Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Автоматизированный УЗ контроль сварных швов труб. Обзор состояния
1.1. Металлургические аспекты сварки труб 13
1.2. Дефекты сварных швов труб, возникающие при сварке давлением
1.3. Дефекты сварных швов труб, возникающие при сварке плавлением
1.4. Методы и аппаратура УЗ контроля сварных швов труб в потоке производства
1.5. Влияющие факторы и способы повышения достоверности обнаружения дефектов сварных соединений труб в процессе производства
1.6. Выводы 32
Глава II. Исследование электроакустического тракта и разработка способов повышения достоверности УЗ контроля сварных швов труб
2.1. Анализ прохождения ограниченного импульсного пучка сдвиговых волн в металл стенки трубы
2.2. Экспериментальное исследование функциональной зависимости Ad(L) и влияния ее характера на параметры контроля сварного шва
2.3. Исследование влияния температуры на параметры контроля L0u а
2.4. Исследования по выбору зоны контроля при осциллирующем характере функции A^(L)
2.5.. Прохождение импульсного наклонного пучка волн 54
через контактный слой жидкости и уменьшение интерференции волн в слое
2.6. Способы снижения влияния акустического контакта на качество контроля за счет АРУ канала дефектоскопии
2.7. Выводы 61
Глава III. Исследование способов повышения достоверности контроля сварных швов труб в потоке производства и разработка структурных схем алгоритмов работы аппаратуры Контроль труб со снятым гратом заподлицо 63
Исследование способов повышения достоверности контроля труб с гратом на внутренней поверхности
Контроль сварного шва труб с нормированной формой валиков усиления
Особенности контроля сварного шва труб с ненормированной формой валиков усиления
Выводы 146
Глава IV. Разработка и внедрение автоматизированных установок УЗ контроля сварных швов труб в потоке их производства
Принципы построения автоматизированных установок УЗ контроля
Структурные схемы автоматизированных установок 152
Метрологические аспекты автоматизированного УЗ контроля сварных швов труб
Внедрение установок УЗ контроля сварного шва труб 171
Выводы 175
Основные выводы и результаты работы 176
Литература
- Дефекты сварных швов труб, возникающие при сварке плавлением
- Экспериментальное исследование функциональной зависимости Ad(L) и влияния ее характера на параметры контроля сварного шва
- Контроль сварного шва труб с нормированной формой валиков усиления
- Метрологические аспекты автоматизированного УЗ контроля сварных швов труб
Введение к работе
Интенсификация добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья (нефти, нефтепродуктов, природного газа) и развитие таких важнейших отраслей промышленности как энергомашиностроение, судостроение, энергетика, химическая промышленность и другие потребовали существенного наращивания объемов производства и, повышения качества сварных труб. Это, в свою очередь, стимулировало активизацию проектирования и строительства высокопроизводительных трубоэлектросварочных агрегатов (ТЭСА),. представляющих собой автоматизированные станы с непрерывным циклом производства;
С учетом назначения производятся электросварные прямошовные трубы, (методом:контактной;сварки:- сварки;давлением) и.прямошовные или: спираль-ношовные трубы, выполняемые электродуговой сваркой, (сваркой плавлением). Соответственно, первая группа относится к сортаменту труб с диаметрами; до 530 мм, вторая - к сортаменту нефтегазопроводных труб с диаметрами до 1420 мм.
Высокая; эффективность производства электросварных труб, введение в эксплуатацию современных трубоэлектросварочных станов индукционной и радиочастотной сварки, позволивших повысить скорость сварки до I-2-x m/s и; существенно улучшить качество сварки, обеспечили расширение областей применения; электросварных трубі Накоплен значительный опыт использования;электросварных труб взамен дорогостоящих бесшовных труб без потери надежности в таких ответственных системах как гидравлические напорные линии. Широко используются электросварные трубы в качестве обсадных при обустройстве нефтяных и газовых скважин. Прямошовные и спиральношовные трубы большого диаметра используются при строительстве магистральных газонефтепроводов:
Анализ схемы технологического потока ТЭСА показывает, что в процессе изготовления труба проходит несколько- десятков технологических операций; в. той ил и иной мере влияющих на качество сварного шва: Любые отклонения параметров техпроцесса сварки, а также исходного металла (ленты, штрипса, листа) влияют на возникновение дефектов сварного шва и?на: прочностные параметры. сварной трубы в целом.
8 В связи с этим важную роль в обеспечении оптимальных режимов сварки и качества сварного шва играют являющиеся неотъемлемой частью технологии и технологического оборудования неразрушающие методы и средства контроля качества сварных труб. Из мировой практики известно, что стоимость операций не-разрушающего контроля (НК) достигает 20-25% от общей стоимости сварных конструкций, а трудоемкость контроля сопоставима с трудоемкостью сварки; По зарубежным данным на техническую диагностику и периодическое обследование затрачивается не менее 10-15% общей стоимости трубопроводов:.Тем не:менее эти затраты многократно меньше потерь, с которыми приходится иметь дело при ликвидации аварий на нефтегазопроводах, наносящих огромный материальный и экологический ущерб,
В связи с изложенным, очевидно,.что обеспечить высокую эксплуатационную надежность сварных труб, можно только при 100 %-ном контроле с использованием комплекса высокопроизводительных методов и аппаратуры НК. Для обоснованного выбора методов контроля выполнены исследования, разработаны аппаратура, технологии и методики контроля, обеспечившие приемлемый уровень качества сварки труб, однако в процессе эксплуатации трубопроводов и других сооружений и конструкций с применением сварных труб все еще. выявляется значительное количество дефектов, связанных с нарушением технологии сварки и недостаточным, качеством заводских сварных, соединений. В- комплексе методов НК, использующихся при производстве электросварных труб, важнейшее место занимают ультразвуковой,, рентгентелевизионный,. магнитографический и: другие. Многие ТЭСА= оснащены новейшими системами НК,. метрологически обеспеченными и соответствующими требованиям современных стандартов. Каждому из методов: НК присущи особенности, достоинства и недостатки, что-не позволяет решить проблему контроля сварных швов труб с высокой достоверностью: Это связано также с тем, что в силу различия используемых^ методов и технологии сварки, возникающие дефекты: отличаются формой, размерами, местоположением и другими характеристиками. Поэтому, несмотря на то, что в последние десятилетия прошлого века в создании методов и систем НК достигнут
9 значительный прогресс, многие задачи автоматизированного УЗ контроля сварных швов еще далеки от своих решений. Это связано с тем, что изменения в технологии производства труб, повышение параметров давления на действующих и вновь строящихся- трубопроводах, оснащение ТЭСА автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП) потребовали проведения исследований и разработки новых методов и более совершенных средств НК.
Современные установки: для:: контроля; сварных швов труб в і потоке ТЭСА представляют собой; сложный: комплекс механических устройств, акустических блоков, аппаратуры и управляющих вычислительных комплексов с использованием компьютеров промышленного-назначения. Применение управляющих вычислительных комплексов (УВК) существенно расширяет возможности г УЗ і контроля сварных швов труб; при этом возникает необходимость разработки специальных алгоритмов для решения сложных задач контроля.
В связи с этим настоящая работа посвящена исследованию повышения достоверности и созданию автоматизированных установок УЗ: контроля^ сварных швов труб в потоке их производства.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключениями приложения:
В 'первой главе проанализированы металлургические аспекты сварки труб различными методами, особенности дефектообразования при производстве электросварных труб и выполнен обзор состояния методов и аппаратуры УЗ контроля-сварных швов труб * в потоке производства;. Рассмотрены факторы, влияющие на. достоверность обнаружения дефектов сварных соединений:труб в процессе производства, и сформулированы задачи исследования.
