ДЕТЕЙРНЯЙНОХЪ ЯБЮПМНИ ЬБНБ

ультразвуковой контроль, УЗК, ПЭП, дефектоскопы Россия, 198084 Санкт-Петербург, Люботинский пр., д. 8а, т. +7 812 380-6213, ф. +7 812 380-6214 О компании Сертификаты Статьи Контакты Ультразвуковой контроль протяженных объектов нормальными волнами ДЕФЕКТОСКОПЫ ISONIC 2006 ISONIC 2005 DIO-562, 2K ТОЛЩИНОМЕРЫ DIO-570 WT-600 УСТАНОВКИ ДУЭТ 5 ПОРШ ПЖТ-ТЕСТ Ультразвуковой сканер ПЭП П-131 ИММЕРСИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УЗК ЛИНЕЙНЫЙ КОНТРОЛЬ XY- КОНТРОЛЬ CB-СКАН TOFD КОНТРОЛЬ КОРРОЗИИ C-СКАН КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ ШВОВ Ультразвуковой контроль протяженных объектов нормальными волнами Егоров Н.Н. ЗАО 'Ассоциация 'Тестрон', Санкт-Петербург Ручной ультразвуковой контроль (УЗК) различных объектов проводится в массовом порядке достаточно продолжительное время. Основная цель контроля - уменьшение эксплуатационных издержек предприятия на ликвидацию последствий аварий - достигается в том случае, если по результатам контроля можно реально определять техническое состояние объектов при оправданных затратах на диагностическое оборудование и выполнение контроля. Традиционный ультразвуковой контроль объемными волнами позволяет контролировать объекты непосредственно под пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП) для прямого ПЭП или на расстоянии 20 - 50 мм от преобразователя (наклонные ПЭП с разными углами ввода); озвучиваемая область при этом имеет вид конуса с наибольшим диаметром порядка 20 - 50 мм в зависимости от размеров ПЭП. Данный метод позволяет выполнять 'поточечную' толщинометрию объектов и обнаруживать дефекты с условным размером от 0,3 - 0,5 мм, но требует значительных временных затрат на сканирование и постоянного контроля оператора за акустическим контактом. Контроль объемными волнами предполагает наличие непосредственного доступа к контролируемой поверхности и тщательной подготовки всей поверхности контроля, что также требует времени и финансовых затрат. В настоящее время существуют и развиваются высокопроизводительные технологии, позволяющие контролировать протяженные объекты без сканирования непосредственно над наблюдаемыми участками [1], например закопанные или имеющие изоляционное покрытие нефтяные и газовые трубы, резервуары и цистерны для хранения нефти, корпуса судов, листовой прокат. Для изделий с толщиной до 30 мм такой контроль осуществляется с помощью нормальных волн. Протяженность зоны контроля при одной установке специального преобразователя от 3 - 100 м и 1,5 - 3 м при использовании ультразвука частотой 10 - 100 кГц и 1,5 - 3 м при использовании ультразвука частотой 0,6 - 4,2 МГц. При контроле с помощью нормальных волн и использовании специализированных преобразователей резко уменьшает объем сканирования и трудоемкость контроля, увеличивает срок службы преобразователей, являющихся расходными материа-лами при УЗК, повышает производительность работы операторов. Контроль протяженных объектов без сканирования непосредственно над наблюдаемыми участками - дальний ультразвуковой контроль нормальными волнами (далее по тексту дальний УЗК НВ). Технологии дальнего УЗК НВ используются только и исключительно как экспресс - методы контроля. Признаком обнаружения дефекта в этих технологиях является прием сигнала, превышающего заранее заданный пороговый уровень [2]. Конкретные параметры обнаруженных таким образом дефектов определяют впоследствии с помощью традиционного УЗК, таким образом осуществляется двухступенчатый контроль: экспресс - контроль, который позволяет обеспечить сплошность контроля протяженных объектов при небольшом объеме сканирования, и традиционный УЗК, который определяет условные размеры дефектов или остаточную толщину на заранее известных, относительно небольших участках объектов контроля. Использование дальнего УЗК НВ при частотах порядка 10 - 100 кГц кажется предпочтительным с точки зрения дальности контроля. Однако при ультразвуковом контроле используемая частота ультразвука влияет не только на дальность контроля, но и на минимальный размер выявляемого дефекта. Основными объектами применения дальнего УЗК НВ являются листовые и трубные изделия из углеродистых и низколегированных сталей. В таких материалах амплитуда принятого сигнала зависит от расстояния до отражателя А=А0*е-2δr, где δ - коэффициент затухания, пропорциональный частоте ультразвука, r - расстояние до отражателя. Поэтому средняя дальность контроля 0,5 - 1 м для мегагерцовых частот возрас-тает до 100 м при переходе к частотам 10- 100 кГц. Общепринято, что минимальный размер выявляемого дефекта при УЗК приближенно равен половине длины волны. В таблице 1 приведены длины волн при разных частотах для ультразвуковых волн различных типов в стали. Если состояние объекта контроля с размерами дефекта 100х100 мм еще не является аварийным, можно использовать низкочастотный (НЧ) УЗК НВ. Для обнаружения дефектов с условными размерами порядка 10% толщины стенки трубы применим только высокочастотный (ВЧ) УЗК НВ с последующей проверкой обнаруженных отражателей традиционным УЗК. Низкочастотный УЗК НВ Для низкочастотного УЗК НВ используется специально разработанная аппаратура, подготовка поверхности необходима только в небольшой области для установки преобразователей. Контроль осуществляется эхо-методом с помощью волн, распространяющихся вдоль трубы на значительные расстояния, для частот 10 - 200 кГц. При низкочастотном УЗК НВ используют: o продольные L-волны с колебаниями частиц в плоскости параллельной направлению распространения волны и перпендикулярной поверхности трубы; o крутильные (торсионные) Т-волны с колебаниями частиц в плоскости перпендику-лярной направлению распространения волны и параллельной поверхности трубы. Отсутствие составляющей смещения, перпендикулярной поверхности трубы, позволяет использовать Т-волны для контроля труб, закопанных в грунте и/или заполненных жидкостью. При низкочастотном УЗК НВ возбуждение и прием сигналов производится с помощью специальных преобразователей, устанавливаемых на небольшие очищенные от грунта и изоляции участки изделия. Рассмотрим два типа оборудования для низкочастотного НК. 1. В качестве преобразователей используются контактные ПЭП [3], плотно прижимаемые к поверхности трубы с помощью механических или пневматических бандажей. Для труб диаметром до 200 мм такие преобразователи закреплены в жестких кольцах с фиксированным диаметром; для труб больших диаметров используются гибкие кольца с подачей воздуха для обжима. Возбуждение торсионных мод осуществляется с помощью двух колец преобразователей, что позволяет направлять волну в одном направлении от места расположения ПЭП. Возбуждение волны в двух направлениях одновременно вдвое расширяет область контроля за одну установку преобразователя, но крайне затрудняет анализ полученных сигналов: при обнаружении дефекта, находящегося на расстоянии нескольких метров от преобразователя, невозможно определить находится он справа или слева от места установки ПЭП. Признаком наличия коррозии считается появление конвертированной неосесиметричной моды. Проведенные полевые испытания показали, что при паспортной толщине стенки трубы 10 мм метод выявлял области с остаточной толщиной 2,5 - 3 мм в диапазоне +30 м от преобразователя. 2. В качестве преобразователей применяются электромагнитно - акустические преобразователи (ЭМАП) [4], использующие магнитострикционный эффект для возбуждения и приема волн. В таблице 1 приведены ограничения при использовании низкочастотного УЗК НВ с помощью ЭМАП для контроля труб Таблица 1 Ограничения при использовании низкочастотного УЗК НВ с помощью ЭМАП для контроля труб Параметр Возможности /ограничения Замечания Размер труб До 610 мм диаметром с толщиной стенки не более 6,5 мм При выходе за указанные размеры чувствительность метода падает Диапазон контроля От 30 м и более В стрежнях и прямых трубах при удовлетворительном качестве поверхности Минимальный размер выявляемого дефекта 2 - 3% площади поперечного сечения трубы Изолированные дефекты в трубах при удовлетворительном качестве остальной поверхности трубы, минимальный размер дефекта варьируются в зависимости от частоты и числа циклов в импульсе Определение положения дефекта В осевом направлении с точностью + 5 см для L-волны на частоте 64 кГц и Т-волны на частоте 32 кГц Невозможно определить положение дефекта в окружном направлении Определение характеристик дефектов Ограничения в связи с невозможностью определения окружной координаты дефекта Невозможно определить глубину, ширину и длину дефекта; невозможно определить на какой поверхности внешней или внутренней находится дефект В зависимости от состояния трубы, ее окружения и частоты сигнала дальность контроля может быть значительной. Однако помимо дефектов, сигналы отражаются от тройников, гибов, поворотов, сварных швов, хомутов, врезок и т.