад только несколько крупных производителей оборудования для неразрушающего контроля продавали оборудование PAUT. Сегодня более 10 крупных производителей продают системы PAUT. FHWA ожидает, что метод полного захвата матрицы и метод полной фокусировки пойдут по тому же пути. Фактически, возможности систем полного матричного захвата и полной фокусировки появились намного быстрее, чем PAUT, по крайней мере, пять основных поставщиков уже предоставили оборудование.

FHWA Future Work

Исследовательские планы

FHWA включают изготовление дополнительных образцов сварных швов, чтобы исследователи могли использовать более полный испытательный стенд для типичных типов дефектов, конфигураций соединений и толщины листов. Новые типы дефектов образцов будут определены после получения дополнительных сведений от владельцев мостов, изготовителей и других заинтересованных сторон отрасли. Ожидаемые дефекты сварного шва включают продольные трещины, поперечные трещины, связанные с водородом, неполное плавление, неполное проплавление, шлак и пористость.Вертикальные оплавленные поверхности при электрошлаковой сварке с узким зазором и электрогазовой сварке требуют специального ручного ультразвукового сканирования, когда на границе плавления металла шва и основного металла отмечается разрыв. Возможность использования методов PAUT для выполнения этих исторических ручных сканирований типа «шаг-ловушка» должна быть разработана и оценена как потенциальное требование к приложению AWS D1.5.

FHWA также проведет оценку передового программного обеспечения ультразвукового моделирования дефектов, чтобы дополнить данные ультразвуковой проверки.С помощью моделирования можно моделировать и оценивать ультразвуковой отклик от дефектов различного типа, размера, длины и ориентации в соответствии с критериями AWS D1.5. Использование моделирования должно ограничить количество дополнительных образцов сварных швов, которые необходимо изготовить и проверить. Будет изготовлен небольшой набор реальных имплантированных дефектов, который будет использоваться для физической проверки моделирования и обеспечения дополнительной уверенности в результатах моделирования.

FHWA также оценивает полный матричный захват PAUT, дифракцию времени пролета, двумерные массивы PAUT и другие передовые методы ультразвукового контроля, чтобы оценить потенциальные улучшения в обнаружении дефектов и определении размеров дефектов.Текущие критерии ручной ультразвуковой приемки AWS D1.5 требуют использования методов, основанных на движении датчика, для выявления дефектов со значительной высотой сквозного прохождения сквозь стенку. Использование передовых методов поддержит возможное добавление поддающегося количественной оценке критерия приемлемости для этого состояния. AWS рассматривает возможность принятия новых критериев приемки, в которых используется высота сквозного дефекта, поскольку в отрасли наблюдается общая тенденция к большей пригодности для обслуживания к критериям ультразвуковой приемки вместо традиционных критериев, основанных на амплитуде сигнала дефекта изготовления. .

Хода Азари — руководитель исследовательской программы NDE и лаборатории FAST NDE в Исследовательском центре шоссе Тернер-Фэйрбанк при FHWA. Она имеет докторскую степень. в области гражданского строительства Техасского университета в Эль-Пасо.

Рассел Кок — инженер-исследователь, работающий подрядчиком в лаборатории FAST NDE. Он имеет степень бакалавра наук. Имеет степень бакалавра машиностроения в Государственном университете Нью-Йорка в Буффало.

.