Архив

Tag Archives: ndt

Формулировка задачи:

По ЦФА или ФАР изображению вертикально ориентированной трещины сложно доказать, что два блика соответствуют краям трещины, а не двум точечным отражателям. Идея уточнения типа дефекта — по аналогии с методом TOFD – анализировать фазы бликов изображения.
Выполнять такой анализ вручную затруднительно, что показано на рисунке ниже.
Функция измерения разницы бликов в программе АВГУР-Анализ
В программное обеспечение АВГУР-Анализ включен алгоритм, который при выборе оператором двух индикаций вычисляет среднюю разницу фазы в зоне максимумов бликов и выдает эту разницу.
Пример измерения разницы фазы у верхнего и нижнего края модели трещины, разница фазы близка к 180°:
Функция измерения разницы бликов в программе АВГУР-Анализ
Пример измерения разницы фазы у двух объемных дефктов, разница фазы близка к 0°:
Функция измерения разницы бликов в программе АВГУР-Анализ
Этот инструмент можно использовать как вспомогательный при определении типа выявленного дефекта.
Реклама

В журнале Точка Опоры опубликована заметка о наших сканирующих устройствах.

СКАНЕРЫ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

Если мозгом системы автоматизированного ультразвукового контроля является многоканальный ультразвуковой дефектоскоп и его программное обеспечение, органами чувств – ультразвуковые датчики, то её телом является универсальное или специализированное сканирующее устройство.
ООО «НПЦ «ЭХО+» занимается разработками систем автоматизированного и механизированного ультразвукового контроля с 1990 года, и за это время «зверинец» сканеров, выпускаемых компанией, пополнился множеством различных устройств.

О некоторых из них нашему изданию рассказал заместитель коммерческого директора ООО «НПЦ «ЭХО+», к.т.н. Базулин Андрей


scanners

Все сканирующие устройства, предлагаемые «НПЦ «ЭХО+», в первую очередь решают две главные задачи для ультразвукового контроля, лежащие в основе автоматизации всего процесса, – замена ручного перемещения преобразователей механическимсканированиеми и обеспечение записи эхо-сигналов на пространственной сетке, привязанной к системе координат объекта контроля.

Между собой эти устройства отличаются разными параметрами, в том числе, размером. Так, самые маленькие сканеры – это просто ручные датчики положения, к которым можно прикрепить один ультразвуковой датчик и провести контроль вручную там, где сканер большего размера не пролезет.
Сканеры «Мышь» на магнитных колёсах резво бегают по трубе и несут один или два преобразователя. Есть ручной и моторизованный варианты. Особенность этого сканера – компактность, его ширина – всего 100 мм.
Старшим братом «Мыши» стал сканер «Кот» с увеличенной колёсной базой и более мощным двигателем. Затем появился ещё более мощный сканер
«Паук». Эти сканеры потрудились при ультразвуковом контроле основного металла и сварных соединений магистральных и технологических трубопрово- дов. Они могут нести до шести пар ультразвуковых преобразователей, видеока- меры и лазерные профилометры.

Сканер «ШОДС» (названный так в честь разработчиков его концепции) сделан на основе пружины, охватывающей трубу. Он предназначен для контроля труб из перлитных и аустенитных материалов диаметром 57 – 426 мм там, где совсем нет места, их высота вместе со специализированной фазированной решёткой всего 15 мм.

Ручной сканер «Хамелеон» назван так, потому что легко трансформируется в вариант для контроля двумя фазированными решётками или четырьмя датчиками TOFD; или одновременно и фазированными решётками, и TOFD; а при замене направляющей начинает работать как сканер для сплошной толщинометрии. При перестройке колёс он может сканировать как по кольцевым, так и по продольным швам.
Для контроля сварных швов роторов турбин в узком зазоре появился высокий и длинный двухкоординатный сканер «Конь». У него такой чувствительный дат- чик положения, что его приходится специально сдерживать, чтобы «не сводить с ума» дефектоскоп.

Для контроля изделий из аустенитных материалов разработаны трековые сканеры «СК.159-426». На АЭС типа РБМК-1000 такими сканерами уже проконтролированы десятки тысяч швов. Один из сканеров – двухкоординатный
«Сканер патрубков» – полюбился нашим коллегам из Финляндии и сейчас с его помощью проводится контроль патрубков реактора ВВЭР-440.
Для высокопроизводительного ультразвукового контроля магистральных газопроводов в составе системы АВГУР-ТФ семейство сканеров пополнилось «Слоном», который обеспечивает перемещение трёх пар датчиков и лазерного профилометра вокруг трубы диаметром 1440 мм за полторы минуты,  при обеспечении погрешности установки датчика ±1 мм. Сканер устанавливается на такой же бандаж, как и системы автоматической сварки.