Вторая глава посвящена исследованию электроакустического тракта и разработке : способов повышения < д остоверности і УЗ ; контроля сварных швов тру б ;.. Рассмотрены- причины* нестабильности акустического контакта и; предложены способы,повышенияего надежности путем использования;последовательности эхосигналов от грата сварного шва для формирования управляющего напряжениям
10 устройства автоматической регулировки усиления (АРУ). Исследовано влияние температуры звеньев акустического тракта на смещение зоны контроля: и предложены решения по выбору зоны контроля при" автоматизированном контроле швов сварных труб в потоке производства.
В третьей' главе изложены результаты, исследования способов повышения достоверности УЗ контроля сварных швов труб с применением компьютерных технологий. На базе применения УВК разработаны способы помехозащиты и АРУ при изменении качества акустического контакта, способы слежения за швом и формирования зоны контроля по последовательности эхосигналов от зо-ньтсварного шва труб, производимых контактной сваркой, и от валика усиления сварного шва труб, выполняемого сваркой плавлением. Предложен алгоритм управления работой многоканальной аппаратуры автоматизированного контроля: сварных швов труб.
Четвертая глава посвящена разработке аппаратно-программных комплексов для автоматизированного УЗ контроля сварного шва труб. Изложены принципы построения автоматизированных установок УЗ контроля сварных швов труб, описаны структурные схемы аппаратного комплекса и технология контроля. Приводятся конструктивные особенности акустических блоков и ПЭП, краткие технические данные автоматизированных установок УД-82УА, НЗД-008, НКУ-108, ИНТРОСКОП-01 и ИНТРОСКОП-02, результаты их испытаний и внедрения. Рассматриваются вопросы стандартизации УЗ контроля сварных швов; труб, порядок метрологического обеспечения аппаратуры, технология автоматизированного УЗ контроля сварного шва труб в потоке;
Защищаемые положения
Теория и методы идентификации эхосигналов от сварного шва труб с целью формирования управляющих сигналов для следящих устройств.
Способ контроля состояния электронно-акустического тракта и компенсации его нестабильности устройством АРУ на основе использования последовательности эхосигналов от грата и валика усиления сварного шва.
Способы регистрации эхосигналов от дефекта при использовании эхосигналов от дальней кромки валика усиления сварного шва труб в качестве опорных при наличии несинхронных помех на базе применения УВК.
Схемы прозвучивания и способы распознавания типа выявленного дефекта на основе изображения состояний группы приемников в виде сеток.
Граф-схема алгоритма работы процессора многоканального дефектоскопа.,
Принципы построения аппаратно-программных комплексов для автоматизированного УЗ контроля сварного шва труб на-базе промышленных компьютеров.
Результаты работы докладывались: на 9-й — 12-й Всесоюзных научно-технических конференциях по неразрушающим физическим методам и средствам^ контроля' (198Г— 1990 г.г.); на 13-й — 16-й Российских научно-технических конференциях по неразрушающ ему контролю и диагностике (1993 — 2002 г.г.); на 3-ей Международной конференции "Диагностика трубопроводов" (Москва, 2001 г.); на; 1 -и; национальной,научно-технической конференции "Методы и средства нераз-рушающего контроля и технической диагностики" (Кишинев, 2003г.); на 4-й Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы, приборостроения, информатики, экономики; и права» (Москва, 2003г.);. 3-ей г Международной: конференции "Неразрушающий контроль и ТД= в; промышленности" (Москва 2004г.)
Материалы диссертации опубликованы в сборниках докладов конференций и журналах «Контроль. Диагностика» и «Дефектоскопия». На.технические решения, реализованные в разработанных автоматизированных установках УЗ' контроля сварных швов труб,. получены 10 авторских, свидетельств и патентов на; изобретения. Созданный генератор импульсов возбуждения, выполненный на уровне изобретения, вошел в блок-технических решений, накоторый в 1985 г. была продана лицензия западногерманской фирме.
Диссертация изложена на 200 страницах; содержит. 1 таблицу и 72 рисунков и иллюстраций и список цитируемой литературы из 140 наименований..
