Рассмотрены вопросы теории и практики ультразвуковой дефектометрии на основе применения алгоритмов цифровой акустической голографии применительно к эксплуатации объектов повышенной опасности. Приведены особенности различных алгоритмов получения когерентного изображения, в том числе: проекции в спектральном пространстве, угловых спектров, эталонной голограммы и др. Достаточно подробно описана разработанная аппаратура серии Авгур и ее модификации применительно к различным объектам контроля. Показано, что информация о типе и размерах дефектов, получаемая при голографическом контроле, достаточна для оценки остаточного ресурса объекта. На основе результатов многочисленных металлографических исследований оценена погрешность измерения размеров дефектов, которая составляет 1,5мм. Приводится более чем 10 – летний опыт применения систем серии Авгур, прежде всего на объектах атомной энергетики; сформулированы признаки типов дефектов и алгоритмы автоматического определения их параметров. Разработаны методические основы голографического контроля широкого круга сварных соединений, которые позволили создать и аттестовать 13 специализированных методик. Представляет интерес системы для диагностики колесных пар железнодорожных вагонов использующие цифровую акустическую голографию, в которых применена специально разработанная программа определения остаточного ресурса. Описаны перспективные методы повышения разрешающей способности и качества изображений дефектов.
Предназначена для разработчиков и специалистов в области диагностики и эксплуатации объектов повышенной опасности, для центров подготовки специалистов в области неразрушающего контроля.
В России эксплуатируется большое количество промышленных потенциально опасных объектов в нефтехимическом производстве, энергетике и, в первую очередь атомной, в трубопроводном транспорте, оборонной технике и многих других отраслях промышленности. Случающиеся аварии приводят к человеческим жертвам, экологическим катастрофам, значительным материальным потерям. Для повышения эксплуатационной безопасности и снижения аварийности все больше внимание уделяется диагностике оборудования, которая позволяет на ранних стадиях проводить оценку их работоспособности, предупреждать возникновение аварийных ситуаций и, по возможности, продлевать сроки эксплуатации объектов. За рубежом выпускают и предлагают к продаже большой ассортимент диагностических приборов, позволяющих решать многие задачи диагностики. Однако они достаточно дороги, как правило, не адаптированы к Российскому рынку, не снабжены методиками применения к различным объектам, не позволяют создать комплексную технологию, включающую применение нескольких методов и приборов и дающих максимально объективную и полную информацию об объекте. В настоящей работе анализируется комплексная технология диагностирования широкого круга потенциально опасных объектов, обеспечивающая их безопасную эксплуатацию даже при исчерпании ими ресурса путем применения новых и совершенствования известных методов и приборов неразрушающей оценки технического состояния объекта.
Рассмотрена задача получения изображения дефектов по эхосигналам, многократно отражённым от границ объекта контроля. Рассмотрена модификация алгоритма ПСП и SAFT для получения изображения дефектов в объекте контроля с плоскопараллельными границами. Указана причина, по которой преобразователем, работающим на поперечных волнах в совмещённом режиме, невозможно получить информацию о глубине залегания дефекта. Показано, что регистрация сигналов в режиме двойного сканирования, получение множества парциальных изображений методом SAFT и их объединение в итоговое изображение позволяет решить эту задачу. Для получения объединённого изображения применялось сложение модулей парциальных изображений, расчёт их медианы. Из-за проблем с точностью определения скорости звука и толщины конкретного объекта контроля, когерентное сложение потенциально самый эффективный из рассмотренных выше способов объединения, не позволило получить высококачественное изображение. Приведены результаты численного моделирования получения изображения точечных дефектов. Представлены результаты модельных экспериментов по получению изображения паза высотой 1 мм в металлической плите толщиной 20 мм. Показано, что измерение эхосигналов в режиме двойного сканирования и получение изображения методом DS-M-SAFT позволяет определить глубину залегания дефекта.
Рассмотрены общие принципы формирования томографических изображений, которые формируются системами с когерентной обработкой данных; проанализированы их характерные особенности. Показано, что оценка реальных параметров дефектов по их акустическим изображениям состоит из нескольких этапов: выделение в трехмерном изображении внутреннего объема контролируемого объекта элементов изображения, принадлежащих несплошности, определении типа выявленной несплошности, измерения параметров несплошности: ее длины, профиля (высоты в различных сечениях по длине), локализации. Подробно проанализированы отдельные этапы оценки параметров дефектов и сформулирован ряд общих признаков, которые используются при выполнении этих этапов. Приведены таблицы, характеризующие особенности акустических изображений для различных типов дефектов. Таблицы проиллюстрированы типичными изображениями различных типов дефектов в сварных швах трубопроводов различных диаметров. Анализируются причины слабого влияния амплитуды изображений дефектов для определения их типа и реальных параметров.