Всё это многообразие сканеров призвано облегчить ручной труд дефектоскописта, обеспечить 100-процентную запись данных ультразвукового контроля, привязанных к текущей координате вдоль и поперёк сварного соединения, а в конечном итоге – обеспечить безопасную эксплуатацию промышленных объектов. Сканеры совместимы со всеми основными типами дефектоскопов на фазированных рещетках. Подробнее ознакомиться с техническими характеристиками всех «обитателей» этого «зоопарка» все заинтересованные смогут, пройдя по указанному ниже адресу на сайт «НПЦ «ЭХО+» в разделе «Промышленные сканеры».

 

Прочитал поучительную историю про автоматизированный ультразвук и главного сварщика Толю – хорошую и поучительную.

Спойлер ниже:

Влияние сварки на результаты контроля, конечно, возможно. Другой вопрос что такие помехи никак не могут быть синфазны с импульсом возбуждения, а значит, должны как минимум, устраняться простым усреднением. А в системах с голографической, когерентной обработкой данных, таких как система АВГУР, эти помехи просто не будут складываться в фазе и, хотя и будут маячить на исходных А-сканах, но почти не помешают анализу готового изображения.

Мы же в свое время (в 2004-2005 г) столкнулись с другой проблемой: при контроле ПЭП на поперечных волнах углом ввода 60 градусов сварных швов главного циркуляционного трубопровода мы периодически видели на В-сканах (скан поперек сварного шва) сигналы очень похожие на дефекты, причем видимые при сканировании по достаточно большой апертуре. Амплитуда сигналов была довольно приличная.

Однако при обработке данных эти сигналы не фокусировались в изображение внутри сварного шва, что заставило нас заподозрить что это сигнал связан с какой-то помехой.

Расследование показало, что, по всей видимости, сигнал связан с тем, что на неровной поверхности, образующейся при удалении валика усиления, каким-то образом возникает поверхностная (релеевская) волна, которая, несмотря на наличие контактной жидкости на поверхности умудряется от чего-то отразиться. Одной из причин появления поверхностной волны может быть также то обстоятельство для для применения в системах с голографической обработкой применялись ПЭП с широкой диаграммной направленности, в которой мог возникнуть угол соответствующий релеевской волне.  Как отличить помеховый сигнал от реального сигнала от дефекта видна на рисунке ниже.

Screen Shot 2018-12-25 at 22.55.13.png

Для поверхностной волны зависимость времени прихода эхосигнала от положения ПЭП будет линейной, поскольку релеевская волна распространяется по поверхности, а вот для объемной волны,  с фронтом распространяющимся под углом зависимость представляет собой часть параболы.

Внимательный анализ данных позволил не допустить перебраковки сварных соединений. О том, как найти сварной шов, у которого удален валик усиления еще на заводе будет отдельная история.

 

 

 

 

 

 

 

 

Мне посчастливилось быть соавтором Анатолия Константиновича Гурвича, признанного гуру ультразвукового контроля.

EA7800AA-5BBC-4F58-A1B7-E61BA7328844

Все началось на выставке NDT Russia 2008, на которой мы показывали нашу разработку “Система автоматизированной калибровки пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4”. Особенность этой системы состоит в том, что, выполнив единственное сканирование по поверхности полуцилиндрического или полусферического образца, система выполняет расчет  более чем десятка параметров пьезоэлектрического преобразователя, в том числе и угол ввода. В то время как применение обычной ручной методики измерения параметров требует применения нескольких образцов, приборов, занимает время и накладывает отпечаток субъективности оператора.

Анатолия Константиновича заинтересовала наша работа и он спросил меня — кто автор этой разработки. Без ложной скромности я сознался, что руководил проектом я.

“В таком случае, посвящаю вас в кандидаты в кандидаты” — сказал Анатолий Константинович в свойственной ему манере смеси иронии и серьезности. Я принял вызов и в 2010 году защитил кандидатскую диссертацию в ЦНИИТМАШ.

В 2011 году Анатолий Константинович предложил подготовить совместную статью “Сегодня двойка… завтра патент”, в которой он изложил анекдот о том, как на экзамене один персонаж плавал в понимании ультразвукового контроля и по ошибке сказал, что угол ввода измеряется на полуцилиндрическом образце СО-3, а не на отверстии с боковым сверлением в образце СО-2 и был отправлен домой с незданным экзаменом. А я в своей части статьи объяснил — каким образом все-таки можно угол ввода измерять на полуцилиндрическом образце. Метод действительно был запатентован.