Дефекты сварных швов труб, возникающие при сварке плавлением
Технология и металлургические: процессы электродуговой сварки прямо-шовных и спиральношовных труб плавлением существенно отличаются от применяемых при сварке труб давлением [7, 9, 10, 23]. При сварке под флюсом решающую роль играет химический состав флюса, проволочного электрода и основного металла в сочетании с параметрами сварки; [23], поэтому дефекты швов,- сваренных под слоем флюса и их геометрия также качественно отличаются от дефектов сварных швов, полученных сваркой давлением:
Наиболее характерными для электродуговой сварки:под слоем флюса являются следующие дефекты: непровары, поры, подрезы, шлаковые: включения, трещины, отклонения геометрии шва и трубы [7, 9, 10, 93]..
Непровары - это дефекты в виде местного несплавления в сварном соединении: Непровары образуются при загрязнении кромок, неправильной их подготовке, грубых нарушениях режима сварки. Хотя даже при относительно больших непроварах разрушение нередко происходит по околошовной зоне, так как непровар компенсируется усилением шва, дефект этот относится к недопустимым.
Поры представляют собой полости округлой или продолговатой формы (рис. 1.2, а), заполненные газом. Поры образуются вследствие грубого нарушения технологии подготовки свариваемой трубной заготовки и сварочных материалов (загрязненность кромок, использование влажного флюса или отсыревших электродов, отклонения режима нагрева и скорости сварки).
Подрезы (рис. 1.2, б) возникают в результате нарушений режима сварки, связанных с несоответствием скорости наплавки металла шва и объемом стыка. Подрезы находятся на границе между сварным швом и металлом стенки трубы и имеют небольшую глубину (в пределах 0,2 - 1,0 мм)
Шлаковые включения (рис. 1.2, в) возникают в результате взаимодействия между шлаком и металлом электрода, а также ванной расплавленного металла. При нормально проходящем процессе шлак оседает на шов и может быть легко удален с охлажденного шва. Только при отклонении от заданных режимов сварки шлаковые включения могут оставаться в шве. Шлаковые включения по сравнению с порами в значительно меньшей мере снижают усталостную прочность. Форма шлаковых включений может быть различной: круглой, шарообразной, плоской или продолговатой.
Трещины, представляющие собой разрывы металла, отличаются характером, расположением и причинами возникновения (рис. 1.2, г). В зависимости от мо мента возникновения в процессе затвердевания шва трещины подразделяются на «горячие» и «холодные», а в соответствии с размерами различаются макро- и микротрещины. Причиной появления горячих трещин являются разрывы металла в процессе кристаллизации, когда легкоплавкие фазы на границах первичного зерна разрываются: при; деформации: в і результате усадки шва. Горячие трещины, как правило, имеют произвольную ориентацию и малое раскрытие. Возникновение холодных трещин- зависит от величины внутренних напряжений и содержания; водорода. Они имеют значительно большие размеры и неровную поверхность..
Отклонения геометрии шва и размеров труб большого диаметра также-яв-ляются;недопустимыми. В-[7] показано; что к нарушениям геометрии сварного шва-относятся изменения ширины валика усилениями его асимметрия?- взаимное смещение внутреннего и наружного швов, которые приводят к осложнениям при УЗ-контроле и требуют принятия мер по корректировке: параметров аппаратуры НК. Как правило, смещения;шва приводят к возникновению непрова-ров. Требования к допускам по диаметру предъявляются-к концам трубы, чтобы избежать большого смещения,кромок при сварке кольцевых швов.
Ультразвуковые методы: неразрушающего контроля? сварных, швов труб основаны г на оценке параметров ІУЗ колебаний;,возбуждаемых в контролируемой трубе.. При; этом используются различные типы, акустических волн, широкий: диапазон рабочих частот УЗ колебаний: Разнообразие пьезоэлектрических и других способов возбуждения і и приема УЗ волн, большой? выбор пьезоматериалов І дляЛЭП делает УЗ методы контроля универсальными..
