Рассмотрен метод определения неизвестной скорости распространения сдвиговых ультразвуковых волн и неизвестной толщины объекта контроля. Предлагается использовать две антенные решётки, работающие в режиме двойного сканирования, когда регистрируются эхосигналы, излучённые и принятые всеми парами элементов антенных решёток. Антенные решётки на призмах устанавливаются на поверхность объекта контроля по направлению «друг к другу». Разработан алгоритм обработки измеренных эхосигналов с использованием метода подобному методу наименьших квадратов. Использование алгоритма позволяет определить одновременно скорость звука и толщину объекта контроля с плоскопараллельными границами с точностью не менее чем 0.5%. В статье исследованы факторы, влияющие на точность измерений, предложены пути их устранения или минимизации. Приведены результаты численных экспериментов и результаты применения метода на трёх образцах со сравнением с результатами измерений прибором ИН-5101А.
Рассмотрены особенности формирования изображения отражателей при использовании технологии фазированных антенных решёток и изображений, полученных методом C-SAFT по эхосигналам, измеренным в режиме двойного сканирования. Показано, что в некоторых случаях изображения, полученные по технологии фазированных антенных решёток менее информативны. В то время как изображения, полученные методом C-SAFT, имеют более высокое фронтальное разрешение во всей области восстановления изображения, парциальные изображения, восстановленные при разных положениях антенной решётки можно когерентно складывать, что позволяет получить высокое и однородное разрешение во всём объеме толстостенных изделий и увеличить отношение сигнал/шум. Регистрация эхосигналов в режиме двойного сканирования и восстановление изображения отражателей методом C-SAFT для краткости будем называть цифровой фокусировкой антенной решёткой (ЦФА). Возможность по единожды измеренным эхосигналам восстанавливать парциальные изображения отражателей по многим акустическим схемам с последующим их объединением в одно высококачественное изображение, должна позволить надёжно автоматизировать процесс распознавания и образмеривания рассеивателей. Ещё одно достоинство изображений, полученных методом C-SAFT с трёхмерной фокусировкой, это возможность восстанавливать изображения в единой системе координат при использовании антенных решёток на призмах разной конфигурации. Это облегчает совместный анализ изображений. Скорости формирования изображений по технологии фазированных антенных решёток и изображений, полученных методом C-SAFT, соизмеримы. Если методика контроля основана на использовании нелинейных эффектов, то в этом случае ФАР-дефектоскопы имеют неоспоримое преимущество перед ЦФА-дефектоскопами. Но в рамках линейной акустики у ФАР-дефектоскопов нет принципиальных преимуществ перед ЦФА-дефектоскопами. Справедливее сказать, что у ФАР-дефектоскопов есть недостатки. В статье приведены изображения иллюстрирующие особенности изображений, полученных ФАР- и ЦФА-дефектоскопами.
Для контроля объектов из материалов с высоким уровнем структурного шума предлагается использовать прореженные антенные решетки, имеющие большую пространенную апертуру и состоящие из небольшого количества элементов расположенных на расстоянии друг от друга много больше, чем длина волны. Прореженная антенная решётка перемещается по поверхности объекта контроля, а эхосигналы регистрируются при излучении и приёме различными парами пьезопластин. Для каждой пары излучатель-приемник по измеренным эхосигналам методом SAFT восстанавливаются парциальные изображения, которые когерентно складываются для формирования итогового изображения. Разработана процедура калибровки каждой пьезопластины антенной решётки с целью определения координат её центра для эффективного когерентного сложения парциальных изображений. Процедура калибровки позволила снизить требования к точности размещения пьезопластин прореженной антенной решётки на призме. Использование технологии прореженных антенных решёток позволяет получать изображения дефектов в заварках с отношением сигнал/шум на 12 дБ большим, по сравнению с изображением, полученным по методике для одноэлементного преобразователя. В статье приведены результаты контроля образцов трубопроводов ДУ800 с ремонтной заваркой в сварном шве. Показана эффективность данного метода в сравнении с методом, использующим одноэлементный пьезоэлектрический преобразователь.
В статье рассмотрен модифицированный метод комбинированного SAFT (C-SAFT) для восстановления изображения отражателей, учитывающий многократное отражение импульса от границ стенки цилиндрического объекта контроля. Для проверки работоспособности предложенного алгоритма восстановлены изображения трещины по эхосигналам, рассчитанным в программе CIVA для моделирования распространения и рассеивания ультразвуковых импульсов. В модельном эксперименте показано, что учёт изменения фазы импульса при отражении от границ объекта контроля для разных углов падения поперечной волны в алгоритме восстановления изображения, повышает фронтальную разрешающую способность более чем в два раза. Учёт пяти отражений от границ объекта контроля позволил получить изображения отражателей методом M-C-SAFT по многим акустическим схемам. По полученным изображениям можно определить тип дефектов, их размеры и расположение по толщине стенки трубопровода диаметром 720 мм.