д., причем зачастую дальность контроля ограничивается местоположением таких элементов. Для идентификации сигналов необходимы опытные специалисты и подробный чертеж контролируемого трубопровода. Наличие изоляции, толщина покрытия, общая поверхностная коррозия, окружающая среда (грунт, вода) заметно снижают дальность контроля L-волнами. В наи-более благоприятных условиях минимально выявляемый дефект составляет 3% от площади поперечного сечения трубы, т.е. коррозионное поражение глубиной 30% от толщины стенки будет обнаружено в том случае, если его угловая протяженность составляет 25 - 30º или 120 мм для трубы диаметром 600 мм. Положение дефекта в окружном направлении не определяется, в осевом направлении определяется с точностью +50 мм. Наибольшие преимущества такого метода контроля проявляются при мониторинге состояния трубных систем. Сигналы от навесных элементов - опор, хомутов и т.п. фиксируются на первой после монтажа системы дефектограмме. Возникающие при периодических проверках дополнительные сигналы свидетельствуют о возможности коррозионного поражения, дефектов другого типа. Размеры и точные места расположения дефектов определяются традиционными методами НК. Подчеркнем еще раз: если дефекты размером 100х100 мм глубиной до 30% толщины стенки допустимы при эксплуатации объектов, низкочастотный УЗК НВ является надежным и экономичным методом экспресс-контроля. Высокочастотный УЗК НВ. УЗК нормальными волнами на частотах 0,6 - 4,2 МГц относится к высокочастотному контролю. Для выполнения высокочастотного УЗК НВ можно использовать ультразвуковые дефектоскопы общего назначения, если их параметры удовлетворяют ряду условий, сформулированных в [5]. После экспресс - оценки состояния объекта эти же приборы можно использовать для традиционного УЗК обнаруженных отражателей, определения их условных размеров и глубины залегания. Использование ультразвуковых дефектоскопов по такой 'двойной технологии' имеет очевидные экономические преимущества. Дальний УЗК НВ - приемлемое решение проблемы сплошности сканирования: длина пути сканирования уменьшается на порядок. Контроль осуществляется эхо-методом (технология LRGWI Long Range Guided Wave Inspection [1]) и теневым методом (технология CHIME Creep Head Inspection Method [2]). Последняя технология позволяет определять области плавного уменьшения толщины объекта до недопустимых величин, когда перепады толщины, способные сформировать заметный эхо-сигнал, отсутствуют. Для настройки ультразвуковых приборов используются искусственные отражатели (за-сверловки со сферическим или коническим дном) диаметром 5 - 15 мм, что по порядку величин совпадает с требованием ГОСТ Р 52079-2003 использовать для настройки УЗ оборудования при УЗК НВ трубы стандартный образец предприятия со сквозным сверлением диаметром 8 мм. На высоких частотах ультразвуковые колебания заметно затухают, поэтому дальность контроля для высокочастотного УЗК составляет до 1,5 - 3 м. При контроле тела трубы с помощью нормальных волн на трубу устанавливаются два специальных преобразователя, генерирующих нормальные волны по окружности трубы по часовой стрелке и против нее. Оба ПЭП принимают отраженные и прошедшие сигналы соответственно в эхо и теневом режиме. Для качественного выполнения контроля необходимо обеспечить: o наличие дефектоскопа, технические характеристики которого позволяют обеспечить требуемые мощность излучения и усиление приемного тракта; o постоянный акустический контакт (подача воды под небольшим избыточным давлением); o постоянную скорость перемещения