При і УЗ контроле сварных швов труб используются как традиционные: теневой метод; основанный науменынении амплитуд волн, обусловленном наличием дефекта; эхометод - на анализе параметров импульсов, отраженных от дефектов; эхо-теневой, сочетающий всебе достоинства эхо- и теневого методов контроля, так. и относительно новые - тандем-метод, дельта-метод, дифракционно-времен ной и -др.. При УЗ контроле сварных швов возможно использование продольных и сдвиговых объемных волн, поверхностных (рэлеевских и головных) волн и УЗ нормальных волн — волн Лэмба и сдвиговых нормальных (SH) волн:
Условно; при контроле зону сварного шва; можно разбить,на три участка; (рис: 1.3)::.участок: сварного шва с наплавленным металлом;:.зону термического влияния (ЗТВ): и примыкающий участок основного металла. Цель. УЗ дефектоскопии сварного шва состоит, в обнаружении дефектов во всем объеме сварного шва,в зоне термического влияния и на примыкающем участке основного металла? по возможности с равной чувствительностью: Кроме того, контролю подвергается: толщина стенки с: обеих сторон сварного шва. Полученные при УЗ контроле данные позволяют получить сведения не только о размерах дефектов и месте их расположения в зоне сварного шва; но и о виде дефекта.
Экспериментальное исследование функциональной зависимости Ad(L) и влияния ее характера на параметры контроля сварного шва
Основы теории прохождения ограниченного импульсного пучка сдвиговых волн в металл рассмотрены..И.Н. Ермоловым;в работе [25]. Рассмотрим некоторые особенности работы ПЭП применительно к условиям автоматизированного контроля сварного шва труб. Из экспериментальных исследований известно, что угол преломления акустической оси наклонного ПЭП в стали а рассчитанный, по закону Снеллиуса, не совпадает с направлением центрального луча пучка сдвиговых волн. А именно центральный? луч соответствует максимуму амплитуды излучения, то есть он является углом ввода а сдвиговых волн в металл стенки трубы (рис. 2.1), при этом tr а0. Представляет интерес разность Дог= а- а0. В [25] для определения а предложено использовать способ- построения мнимого излучателя. Правила введения мнимого излучателя [26] обоснованы тем, что в плоскости падения продольных волн из призмы на поверхность изделия малые углы отклонения от акустической;оси в призме А/3 и в изделии Да, связаны меж» ду собой соотношением ш(Д/?) = ——sin(Aa) cosa0 /cos/3, (2. 1) где (3- угол падения (угол призмы); C„ - скорость УЗ колебаний в призме; Сн - скорость УЗ в изделии.
В [25] отмечается, что угол а можно легко определить экспериментально для конкретного ПЭП. При этом рассматривается случай тонкого КСЖ, то есть когда его толщина значительно меньше длины волны в жидкости Я .
Пучок сдвиговых волн многократно отражается от свободных поверхностей стенки трубы. Нас интересуют условия, при которых отражение происходит без трансформации сдвиговых волн в продольные. Из [3] известно, что это имеет место, когда а больше третьего критического угла, то есть больше 57. Часто для контроля сварного шва труб в потоке ТЭСА соблюдают равенство а « 70 [9, 13, 27]. При этом целесообразно добиваться слабой зависимости амплитуды эхо-сигнала от любого отражателя металла шва, от изменений а.
Из диаграммы, приведенной в [25], видно, что на участке а « 70 имеет место сильная зависимость коэффициента прозрачности Det для сдвиговых волн от угла падения Д то есть на этом участке слабые изменения ф приводят к существенным изменениям о:, а, следовательно, и к существенным изменениям амплитуды эхосигнала от дефекта шва. Для получения медленно меняющейся функции Det{f$) более целесообразно выбирать ее в пределах 60- 65. Этому условию лучше удовлетворяют ПЭП, угол призмы которых находится в пределах 43- 48 (для оргстекла). На этом участке Det» 0 22.