К сожалению Анатолия Константиновича больше нет с нами, но я благодарен ему за то воодушевление, которое он придал мне своим благословением на написание кандидатской работы.

 

При измерении толщины сосудов с номинальной толщиной стенки 30 мм были получены результаты систематически отличающиеся в меньшую сторону от номинального значения на 1.5 мм.

Измерения проводились с применением фазированных решеток и плоско-параллельной задержки из оргстекла.

Результаты отличались от измеренных традиционным толщиномером, который показывал толщину порядка 30 мм. В попытке объяснить разницу в показаниях пытались сравнить способ настройки измерения сигнала в стробе, разницей в свойствах металла образца и измеряемого сосуда.

Но решение пришло лишь когда обратили внимание, что ультразвук вводился через задержку из оргстекла толщиной 35 мм, а контроль проводился при минусовых температурах.

Если посмотреть на график температурной зависимости скорости звука в оргстекле, то видно, что при изменении температуры от +20 до -5 градусов скорость звука в оргстекле (синий график) увеличивается с 2,7 до 2,75 мм/мкс, то есть примерно на 2%. Казалось бы, что и погрешность измерения толщины тоже составит 2%, то есть относительно незначительные 0.6 мм.

 

Screen Shot 2018-12-20 at 22.27.08

Рисунок из статьи.

Однако расчет показывает следующее:

При толщине задержки 35 мм разница во времени пробега в задержке составляет всего 35/2,7 — 35/2,75 = 0,23 мкс.

Учитывая, что при скорости звука продольной волны в стали 5,9 мм/мкс, время пробега в пластине толщиной 30 мм в составит 30/5.9 = 5,08 мкс, а при измерении толщины с неправильной настройкой скорости звука в призме прибор даст ошибку порядка 0.23 * 5.9  = 1,4  мм.

К счастью, данная ошибка была вовремя обнаружена и еще раз подтверждено требование ряда стандартов о том, что настройка по стандартному образцу и контроль должны проводиться при температурах, отличающихся не более чем на 10-15 градусов.

 

 

 

В ООО «НПЦ «ЭХО+» проведены испытания дефектоскопов с фазированными решетками для контроля сварных соединений мостовых металлоконструкций.

1. Применялись дефектоскопы Геккон и АВГУР-АРТ на стыковых, тавровых сварных соединениях и сварных соедиинениях контактной сварки упоров Нельсона.

2. Применение фазированных решеток в режиме цифровой фокусировки антенных в сочетании со сканирующими устройствами позволило выявить дефекты на требуемом уровне чувствительности, обеспечить 100% запись данных.

3. В образце таврового сварного соединения на фоне конструктивного непровара выявлены модели дефектов в виде боковых, плоскодонных отверстий на границах сплавления и в наплавленно металле.

 

Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций

Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций

 

4. В стыковых сварных соединениях толщиной 14 мм, полученных автоматической сваркой (разделка С-21)  выявлены искусственные дефекты, имитирующие напровары по кромкам, в корне, подрезы. При контроле выявлены также непровары и провисания корня. Показано, что предпочтительно использование двух  фазированных решеток типа IM5M32E1P (частота 5 МГц, 32 элемента, шаг между элементами 1 мм).

Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций
Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций
Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций
Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций

5. При контроле сварных соединений упоров Нельсона показана возможности выявления дефектов в зоне контактной сварке при вводе ультразвука со стороны «пальца». В случае невозможности устранить неровности на контактной поверхности «пятака» возможно применение гибкого акваполимера, облегающего поверхность.

 

Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций
Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций
Ультразвуковой контроль сварных соединений мостовых металлоконструкций

6. В результате проведенных измерений сделаны выводы о пригодности средств контроля с применением фазированных решеток (в том числе работающих в режиме цифровой фокусировки антенны, ЦФА, TFM) для ультразвукового контроля сварных соединений мостовых металлоконструкций при производстве и в процессе эксплуатации.

 


 

В журнале «В мире НК» вышла статья Тейера Питера: «Неизбежность четвертой промышленной революции и роль НК и мониторинга». Статья переведена и перепечатана из журнала  Insignt за сентябрь 2017 года.

В статье анализируются итоги прогнозов касательно тенденций развития технологий неразрушающего контроля, сделанные 5 лет назад (в целом сбываются) и сделаны прогнозы на 5, 10 и 20 лет.

Ряд положений мне не совсем понятен и не кажется пока реализуемым, а именно:

  • существенное сокращение применения разрушающего контроля за счет измерения механических свойств материала
  • полное оснащение автономными системами с дальностью работы 10-100 км
  • биологические датчики — это уже чем-то напоминает придуманный в шутку к юбилею ЭХО+ наноавгур

 

Однако ряд технологий или уже на грани внедрения или уже внедрен, в том числе в продукции нашей компании ООО «НПЦ «ЭХО+».

