Способ ультразвукового иммерсионного контроля труб Советский патент 1993 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к нераэрушаю- щему контролю и может быть использовано при ультразвуковой дефектоскопии полых цилиндрических изделий, в частности труб широкого сортамента с соотношением наружного диаметра к толщине стенки более двух.

Целью изобретения является повышение надежности контроля и расширение области его применения.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.

На чертеже приняты следующие обозначения: 1,2- пьезоэлектические преобразователи (ПЭП); 3 - направляющие втулки; 4 - планки-фиксаторы угла наклона of3; 5 - винты фиксации ПЭП; б - винты поперечного перемещения ПЭП; 7 - контролируемая труба; 8 - искусственный продольный дефект на внутренней поверхности.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Раздельно-совмещенный искатель с льезоэлементами 1, 2 располагают вдоль оси (00) трубы 7. Устанавливают угол между пьезоэлементами ПЭП равным 180° - 2 а, где а-угол возбуждения продольной волны в интервале 3 - 14°.

Для обеспечения этого условия в направляющие втулки 3 вставляется испытательный образец с поперечным дефектом на внутренней поверхности трубы 7. Затем подключается один из пьезоэлементов раздельно-совмещенного ПЭП, например, пье- зоэлемент 1 к дефектоскопу, работающему в эхо-импульсном режиме (другой пьезоэле- мент 2 отключен). Отпустив винт планки i фиксатора 4 и винт фиксации ПЭП 5, доби- ваются получения макисмального сигнала от поперечного дефекта {приближением или удалением направляющей втулки). Закреп00

о ю w XI ю

ляют винты 4 и 5. Это условие будет соответствовать углу а.

Аналогично осуществляют настройку второго пьезоэлемента 2. В результате этих операций пьезоэлементы искателя устанавливаются под углом друг к другу (.180° - 2 а),

Затем подключают оба пьезозлемента к генератору УЗ К. На экране дефектоскопа будут наблюдаться сигналы, отраженные от поверхности трубы, расстояние между которыми соответствует двойному расстоянию ПЭП от поверхности трубы. При этом сигналы от поперечного дефекта располагаются между этими поверхностями сигналами.

Для настройки на продольный дефект необходимо обеспечить смещение всего ПЭП в целом на величину

I R sin a, .

где R - радиус трубы;

а - угол, соответствующий образованию продольной волны в металле трубы и распространению центрального луча преломленной на границе вода-металл трубы продольной волны по касательной к внутренней стенке трубы и устанавливаемый в зависимости от D/S из интервала углов 3 - 14° (D-диаметр контролируемой трубы; S - толщина стенки),

Для обеспечения этого условия в направляющие втулки 3 вставляют испытательный образец с продольным дефектом 8 на внутренней поверхности трубы и микрометрическими винтами 6 плавно смещают ПЭП в сторону нахождения продольного дефекта до положения, при котором на экране появятся сигналы от него. При этом после каждого небольшого смещения ПЭП трубу поворачивают вокруг ее оси до появления максимальных сигналов от дефекта.

После этого полученные сигналы сравнивают с сигналом от поперечного дефекта аналогичной глубины и протяженности и в случае различия между ними на величину ЗдБ и более повторно смещают ПЭП и добиваются различия в амплитудах сигналов от них (не более 1,5 дБ). Затем осуществляют дефектоскопию труб в обычном порядке, то есть возбуждают продольные ультразвуковые колебания в стенке трубы, принимают колебания, прошедшие в изделии, и по их параметрам судят о состоянии последнего.

Повышение надежности контроля и расширение области его применения достигается тем, что падающая продольная волна из жидкости на поверхность трубы трансформируется в металле трубы в продольную

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и поперечную и должна касаться внутренней поверхности трубы только продольной волной. Поперечная, с весьма малой энергией, встречает внутреннюю поверхность под углом преломления, меньшим угла преломления продольной волны, и в предлагаемом способе не используется.

Таким образом, благодаря трансформации падающей из воды продольной волны в продольную волну в металле исключается образование на поверхности трубы поверхностной волны, трансформированной из продольной, а следовательно, и отражения от ранее перечисленных мешающих факторов отсутствуют. Благодаря этому и повышается надежность контроля.

Предлагаемый способ контроля позволяет расширить сортамент контролируемых труб, начиная с D/S 2, так как в этом случае основным условием обеспечения контроля таких труб является использование первично трансформируемой продольной волны, центральный луч которой касается внутренней поверхности трубы, в особотолстостен- ных трубах или же трансформируется в нормальную волну в особотонкостенных трубах с D/S 5.