Известно, что угол /3 для серийных ПЭП одного типа, выбранных из одной партии, имеет некоторый разброс значений. Это приводит к более существенному разбросу значений а, особенно на участке, близком к а 70. Кроме того, при а 70, имеет место возбуждение поверхностных волн большей интенсивности и, следовательно, увеличивается вероятность попадания, в строб-импульс эхосигнала от передней кромки валика усиления шва.
В работе [28] рассмотрен вопрос, как влияет кривизна наружной и внутренней поверхностей трубы на процесс распространения пучка сдвиговых волн. Показано, что для труб с отношением толщины стенки к диаметру более 0,1 необходимо учитывать влияние кривизны. Приведены формулы, по которым можно рассчитать путь зондирующего импульса от точки ввода до шва с учетом кривизны поверхностей. Для всех: труб, которые рассматриваются в настоящей работе это отношение менее 0,1, то есть в этом г случае справедливы теоретические исследования и предпосылки, сделанные для металлического листа, являющегося: исходным материалом для изготовления сварных труб.
Из практики контроля листов наклонными ПЭП известно, что имеет место явление, когда амплитуда эхосигнала от искусственного отражателя (Ад), например, от цилиндрического в осевой плоскости листа; значительно больше амплитуды эхосигнала от того же отражателя, расположенного в полубесконечном образце из того же материала, при равном пути зондирующего импульса. В работе [29] приведено теоретическое обоснование этого явления, которое представляет интерес и для автоматизированного контроля прямошовных и спирал ьношовных труб. В [29] используется понятие мнимого излучателя и введено определение максимального числа отражений пучка сдвиговых волн от поверхностей стенки листа пт, при превышении которого лист не может рассматриваться как полубезграничная среда.
Числу пт соответствует граничное расстояние Lm от точки ввода сдвиговых волн (точка 0 на рис. 2.2) до отражателя. При соблюдении условия п пт имеет место отмеченное выше увеличение амплитуды А$ от отражателя. Число п можно определить по формуле
Контроль сварного шва труб с нормированной формой валиков усиления
Для труб со снятым гратом заподлицо задача УЗ контроля сварного шва распадается на две части: вначале необходимо выявить участок периметра трубы, содержащий сварной шов, и обеспечить слежение акустическим блоком за этим участком; а затем по выбранной схеме осуществить контроль этого участка.
Зондирующий импульс сдвиговых волн, введенный в металл стенки трубы под некоторым углом а, распространяясь зигзагообразно, часто не отражается от сварного шва, так как остатки грата весьма малы: не более 0,25 мм [38]. В связи с этим, возникает необходимость разработки способа и специализированного ПЭП для выявления участка периметра трубы, содержащего шов. Сигналы этого ПЭП должны быть использованы для работы устройств автоматического слежения за поперечным смещением шва относительно неподвижных ПЭП, обеспечивающих контроль шва. Вотсутствие отражателей рассмотрим способ выявления участка периметра трубы, содержащего шов, основанный на том, что структура металла шва существенно отличается от структуры металла стенки трубы вблизи шва [27, 61-64, 66,67].
Выявить это различие можно, используя многократные отражения импульса продольных волн от поверхностей стенки трубы при вводе УЗК по нормали. В зависимости от толщины КСЖ (рис. 3.1) различают способы ввода УЗК в металл стенки трубы: иммерсионный, щелевой и контактный.
К иммерсионному способу отнесены случаи [71], для которых справедливо условие 2dx Сжім где йж — толщина контактного слоя жидкости, 7 . - скорость УЗК в жидкости, -длительность импульса. Случаи, соответствующие условию 2сІж Сжіп , отнесены к контактному способу. В практике ультразвуковой эхо-импульсной дефектоскопии обычно используют импульсы, длительность которых равна 5 - 6 периодам колебаний то есть согласно определения, данного в [71],. к контактному способу следует отнести все случаи, когда толщина слоя жидкости изменяется от нуля до ЗЯ, где Я - длина волны УЗК в жидкости. Однако в той же работе отмечено, что случаи, удовлетворяющие условию ddfC X/8 существенно отличаются от случаев: X /8. Физическая основа такого отличия в том, что при Л/4 2сІж Сж-іп, в слое жидкости могут возникать резонансные явления, а в случае применения тонкого слоя жидкости, удовлетворяющего условию 2йж А/4, резонансные явления не возникают.