Применение роботизации, контроль объектов сложной формы и неконтролепригодных ранее

Мы занимаемся автоматизированным УЗК уже более 20 лет и разработали множество систем контроля, в основном для кольцевых и продольных сварных соединений. В системе АВГУР-ТФ, прошедшей аттестацию в Газпроме реализован также и метод автоматизированного визуального контроля, когда с применением лазерного профилометра строится профиль сварного шва и выполняется оценка качества, а также вырабатывается вспомогательная информация для оператора ультразвукового контроля.

Тут есть еще куда стремиться, учитвая наличие не слишком дорогих манипуляторов, типа Kuka, которые можно подружить с дефектоскопом и научить водить датчиком по сложной траектории сложного объекта контроля. Мы находимся в поиске клиентов, которым требуется решение подобных задач.

maxresdefault.jpg

Что касается неконтролепригодных объектов, то мы их любим и решаем уникальные задачи, такие как контроль неоднородных сварных соединений, в которых при эксплуатации обнаруживаются трещины, контроль сварных соединений большой толщины в условиях ограниченного доступа с высочайшим (порядка 1 мм) разрешением на глубинах более 150 мм.

Применение искусственного интеллекта

Уже сейчас реализован сервис по расшифровке медицинских радиографических снимков, в ближайшее время подобный серсис появится и для снимков радиографического контроля. Пока речь не идет о том, чтобы полностью заменить оператора, однако для аудита за выполнением работ этот инструмент очень полезен.

Мы в ЭХО+ еще в начале 2000-х годов начали применять нейросети для анализа данных ультразвукового контроля, однако пошли по несколько иному пути. Теперь, чтобы встретить вызовы времени мы возобновляем работы, связанные с применением искусственного интеллекта к анализу данных УЗК и наиболее подходящими данными для анализа представляются данные TOFD. В сущности это двумерные растровые изображения, что облегчает работу с ними в отличии от трехмерных изображений, получаемых в режимах фазированной решетки и акустической голографии. Есть основание полагать, что нейросети позволят решить задачу выявления и классификации различных дефектов сварных швов.

TOF2-e1423006777737.jpg

Автоматическая адаптация к свойствам объекта контроля

Данная серия алгоритмов позволяет например:

  • учитывать форму наружной (измеренной лазером) и внутренней (измеренной ультразвуком)  поверхности в зоне сварного шва с тем, чтобы точно сфокусировать пучок ультразвука на требуемой глубине по требуемой траектории для выявления дефекта и определения его типа
  • учитывать анизотропию сварного шва для обеспечения фокусировки по всему сечения аустенитного сварного шва
  • На подходе алгоритм, который позволяет выявлять аномалии в виде областей со скоростью звука, отличающейся от номинальной на 1-2%.

Изображение в заварке.jpg

Усложнение расчетных моделей

С развитием вычислительной техники намного легче стало реализовывать алгоритмы моделирования распространения упругих волн в твердых телах и рассчитывать поля и отклики от различных дефектов. Мы пользуемся как коммерческим программным обеспечением Civa, так и самописными программами с расчетами в приближении геометрической оптики и методом конечных элементов. Эти расчеты помогают при разработке и аттестации методик, при разъяснении непонятных данных контроля и в сочетании с применением искусственного интеллекта подталкивают к совершенствованию технологии контроля, сокращают рутинную экспериментальную работу.

Беспроводное управление и интернет вещей

Уже сейчас это становится стандартом — управление дефектоскопами и толщиномерами по WiFi и Bluetooth. Наши современные модели дефектоскопов в составе автоматизированных систем также имеют управление по WiFi.

Мониторинг всего цикла производства и жизни объекта

Еще с 2004 года программное обеспечение АВГУР построено на использовании баз данных, что обеспечивает мониторинг всех данных, попавших в эту базу, с привязкой объектов контроля по дате, географической координате, условиям контроля, динамике числа и размера дефектов.

В случае необходимости эта информация может быть передана в автоматизированную систему управления жизненным циклом завода, АЭС, компрессорной станции или иного объекта, на котором проводился контроль.

1

 

Что бы еще хотелось попробовать

  • Расширить область применения роботизированных систем и увеличить число методов контроля — добавить к АУЗК и АВИК еще контроль методом ЭМА, телевизионный контроль
  • Контроль изделий, выполненных по аддитивным технологиям, тут, вероятно целесообразно будет применять вихретоковый контроль, автоматизированный визуальный контроль.
  • Работа с умными датчиками, постоянно установленными на объектах контроля.