25 января 2021
Учёт анизотропных свойств ремонтных заварок в трубопроводах Ду800

Введение

Практически любое сварное соединение нельзя рассматривать как однородную изотропную среду для контроля ультразвуковыми (УЗ) волнами. Если изменения фазы при распространении УЗ волны меньше 180 градусов, то среду можно рассматривать как изотропную и однородную. В противном случае, восстановление изображения отражателей по простым алгоритмам приведёт к смещению бликов отражателей от своих истинных положений, и форма бликов исказится. Причём искажения могут привести к тому, что вместо одного блика появится два или больше с меньшей амплитудой. В результате амплитуда блика большого отражателя может не дотянуть до браковочного уровня и дефект будет пропущен.

Один из таких объектов – ремонтные заварки в сварных соединениях трубопроводов Ду800, обладающие анизотропией. Ситуация осложняется наличием антикоррозионной наплавки на внутренней поверхности трубы, также обладающей ярко выраженными анизотропными свойствами, что не позволяет работать на однократно отражённом луче, без учёта её анизотропных свойств.

Образец ремонтной заварки в трубе Ду800

В образце трубопровода Ду800 толщиной 38 мм с аустенитной ремонтной заваркой было просверлено три боковых цилиндрических отверстия (БЦО) диаметром 2,2 мм, нумерованные выбитыми на поверхности образца цифрами 1, 2, 3 (Рис. 1). Антенная решётка (2.25 МГц, 20 элементов, размер пьезоэлемента 1,1×10 мм, зазор 0,1 мм) на призме 20 градусов перемещалась по поверхности образца поперёк сварного шва в 39 положениях с шагом 0,98 мм (режим тройного сканирования: совмещение электронного и механического сканирования). Область сканирования по передней грани призмы схематически показана на рисунке ниже стрелкой красного цвета.

1611560495_01230121.jpg

Рис. 1. Фотография образца трубопровода Ду800 с аустенитной ремонтной заваркой (вид с торца с тремя БЦО). Стрелкой красного цвета схематически показана апертура сканирования

1611560513_02230121.jpg

Рис. 2. Фотография образца трубопровода Ду800 с аустенитной ремонтной заваркой (вид с торца с двумя БЦО). Стрелкой красного цвета схематически показана апертура сканирования

Принцип определения анизотропии

 

В данных конкретных измерениях были известны типы отражателей и их расположение. Предполагается, что заварка обладает кубической симметрией, то есть для расчёта задержек эхосигналов, нужно определить только три упругих параметра. Это позволяет восстановить изображения отражателей при разных значениях коэффициента упругости и угла поворота кристаллических осей и выбрать те параметры, которые позволяют получить сфокусированное изображение.

В результате упомянутой процедуры коэффициенты упругости для кубической анзотрпии были определены как (2.602e+11, 1.299e+11, 9.408e+10) Па, а угол поворота кристаллических осей был определён как -15 градусов. Средняя скорость продольной и поперечной волны были равны 5.574 и 3.058 мм/мкс. На Рис. 3 показаны фазовые медленности и групповые скорости для определённых выше параметров анизотропии.

1611560516_03230121.jpg

Рис. 3. Фазовые медленности и групповые скорости для определённых параметров анизотропии

Изображение трёх БЦО

На Рис. 4а показано ЦФА-X-изображение восстановленное в предположении, что среда однородна, а Рис. 4б в предположении, что заварка обладает анизотропией определённой в разделе Принцип определения анизотропии. На изображение линиями чёрного цвета наброшены линии границ объекта контроля и БЦО. Блики границ БЦО на Рис. 4б стали более сфокусированными, и блик дна стал ровным. 

1611560510_04230121.jpg

Рис. 4. ЦФА-X-изображение, восстановленное в предположении, что: а) –  среда однородна, б) – заварка обладает анизотропией

Изображение двух БЦО

На Рис. 5а показано ЦФА-X-изображение восстановленное в предположении, что среда однородна, а Рис. 5б в предположении, что заварка обладает анизотропией. На изображение линиями чёрного цвета наброшены линии границ объекта контроля и БЦО. Блик границы нижнего БЦО на Рис. 5б более сфокусирован и его амплитуда выросла по сравнению с изображением на Рис. 5а. Блик дна стал лучше соответствовать дну образца.

1611560520_05230121.jpg

Рис. 5. ЦФА-X-изображение, восстановленное в предположении, что: а) –  среда однородна, б) – заварка обладает анизотропией

Выводы

Учесть неоднородность и анизотропию объекта контроля достаточно просто – проблема в том, чтобы на практике определить размеры заварки и параметры анизотропии: её тип, коэффициенты упругости и углы поворота кристаллических осей.

Эта задача может быть решена по эхосигналам, измеренным по раздельной схеме двумя антенными решётками, установленными с двух сторон относительно заварки. В «Дефектоскопию» была послана статья, посвящённая проблеме определения трёх коэффициентов упругости в сварном соединении.

Базулин Е.Г.