В теории линейных цепей. [72, 100] широко используют понятие о минимально-фазовых и неминимально-фазовых системах. Следовательно, тонкий слой; жидкости можно рассматривать как минимально-фазовую систему, а слой, в котором могут возникнуть резонансные явления, - как неминимально-фазовую систему.
В случае применения толстого слоя жидкости, удовлетворяющего условию 2d3K Сжг7п, резонансные явления также не возникают, так как импульсы УЗК в слое жидкости разделены во времени; (реверберационный процесс). Пользуясь терминологией; используемой в практике УЗ неразрушающего контроля изделий, к "иммерсионному способу" следует отнести случаи применения толстого слоя жидкости; то есть когда в слое имеет место реверберационный процесс, а к "щелевому способу" следует отнести случаи, когда в слое возникают резонансные явления и к "контактному способу", когда слой жидкости тонкий, в котором резонансные явления не возникают.
В работе. [73, 101] показано, что для контроля изделий с черновой поверхностью, в частности для контроля электросварных труб; могут быть применены только щелевые и иммерсионные способы.
Для выявления сварного шва в сечении стенки, трубы в качестве признака шва используем огибающую амплитуд серии эхосигналов от внутренней ; поверхности трубы (серию: донных, сигналов, которую обозначим {А}). Более крупная средняя зернистость металла сварного шва приводит к росту затухания; УЗК и, следовательно, к росту затухания {А}.
В случае применения щелевого способа вводам УЗК "в металл стенки трубы (рис. 3.1) огибающая серии; импульсов {Д } может быть существенно нестационарной;, вследствие нестационарности толщины слоя; контактной жидкости в процессе движения трубы относительно неподвижного ПЭП. Отраженный сигнал, падающий на поверхность ПЭП, имеет сложную форму, вследствие многократных отражений волн УЗК между границами сред двухслойной системы: среда 2 (жидкость) и среда 3 (металл) Таким образом; использование щелевого способа для выявления сварного шва и слежения акустическим блоком за его положением не представляется целесообразным.
Более приемлем локально-иммерсионный способ ввода УЗК в металл стенки трубы, представленный,на;рис.3.2. В этом случае следует рассматривать многократные отражения волн УЗК между поверхностями стенки трубы. Слой металла будем рассматривать как плоскопараллельный, то есть, полагаем, что кривизна поверхности трубы на участке ввода пучка УЗК не приводит к существенному отклонению от плоскостного случая.
Метрологические аспекты автоматизированного УЗ контроля сварных швов труб
Принцип работы дефектоскопа (рис. ЗЛ2, 3.13 и 3.14) состоит в следующем. После приема импульса "ПУСК" от процессора устройством ПУСК ИШ, синхроимпульсом запускается генератор, который возбуждает ИП 1 (момент /=0 на диаграмме 2, рис. ЗЛ4). Излученный зондирующий УЗ импульс направлен перпендикулярно оси шва (рис. 3.12). Эхо-сигналы, например, от непровара, после усиления поступают на вход временного селектора, на другой вход которого поступает строб-импульс с выхода формирователя строб-импульсов (ФСТИ). С помощью ФСТИ и контрольного образца трубы осуществляется выбор рабочего участка осциллирующей функции Ad(L) в соответствии с рекомендациями, изложенными во второй главе, то есть устанавливается параметр LQ и зона контроля металла шва. Запуск ФСТИ осуществляется тем же синхроимпульсом. Сигнал Лд с выхода селектора поступает на вход АЦП, выход которого соединен с шиной процессора дефектоскопа. Необходимый порог амплитудной отсечки сигнала Лд может быть установлен на входе селектора. Оптимальный уровень усиления сигналов Лд устанавливает оператор с помощью контрольного образца трубы.