Для дефектоскопии труб в широком диапазоне сортамента используется одна частота УЗ К (в частности, 5 МГц).

Использование продольной УЗ волны в пределах от 3 до 14° для всего сортамента выпускаемых труб не противоречит закономерности трансформации падающей продольной волны на границу вода-сталь.

Предлагаемый способ контроля был опробован в производственных условиях. Контролю подвергались трубы из нержавеющих и высоколегированных марок сталей размерами 6 х 0,3; 36 х 6; 42 х 11 и 12 х 4,5 мм.

В образцах от этих труб были изготовлены искусственные дефекты (риски) продольной и поперечной ориентации глубиной 5% от толщины стенки и по ним осуществлялся контроль предлагаемым и существующим способами. Контролировались трубы в количестве; 6 х 0,3 мм - 51 шт; 36 х 6 мм - 19 шт; 42 х 11 мм - 112 шт; 12 х 4,5 мм - 23 шт (длиной от 4 до 6 метров).

Для труб 6 х 0,3 мм (D/S 20) предлагаемый способ имеет максимальную чувствительность как к продольным, так и к поперечным дефектам при угле падения 13°, При этом полностью отсутствует перебраковка труб. В прототипе максимальная чувствительность обеспечивается при угле 36°. При этом амплитуда сигнала превыша- ет амплитуду сигнала в предлагаемом способе на 5 мм. Однако для этого случая имеет

место перебраковка труб, достигающая 20%.

Для размера труб 36 х б мм (D/S 6) максимальная чувствительность достигнута при угле падения 9°, а для прототипа - при угле 19°. Однако, если для угла 9° перебраковка отсутствует полностью, то для угла 19° она достигает 30%.

Для труб 42 х 11 (D/S 3,8) предлагаемым способом максимальная чувствительность была получена при угле 7° с полным отсутствием перебракови. Дальней шее смещение преобразователя показало отражение от продольного и поперечного дефектов при угле 13°. Однако амплитуды сигналов при этом достигали всего 20 мм (при максимальном усилении дефектоскопа). Перебраковка в этом случае достигала 15% .

Для труб 12, х 4,5 мм (D/S 2,66) максимальная чувствительность предлагаемым способом была достигнута при угле падения 4° с полным отсутствием перебраковки. Дальнейшее смещение ПЭП не дало какого- либо отражения, хотя касание внутренней поверхности поперечной волы происходило при угле 6°. Однако получить какое-либо отражение от дефекта не представлялось возможным, так как поперечные волны энергетически в этом диапазоне весьма слабые.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение надежности и расширение сортамента контролируемых труб. Это связано с тем, что в предлагаемом способе ультразвукового иммерсионного контроля труб ввод ультразвуковых продольных волн в стенку контролируемого изделия в интервале углов 3-14° исключает возможность возникновения поверхностных волн, а следовательно, и отражение их

от таких мешающих факторов как шероховатость поверхности, пузырьки воздуха, загрязнения и т. д.

Расширение сортамента контролируемых труб обеспечивается за счет использования тех же продольных ультразвуковых волн при условии их касания внутренней стенки контролируемых труб с D/S 2.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ ультразвукового иммерсионного контроля труб, заключающийся в том, что раздельно-совмещенный искатель, пьезоэ- лементы которого расположены друг к другу под углом 180° - 2«, ориентируют вдоль

продольной оси трубы и смещают относительно ее на расстояние I R sin а, где R - радиус контролируемой трубы, а-угол возбуждения волны вдоль образующей трубы, затем возбуждают ультразвуковые колебания в материале трубы, принимают колебания, прошедшие через изделие, и по их параметрам судят о состоянии последнего, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля и расширения области его применения, волну вдоль образующей трубы вводят под углом 3- 14°, соответствующим распространению центрального луча преломленной на границе вода-материал трубы продольной волны по

касательной к внутренней стенке трубы.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при ультразвуковой дефектоскопии полых цилиндрических изделий, в частности труб широкого сортамента с соотношением наружного диаметра к толщине стенки более двух, Цель изобретения - повышение надежности контроля и расширение области применения способа. Способ отличается тем, что ультразвуковую волну вводят под углом 3-14°, соответствующим распространению центрального луча преломленной на границе вода-материал трубы по касательной и внутренней стенке трубы. 2 ил.

Редактор А. Вер

Составитель Я.Аникеев Техред М.Моргентал

Фие.2.

Корректор В.Петраш