Рассмотрена обобщенная последовательность действий при автоматизированном ультразвуковом контроле сварных соединений с измерение размеров дефекта используя систему АВГУР. Описаны основные особенности каждого этапа контроля. Показано, что для эффективного применения режима измерений требуется выполнение калибровки акустических преобразователей, анализ неровностей поверхности, когерентная обработка данных и подробный анализ полученных изображений.
Рассмотрен алгоритм получения изображения дефектов методом двойного сканирования для использования в ультразвуковом неразрушающем контроле, когда излучатель и приемник движутся независимо друг от друга по прямым параллельным линиям. Представлена формула для восстановления изображения дефектов. Обсуждены преимущества метода двойного сканирования и его недостатки в сравнении с методом проекции в спектральном пространстве (ПСП), который также используется при когерентном восстановлении изображения дефектов. В численных и модельных экспериментах показана эффективность применения метода двойного сканирования для подавления паразитных изображений, сформированных трансформированными и перерассеянными импульсами. Продемонстрирована также устойчивость метода к искажениям, вносимым неровной поверхностью регистрации, и более высокая помехоустойчивость в сравнении с методом ПСП.
Рассмотрена возможность применения гомоморфной фильтрации ультразвуковых эхосигналов, как метода предварительной обработка данных, для улучшения качества изображений дефектов, полученных при когерентной обработке эхосигналов. Гомоморфная фильтрация позволяет уменьшить влияние мультипликативных помех таких, как изменение акустического контакта или неровная поверхность объекта контроля возникающих при регистрации данных. Получение изображений состоит из следующих этапов: расчета голограмм по измеренным эхосигналам, логарифмирования рассчитанных голограмм, нахождения спектра голограмм, операции проекции в спектральном пространстве и преобразования Фурье. Приведены результаты практического применения гомоморфной фильтрации при экспертной оценке размеров дефектов в аустенитных сварных швах трубопроводов из нержавеющей стали диаметром 325х15 мм2.
Рассмотрена комплексная технология контроля сварных соединений, позволяющая осуществлять анализ качества сварных швов через анализ влияния дефектов на прочность шва. Данная технология состоит из трех этапов. Первый этап: ручной или автоматизированный УЗК по стандартным методикам контроля с целью поиска дефектов. Второй этап: автоматизированный экспертный УЗК с помощью систем серии Авгур с целью определения типа и размеров дефектов. Третий этап: прочностной расчет ресурса работы сварного шва с учетом информации о параметрах дефектов и других характеристик, влияющих на ресурс. Кратко рассмотрены особенности систем серии Авгур, в которых используется когерентная обработка (типа FT-SAFT) данных зарегистрированного импульсного УЗ поля. Приведен пример изображения трещины в трубопроводе диаметром 890 мм. Отмечается, что использование систем с когерентной обработкой данных серии Авгур дает возможность осуществлять периодический контроль за сварными швами в процессе их эксплуатации. Приведен пример периодического наблюдения за дефектом в сварном шве трубопровода из нержавеющей стали диаметром 325 мм. Приведены результаты экспертного контроля сварных швов трубопроводов различного типа в атомной энергетике и контроля нефтепроводов. Показано, что применение вышеописанной технологии комплексной оценки состояния сварных швов позволяет существенно сократить объем необоснованного ремонта швов вследствие знания степени их опасности и, тем самым, сократить затраты на ремонт; повысить эксплуатационную надежность промышленных изделий за счет исключения наиболее опасных дефектов, пропускаемых при штатном контроле. Использование автоматизированных систем Авгур позволяет свести к минимуму недостатки, присущие ручному контролю, обеспечив 100% объем контроля, обеспечить документирование результатов; следить за дефектом, анализировать его развитие в процессе эксплуатации и планово готовить ремонт швов.
Приведены результаты анализа влияния практических параметров контроля (нестабильность акустического контакта, параметры ПЭП и др.) на качество изображения дефектов, погрешность и точность определения их параметров: координат залегания, высоты и длины дефектов. Различается погрешность определения параметров дефектов при первичном и повторном контроле. Показано, что при повторном контроле погрешность уменьшается. Приведены результаты сопоставления данных полученных при разрушающем контроле и при неразрушающем контроле аустенитных сварных швов трубопроводов из нержавеющей стали диаметром 325х 15 мм2.
Справочник предназначен для специалистов по УЗК, имеющих квалификацию не ниже второго уровня, разрабатывающих методики контроля и преобразователи. Основное внимание уделено физическим вопросам контроля. Из методов подробно рассмотрен эхометод, так как он находит наибольшее применение.Величины выражены в СИ. В пространственно-временных задачах применяются более удобные производные единицы: для времени – мкс, для частоты – МГц, для расстояний – мм.