Рассматривается вопрос применения эластичного кремнийорганического полимера («акваполимер») в качестве иммерсионной среды для обеспечения стабильного акустического контакта между объектом контроля и пъезопреобразователем при автоматизированном ультразвуковом контроле объектов с неровной поверхностью. Применение «акваполимера» позволяет уменьшить расход воды при проведении ультразвукового контроля. Для восстановления изображения дефектов применяется модификация метода SAFT, учитывающая профиль поверхности объекта контроля, что позволяет повысить качество изображения. Предложен алгоритм получения информации о профиле поверхности объекта контроля и учёта этого профиля при восстановлении изображений дефектов методом SAFT. В модельных экспериментах получены изображения дефектов с учётом преломления лучей на неровной поверхности.
В статье рассмотрен трёхмерный вариант когерентного метода проекции в спектральном пространстве (ПСП) получения изображения отражателей по измеренным эхосигналам. Его применение позволяет восстанавливать изображения отражателей с высокой фронтальной разрешающей способностью, как в основной плоскости ультразвукового преобразователя, так и в дополнительной. Особенно эффективно применение метода ПСП в случае, когда отражатель находится далеко от приёмной апертуры. В этом случае удаётся повысить отношение сигнал/шум более чем на 12 дБ, а фронтальную разрешающую способ-ность иногда удаётся увеличить в десять раз в сравнении с двумерным послойным вариантом метода ПСП. Приведены примеры применения данного метода при восстановлении изображения отражателей в образце стенки химического реактора, при многократном отражении от стенок тройника сварного с накладкой (ТСН), при контроле шпилек большого диаметра и опор дивертора, изготовляемого в рамках работы по проекту термоядерного реактора (ИТЭР). Показана эффективность применения метода ПСП в трёхмерном варианте при контроле на больших глубинах.
В статье рассмотрен трёхмерный вариант когерентного метода проекции в спектральном пространстве (ПСП) получения изображения отражателей по измеренным эхосигналам. Его применение позволяет восстанавливать изображения отражателей с высокой фронтальной разрешающей способностью, как в основной плоскости ультразвукового преобразователя, так и в дополнительной. Особенно эффективно применение метода ПСП в случае, когда отражатель находится далеко от приёмной апертуры. В этом случае удаётся повысить отношение сигнал/шум более чем на 12 дБ, а фронтальную разрешающую способ-ность иногда удаётся увеличить в десять раз в сравнении с двумерным послойным вариантом метода ПСП. Приведены примеры применения данного метода при восстановлении изображения отражателей в образце стенки химического реактора, при многократном отражении от стенок тройника сварного с накладкой (ТСН), при контроле шпилек большого диаметра и опор дивертора, изготовляемого в рамках работы по проекту термоядерного реактора (ИТЭР). Показана эффективность применения метода ПСП в трёхмерном варианте при контроле на больших глубинах.
Проанализирована возможность применения различных типов волн, отражённых от неровных границ объекта контроля с учётом трансформации типа, для восстановления формы несплошности при излучении и приёме ультразвуковых волн антенными решётками. Многочисленные модельные эксперименты продемонстрированы широкие возможности рассматриваемого подхода для определения типа отражателя и измерения его размеров.
Обосновывается возможность определения диаграммы направленности контактных пьезоэлектрических преобразователей на стандартном образце СО-3 при регистрации поля, отраженного от вогнутой цилиндрической поверхности образца. Показаны преимущества в сравнении с использованием стандартного образца СО-2. Приведены численные и модельные результаты расчета диаграмм направленности. При переходе к сферической симметрии становится возможным определение любого сечения трехмерной диаграммы направленности.
Предложена модификация метода SAFT для получения изображения дефектов в объектах контроля с тремя областями с разными скоростями звука. К таким объектам относятся сложные композитные сварные соединения, ремонтные заварки. В них скорость звука в сварном соединении может отличаться более чем на 5% от скорости в основном металле. Поэтому для получения качественного изображения дефектов нужно учитывать разные скорости звука. Для решения задачи предложен способ описания объекта контроля с тремя областями с разной скоростью звука. Расчёт задержек распространения ультразвукового импульса проводится с помощью принципа Ферма. Приведены результаты восстановления изображения дефектов в сварном соединении Ду300 по эхосигналам, полученным в результате численного моделирования методом конечных элементов. Изображения, полученные методом SAFT без учёта разных скоростей звука, смещаются от своего истинного положения, что не позволяет определить их координаты и местоположение. Учёт разных скоростей звука позволяет получать несмещённые блики изображений дефектов и, следовательно, точнее оценить тип и размеры дефектов.