Автоматизированный УЗК аустенитных сварных швов малой толщины (до 10 - 15 мм), как правило, осуществляется сдвиговыми волнами на повышенных частотах 4 - 5 МГц, при этом достигаемая чувствительность обычно в 2 - 3 раза хуже, чем при контроле сварных соединений перлитных сталей. При контроле сварных соединений большей толщины (более 15 - 20 мм) широко используются продольные волны, причем для реализации метода контроля продольными волнами применяются наклонные раздельно-совмещенные ПЭП с фокусировкой луча на определенную зону по толщине. Контроль проводится послойно с использованием нескольких ПЭП. Расшифровка результатов УЗК затруднена присутствием сигналов поперечных волн (ПЭП одновременно с продольными волнами излучают и принимают сдвиговые волны). Кроме того, при контроле продольными волнами плохо выявляются поверхностные и подповерхностные плоскостные дефекты (трещины, непровары).
В НПЦ «Эхо+» для контроля аустенитных сварных соединений в диапазоне толщин от 5 до 60 мм используются лишенные вышеперечисленных недостатков двухчастотные и двухмодовые способы УЗК. В настоящее время производятся следующие типы автоматизированных установок:
- для высокоскоростного контроля (серия «Авгур 5.2»);
- для экспертного голографического контроля соединений с возможностью измерения реальных размеров дефектов в сечении шва (серия «Авгур 4.2»);
- специализированные роботизированные установки «Авгур-ИТЭР» по международной программе создания термоядерного реактора.
Каждая из установок состоит из системного блока на базе промышленного компьютера, сканера, пьезоэлектрических пьезопреобразователей, выносного блока и соответствующего программного обеспечения (ПО). Установки комплектуются устройствами подачи контактной жидкости под ПЭП.
Установки серии «Авгур 5.2 Ш» (рис. 1 а) позволяют проводить УЗК аустенитных сварных со скоростью = 1 м/мин, что достигается за счет отказа от поперечного сканирования. Прозвучивание соединения производится с помощью четырех пар двухмодовых ПЭП (максимальное число каналов - 16), расположенных симметрично относительно оси сварного шва на разных расстояниях (одна пара ПЭП используется для контроля на поперечные дефекты). Имеется возможность изменять расстояния между ПЭП и осью сварного соединения. Углы раскрытия диаграмм направленности на уровне 0,8 составляют для сдвиговых и продольных волн приблизительно 12° и 24° соответственно. Послойный контроль и широкие диаграммы направленности обеспечивают неравномерность чувствительности по толщине шва не более чем 2 - 3 дБ.
Для каждого двухмодового ПЭП производится сложение D-изображений, полученных на сдвиговых и продольных волнах по алгоритму «сложение с отсечкой», что повышает помехоустойчивость контроля примерно на 6 дБ. Кроме того, производится сложение отдельных слоев, так что в процессе контроля на дисплее наблюдаются объединенные D-изображения всего поперечного сечения сварного соединения (рис. 1 б). ПО системы «Авгур 5.2» позволяет производить измерение параметров дефектов: координат, амплитуды (эквивалентной площади), условной протяженности, глубины, а также количества дефектов на заданной длине шва согласно выбранной методике. Система позволяет автоматически сформировать заключение о качестве проконтролированного шва. Особенность системы - автоматическое создание базы данных с привязкой их к предприятию, объекту и дате выполнения контроля, то есть имеется полная информация, как об объекте контроля, так и о ПЭП, аппаратуре, сканере, конкретных параметрах контроля, а также об исполнителях контроля. ПО системы позволяет реализовывать различные схемы включения: совмещенную, раздельную, раздельно-совмещенную, что существенно расширяет возможности системы.
Установки серии «Авгур 4.2» (рис. 2) принципиально отличаются когерентной обработкой данных УЗК. В каждой точке пространственной апертуры ПЭП запоминаются и совместно обрабатываются все эхо-сигналы с учетом их временных задержек и истинных форм импульсов, причем запоминание и обработка эхо- сигналов ведется на достаточно большом количестве частот (многочастотная голография). Полученные в результате двухмерного сканирования данные могут быть восстановлены послойно и трехмерно. Полученные изображения имеют высокое разрешение, что позволяет измерять реальные размеры дефектов в сечении соединения. Кроме того, когерентная обработка сигналов повышает отношение амплитуды сигнала к уровню структурных помех. Дополнительное повышение помехоустойчивости достигается за счет применения двухчастотного или двухмодового контроля.
В состав систем входят сканеры двух типов:
- СТТЛ - с набором треков для труб диметром от 500 до 1400 мм и трек для плоских конструкций (рис. 2 а, треки крепятся с помощью ремня; длина контролируемого участка трубы до 400 мм);
- СТЦ - цепной сканер, позволяющий контролировать швы диаметром от 100 до 600 мм (рис. 2 б).