датчиков по трубе порядка 150 - 200 мм/сек при точности позиционирования не хуже 5 мм; o визуализацию двумерной карты контроля (СВ-скан) в режиме реального времени; o непрерывную запись всех А-сканов с возможностью их восстановления. Контроль образца с дефектами в виде точечной коррозии и областями стресс-коррозии приведен на рис. 1 Контроль выполнен с помощью дефектоскопа ISONIC, адаптированного для работы в сложных погодных условиях (рис.4) и широко используемого во многих странах для контроля труб по технологии LRGWI (рис.5). Следует подчеркнуть, что ультразвуковой контроль нормальными волнами не заменяет традиционный УЗК. Ограничения при использовании технологий LRGWI и CHIME приведены в таблице 2 [2]. Таблица 2 Ограничения технологий LRGWI и CHIME для контроля объектов большой про-тяженности Технология LRGWI Технология CHIME Невозможно определить абсолютные значения остаточной толщины объекта в месте обнаруженного коррозионного повреждения Невозможно определить на какой из поверхностей объекта контроля находится обнаруженное коррозионное повреждение Затруднительно обнаружение больших и мелких коррозионных областей с очень плавным заглублением Невозможно определить, где именно между преобразователями находится коррозионное повреждение и затруднительно определение мелких и точечных коррозионных повреждений Однако только эти технологии могут обеспечить высокопроизводительный гарантированный 100% контроль объектов большой протяженности, например, всего тела трубы перед нанесением нового изолирующего покрытия. Как было отмечено выше, для высокочастотного УЗК НВ можно использовать дефектоскопы общего назначения, например DIO-562, ISONIC 2005 и прибор ISONIС 2001, который может быть позиционирован как портативная рабочая станция для прове-дения объективного ультразвукового контроля. Продемонстрируем возможности дефектоскопов на примере контроля одного и того же объекта - стальной плиты 500х500 мм толщиной 10 мм с четырьмя искусственными отражателями (рис. 2): o отражатель ?1 - коническое сверление диаметром D1=18 мм, глубиной 6 мм; координаты центра сверления х=100 мм, у=400 мм; o отражатель ?2 - пять конических сверлений диаметром 1,0 мм глубиной 0,5 мм, расположенных в круге диаметром D2=10 мм; координаты центра отражателя х=175 мм, у=325 мм; o отражатель ?3 - сферическое сверление диаметром D3=12 мм глубиной 5 мм; координаты центра сверления х=250 мм, у=250 мм; o отражатель ?4 - сферическое сверление диаметром D4= 10 мм глубиной 5 мм; координаты центра сверления х=400 мм, у=400 мм. Контроль нормальными волнами дефектоскопом DIO-562. Дефектоскоп позволяет записать статические А-сканы в выбранных оператором положениях преобразователя (рис. 3б, 3в, 3г). Записываются только те А-сканы, в которых в процессе контроля оператор обнаружил отражатели, подозрительные на дефекты. Сравнивая рис. 3б, 3г и рис. 3в, достаточно очевидно, что вероятность пропуска отражателя ?2 значительно выше, чем для отражателей ?1 и ?3. На рис. 4 представлены А-сканы, полученные при использовании поверхностной волны Рэлея, возбуждаемой и принимаемой датчиком с переменным углом ввода. Малая ширина импульса сигнала от отражателя свидетельствует об отсутствии диспер-сионных искажений импульса волны Рэлея. Контроль поверхностной волной с помощью DIO-562. При перемещении преобразователя вдоль кромки объекта контроля можно получить пороговый В-скан - графическое представление сигналов, превышающий заданный пороговый уровень в системе координат смещение ПЭП - расстояние до дефекта. Смещение преобразователя может контролироваться оператором или по датчику перемещений. Для повторного просмотра доступны только те А-сканы, которые были записаны при контроле. Просмотр В-сканов при другом значении браковочного уровня невозможен без повторного сканирования. Контроль нормальными волнами дефектоскопом ISONIC 2005. Линейное сканирование без датчика перемещений (рис. 10) с помощью специального преобразователя Линейное сканирование с датчиком пути (рис. 11) с помощью специального преобразова-теля По окончании контроля на экране появляется дефектограмма всей области