На некотором участке движущегося шва, равном, например, 2 mm, включается канал ДП в режим слежения;за швом (ПУСК СШ). На выходе селектора этого канала с помощью строб-импульса, поступающего с выхода ФСТИ, селектируется, например, третий донный,эхо-сигнал из серии {Di}, поступившей на вход селектора (см. рис. 3.6). Этот донный?эхосигнал поступает на вход: узла сравнения, на другой вход которого поступает установленный опорный сигнал. Сигнал рассогласования с выхода узла сравнения используется для формирования управляющего сигнала, который поступает на вход исполнительного устройства.
Включение канала ДПв режим СШ можно осуществить от процессора либо, как показано нарис. 3.13, сигналом от специального счетчика: На вход счетчика; поступают импульсы от датчика= перемещения трубы (ДПТ), пространственный период которых равен, например, Л тт.. Если установить емкость счетчика равной 100j то 400й импульс включит канал ДП в режим СШ на время, равное двум импульсам. За это время будет получено п серий донных эхо-импульсов; { /}, где j-число донных эхо-сигналов в каждой серии.Вп. 3.1.2 показано, что / 20.
В рассматриваемом нами примере (п: ЗЛ.2) мы определили, что частота1 зондирующих.импульсов канала ДП в режиме СШ, равная 10 kHz, является приемлемой. Для скорости перемещения трубы равной 1 mm/ms получим п — 201.Это число п = 20 вполне достаточно для формирования управляющего сигнала.
Во время работы канала ДП в режиме СПГканалы ИШ и ИП2 переходят в режим приема шумовых сигналов, излучаемых участком периметра трубы, в котором возбуждается последовательность серии {Di}. Эти шумовые сигналы (см. рис. 3.8) также имеют вид последовательности, состоящей из п отдельных сигналов. Каждый сигнал, то есть огибающая амплитуд нескольких радиоимпульсов, соответствующих серии {Di}, поступает на вход дискретизатора, выход которого соединен с аналоговым входом АЦП.
Назначение дискретизатора и АЦП состоит в том, чтобы получить К дискретных значений сигнала. Частота дискретизации (число К) задается регулятором "УСТАВКА Л7 ! Ряд дискретных значений с выхода АЦП поступает на вход устройства, которое определяет среднее значение сигнала. Полное множество средних значений равное п;. запоминается в оперативной памяти процессора и на этом заканчивается первый промежуток времени, отведенного для работы канала ДП в режиме CIIL Процессор из я множества значений определяет среднее значение, которое обозначено Аш.
Через 100 mm шва наступает второй промежуток времени работы канала ДП в режиме СШ; за которым наступит третийи так далее промежутки времени, в которых канал ДП работает в режиме СШ.
В определенной; секции: памяти процессора формируется; ряд случайных значений Аш. В п. 3.1.2 определили, что период повторения значений :АШ равен 0,1s (как пример, с целью возможности наблюдения шумовых сигналов на экране осциллографа); Следовательно, имеет место случайная дискретная функция Аш[т], где = 1, 2 ..., оо. С целью пол учения управляющего напряжения для; устройства АРУ, функцию Аш[т] необходимо интегрировать с выбранной постоянной времени т. На рис. 3; 13 интегратор показан в г виде отдельного устройства, на вход которого от процессора поступает текущая функция Аш[т], а на выходе формируется управляющее напряжение для АРУ.
В п. 3Л:2 отмечено, что рассматриваемое АРУ канала дефектоскопа работает по принципу стабилизаторов компенсационного типа. С целью уменьшения возможности недокомпенсации или перекомпенсации предусмотрен регулятор "УСТАВКА АРУ", положение; которого может быть опред ел єно с помощью контрольного образца трубы.
Необходимо отметить, что,-используемые в известных установках автоматизированного контроля сварных швов; труб, устройства АРУ также являются; стабилизаторами компенсационного типа, но предложенный способ формирования управляющего напряжения для АРУ канала дефектоскопа существенно отличается от известных способов и содержит новизну.