Система «Авгур 4.2» имеет два режима: обзорный и экспертный. В обзорном режиме сканирование ведется при а = 60° со скоростью = 50 мм/мин, при этом апертура поперечного сканирования ПЭП (в направлении Х, перпендикулярном оси шва) выбирается в зависимости от толщины изделия и угла ввода луча, а шаг сканирования АУ вдоль сварного соединения составляет 3 - 4 мм для частоты 2,5 МГц. В процессе контроля на экране дисплея строится D-изображения на продольных и сдвиговых волнах (четыре изображения, по два с каждой стороны шва), которые потом объединяются (алгоритм «сложение с отсечкой»), рис. 2 в. Видно, что структурные шумы практически отсутствуют на объединенном обзорном изображении, видны только изображения дефектов.
|
|
|
|
По этому изображению оператор выделяет зоны для экспертного контроля. При этом меняются параметры сканирования, а именно - шаг в поперечном направлении (ДХ = 0,3 - 0,5 мм), который выдерживается с погрешностью я 10 %. В процессе экспертного сканирования выделенных зон записываются А-сканы - оцифрованные зависимости амплитуды эхо-сигнала от времени или глубины. А-сканы подвергаются процедуре когерентной обработки, в результате чего получаются голографические изображения (В, С и D типа) на сдвиговых и продольных волнах с двух сторон шва. Как правило, отношение полезного сигнала к уровню структурных помех для этих изображений не превышает общепринятого критерия 6 дБ. Для дополнительного повышения помехоустойчивости (примерно на 6 дБ) к ним также применяется та же процедура «сложение с отсечкой», повышающая это отношение не менее чем на 6 дБ (рис. 2 г). Полученное трехмерное (послойное с шагом 3 - 4 мм) изображение сварного соединения позволяет измерять геометрические размеры дефектов (высоту в поперечном сечении) с погрешностью, не превышающей ± 1 мм в диапазоне толщин 5 - 15 мм и ± 2 мм в диапазоне толщин 16 - 60 мм при отношении полезного сигнала к уровню структурных шумов во всем диапазоне 10 - 16 дБ. Кроме того, по голографическим изображениям можно определять тип дефекта (объемный или плоскостной), а при знании технологии сварки и формы разделки шва с большой степенью вероятности - его вид (непровар, включение, несплавления по кромкам и т. д.). Высокая разрешающая способность позволяет выявлять дефекты на фоне наплавок и внутри самих наплавок, вблизи проточек и подкладных колец и валиков усиления.
|
|
|
ПО «Авгур 4.2» перед выполнением когерентной обработки А-сканов позволяет учесть затухание, уменьшить уровень реверберационных шумов ПЭП, проводить частотную фильтрацию сигналов (полосовой, согласованный, винеровский, инверсный фильтры), что необходимо для реализации многогочастотного способа. В режиме ПО «Анализ» кроме прецизионного измерения положений максимумов изображений можно выполнять с изображениями следующие операции:
- «сложение с отсечкой» (реализация многочастотного и двухмодового способов);
- «объединение изображений» (слева и справа от шва, а также отдельных слоев вдоль шва); «зеркальное отображение изображения» вверх или вниз (используется при контроле отражен¬ным лучом).
|
|
ПО «Авгур 4.2» позволило решить проблему УЗК аустенитных сварных соединений международного термоядерного реактора. Был проведен комплекс работ на образцах сварных соединений с реальными дефектами, доказавший высокую эффективность помехоустойчивость двухмодового способа. Показано, что дефекты соединений толщиной 40 - 60 мм типа непрваров, несплавлений, шлаковых включений глубиной более 2 мм и длиной более 10 мм надежно выявляются двухмодовым способом при отношении полезного сигнала к структурным помехам 10 - 14 дБ.
Для практической реализации УЗК при изготовлении полномасштабного макета вакуумной камеры ИТЭР (рис. 3 а) была разработана система «Авгур 4.2 ИТЭР», позволившая проводить контроль c помощью робота фирмы «Boeing». Были созданы два новых сканера для контроля прямолинейных и криволинейных участков (рис. 3 б, в). Система снабжена специальным устройством для контроля над усилием прижима сканера к поверхности изделия. Конструкции сканеров позволили выполнять контроль в труднодоступных местах. С помощью системы выявлен целый ряд дефектов (рис. 3 г, д). Использование системы позволило усовершенствовать технологию сварки вакуумной камеры ИТЭР.
Таким образом, системы типа «Авгур» позволяют проводить УЗК аустенитных сварных соединений в широком диапазоне толщин (от 5 до 60 мм) и диаметров (от 0 100 мм до плоских изделий) с высокой чувствительностью и помехоустойчивостью. ПО систем предоставляет широкие возможности для реализации различных методик и анализа полученных голографических изображений. Возможность измерения реальных размеров дефектов с достаточной для практики точностью позволяет правильно прогнозировать срок службы изделий.