контроля и все А- сканы в необработанном виде записаны в память дефектоскопа. Это позволяет обрабатывать дефектограммы при разном уровне фильтрации, просматривать восстановленные А-сканы, виртуально повторяя весь процесс контроля. Определение координат и размеров дефектов может быть выполнено как непосредственно на дефектоскопе (рис. 5б, б), так и в офисном персональном компьютере после установки специального программного обеспечения, позволяющего полностью повторить процесс контроля с последовательным восстановлением всех А-сканов. Наличие всех отражателей, представляющих собой возможные дефекты, надежно зафиксировано, для принятие решения о степени опасности дефекта может быть привлечен дефектоскопист высокого уровня. Необходимость использования датчика перемещений сомнений не вызывает. Ведь даже в лабораторных условиях при хорошем качестве контактной поверхности оператор не может равномерно перемещать преобразователь, что приводит к ошибкам в определении х - координат отражателей. Контроль нормальными волнами дефектоскопом ISONIC 2001. Дефектоскоп ISONIC 2001 (рабочая станция ультразвукового контроля) в отличие от стандартных дефектоскопов общего назначения позволяет надежно и с высокой точностью определять положение и угол разворота преобразователя с помощью ультразвукового локатора. Сканирование плиты (рис. 6а) выполнено при углах разворота преобразовате-ля +(10 - 15)°, что позволяет получить более 'чистую' дефектограмму, исключив сигналы от торцов плиты. Кроме того, дефект становится более контрастным за счет озвучивания его под разными углами. Такой способ сканирования позволяет контролировать зоны изделия, находящиеся за сварным швом, например, контролировать днище резервуара с внешней стороны через сварной шов между днищем и стенкой резервуара. На рис. 6б приведена отфильтрованная дефектограмма и показана возможность определения ус-ловных размеров дефектов. Неоспоримым преимуществом этого дефектоскопа является возможность количественного контроля акустического контакта преобразователя с изделием. Запись всех результатов контроля производится автоматически при условии обеспечения заданного уровня акустического контакта. С помощью высокочастотного УЗК НВ можно контролировать объекты плоской (плиты, резервуары и пр.) и цилиндрической (трубы разного диаметра) геометрии. В составе дополнений к ISONIC предлагается большое число специальных преобразователей для экспресс - контроля объектов толщиной 4 - 12 мм, 6 - 16 мм и 12 - 30 мм: o стандартных и с уменьшенной контактной поверхностью для контроля плит; o стандартных и с высоким фронтальным разрешением для контроля труб при озвучивании вдоль оси / по окружности трубы. Преобразователи для контроля труб изготавливаются по заказу под конкретный диаметр трубы. Существенно, что дефектометрия областей с возможным наличием опасных дефектов может быть проведена с помощью тех же приборов, при этом ISONIC 2005/2001 сохраняет все А-сканы в необработанном виде, что позволяет получать объективный до-кумент контроля. Подведем итоги. С помощью УЗК НВ можно контролировать плиты, резервуары и трубы (ВЧ) или только трубы (НЧ). Дальность контроля составляет 1,5 - 3 м (ВЧ) или 3 - 100 м (НЧ) при толщине объектов контроля до 30 мм (ВЧ) или до 12 мм (НЧ). Минимальный выявляемый дефект от 1 мм (ВЧ) или от 100 мм (НЧ). Дефектометрию выявленных отражателей можно провести с помощью того же дефектоскопа (ВЧ) или дополнительного прибора (НЧ) при средней цене оборудования 850 тыс. руб. (ВЧ) или 3000 тыс. руб. (НЧ). О компании Сертификаты Статьи Контакты Designed by A. Zhukov каталог ссылок ПЮГДЕКШ ЯЕМЯНПМШИ ЩЙПЮМ БПЕЛЪ ЙНЯРПНЛЮ ЮПЛЮМЭЪЙ ДНЯРЮБЙЮ БЕДПН ЬЮЛОЮМЯЙХИ tognana ТЮПТНП ЙСОХРЭ МХООЕКЭ ЦМА МЮПД online МЮПД НМКЮИМ ЮБХЮ НРОПЮБЙЮ iridium motorola ЯРЕМД ЯХКСЩР ЯКХЛЕМД КХТР ХГЛЕПХРЕКЭ РЕЛОЕПЮРПШ ЮЙПХКНБШИ БЙКЮДШЬ ЬЮЛОЮМЯЙХИ ГЮЙЮГ ЙСОХРЭ ЮСДХНОКЕЕПШ ЮЩПНАХЙЮ ЛЪВНЛ ЙСОХРЭ МХООЕКЭ ОЕПЕУ ОПЕДНУПЮМХРЕКЭ ОЙМ ЦЕМЕПЮЖХЪ ЙХЯКНПНДЮ ПЕЦЕЯРПЮЖХЪ ОАНЧК ЙПЮЯМШИ ОКНЫЮДЭ ЯЕЦНДМЪ ХМФЕМЕПМШИ ЦЕНДЕГХЪ ЦНКНБЙЮ БХМРНПЕГМШИ ЙПСРНИ xxx БХДЕН ХМТНПЛЮЖХНММШИ БЮКЮЮЛ БШЯНЙНРЕЛОЕПЮРСПМШИ ЩКЕЙРПНХГНКЪЖХЪ ДЕТЕЙРНЯЙНОХЪ ЯБЮПМНИ ЬБНБ