Моделирование дефектов в ультразвуковой дефектоскопии. Состояние и перспективы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Во введении к статье отмечены четыре фактора, наиболее значимые для обеспечения точности измерений параметров дефектов при ультразвуковом контроле: параметры искусственных отражателей в образцах, соответствие акустических свойств материала настроечных образцов и контролируемых изделий, переходные характеристики электроакустических трактов, методические особенности выполнения измерений. Настоящая статья посвящена анализу первого и отчасти четвертого из перечисленных факторов. Проведен обзор отражателей, применение которых регламентировано в различных стандартах. Отмечены достоинства и недостатки отверстий с плоским дном, сегментных и угловых отражателей («зарубок»), боковых (БЦО) и вертикальных цилиндрических сверлений, пазов. Учитывая особенности рассеяния ультразвуковых волн, отмечено, что искусственные «отражатели» типа «паз» и БЦО используются для настройки параметров современных дифракционных методов контроля. Рекомендовано расширить применение пазов, БЦО и вертикального сверления при пересмотре стандартов, регламентирующих применение классических эхометодов. Приведена оценка точности измерения параметров дефектов, в первую очередь координат острия трещин, с применением современных цифровых методов обработки информации при ультразвуковом контроле. Указано, что для повышения точности измерений, определения положения и ориентации трещин в сварных швах необходимо создание базы данных цифровых двойников образцов с искусственными отражателями и изделий с реальными дефектами. Приведена общая схема выполнения работ по контролю качества, учитывающая применение эталонов (мер), цифровых моделей искусственных отражателей и цифровых двойников процесса контроля для обеспечения необходимой выявляемости дефектов и достоверности ручного, автоматизированного и потенциально автоматического контроля.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Ю. Могильнер

ФГУВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана»; Федеральное государственное автономное учреждение «Научно-учебный центр «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н.Э. Баумана»

Автор, ответственный за переписку.
Email: mogilner@mail.ru
Россия, 105005 Москва, Бауманская 2-я ул., 5/1; 105005 Москва, Бауманская 2-я ул., 5

В. А. Сясько

ООО «Константа»

Email: 9334343@gmail.com
Россия, 199106 Санкт-Петербург, Огородный переулок, 21

А. И. Шихов

Санкт-Петербургский Горный Университет

Email: shihov-gol@mail.ru
Россия, 199106 Санкт-Петербург, 21 линия ВО, 2

Список литературы

  1. Алешин Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х., Вощанов А.К., Ермолов И.Н., Гурвич А.К. Методы акустического контроля металлов. М.: Машиностроение, 1989. С. 456.
  2. Неразрушающий контроль. Справочник в 8 томах / Под общей редакцией В.В. Клюева. Т 3. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль. М.: Машиностроение, 2008. С. 864.
  3. Krautkramer Josef & Herbert. Werkstoffprufung mit Ultrachall. Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo: Springer-Verlag, 1986. (Й. и Г. Крауткремер. Ультразвуковой контроль материалов. Справочник. Пер. с нем. Под ред. В.Н. Волченко. М.: Металлургия, 1991. С. 752.)
  4. Бадалян В.Г., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Кононов Д.А., Самарин П.Ф., Тихонов Д.С. Ультразвуковая дефектометрия металлов с применением голографических методов / Под ред. А.Х. Вопилкина. М.: Машиностроение, 2008. С. 368.
  5. Интернет ресурс: https://acsys.ru/vozmozhnosti-otsenki-kharactera-nesploshnosti-metalla-ultrazvukovym-tomografom/. Дата обращения 18.12.2023.
  6. Гинзел Э. TOFD. Дифракционно-временной метод ультразвуковой дефектоскопии. М.: ДПК Пресс, 2021. С. 312. (Ed. Ginzel. Ultrasonic Time of Flight Diffraction. Waterloo, Ontario, Canada: Eclipse Scientific, 2013. 249 p.)
  7. Ginzel E. Phased Array Ultrasonic Technology. Waterloo, Ontario, Canada: Eclipse Scientific, 2013. С. 348.
  8. Ультразвуковая дефектометрия. 30 лет: Юбилейный сборник трудов ООО «НПЦ «Эхо+» / Под ред. А.Х. Вопилкина. М.: Изд. дом «Спектр», 2020. С. 216.
  9. Gogolinskiy K., Syasko V. Metrological Assurance and Standardization of Advanced Tools and Technologies for nondestructive Testing and Condition Monitoring (NDT4.0) // Research in Nondestructive Evaluation. 2020. № 31. С. 325—339. https://doi.org/10.1080/09349847.2020.1841863
  10. Syasko V., Gogolinskiy K. From NDT to Condition Monitoring // Development Trends in Digital Economy. null. 2020. No. 23. P. 4—8. https://doi.org/10.12737/1609-3178-2020-4-8
  11. Могильнер Л.Ю., Неганов Д.А., Скуридин Н.Н. Обследование металлоконструкций на площадочных объектах магистральных трубопроводов. М.: Техносфера, 2023. С. 440.
  12. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении. Санкт-Петербург: Изд-во Свен, 2014. 312 с.
  13. Интернет ресурс: stena.ee/blog/rfr-eto-rabotaet-eholokatsia-delfinov. Дата обращения 18.12.2023.
  14. Интернет ресурс: evromedcompany.ru/ultrazvuk/rukovodstvo-po-ultrozvuk. Дата обращения 18.12.2023.
  15. Syas’ko V., Shikhov A. Assessing the State of Structural Foundations in Permafrost Regions by Means of Acoustic Testing // Appl. Sci. 2022. № 12. С. 2364. https://doi.org/10.3390/app12052364
  16. Ogino T., Kawaguchi T., Yamashita S., Kawajiri S. Measurement deviations for shear wave velocity of bender element test using time domain, cross-correlation, and frequency domain approaches // Soils and Foundations. 2015. No. 55. P. 329—342. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2015.02.009.
  17. ГОСТ Р 55724—2013. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.
  18. ISO 2400. Non-destructive testing — Ultrasonic examination — Specification for calibration block No. 1.
  19. ISO 7963. Non-destructive testing — Ultrasonic examination — Specification for calibration block No. 2.
  20. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука, 2006. С. 219.
  21. Ринкевич А.Б., Смородинский Я.Г. Упругие волны в неоднородной пластине аустенита в модели трансверсальноизотропной среды // Дефектоскопия. 2001. № 7. С. 40—63.
  22. Алешин Н.П., Баранов В.Ю., Безсмертный С.П., Могильнер Л.Ю. Влияние анизотропии упругости проката на выявляемость дефектов при ультразвуковом контроле качества сварки труб большого диаметра // Дефектоскопия. 1988. № 6. С. 80—86.
  23. Ультразвуковые пьезопреобразователи для неразрушающего контроля / Под общей редакцией И.Н. Ермолова. М.: Машиностроение, 1986. С. 280.
  24. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. С. 240.
  25. Коншина В.Н., Дымкин Г.Я. Современные подходы к аттестации методик ультразвукового контроля // Дефектоскопия. 2008. № 2. С. 5—14.
  26. ГОСТ 8.495—83 Государственная система обеспечения единства измерений. Толщиномеры ультразвуковые контактные. Методы и средства поверки.
  27. Интернет ресурс: httrs://constanta-us.com/catalog/nabor_kusot_180). Дата обращения 15.01.2024.
  28. Могильнер Л.Ю., Временко А.В., Скуридин Н.Н., Придеин О.А. Применение электромагнитно-акустических толщиномеров при диагностировании металлоконструкций и механо-технологического оборудования // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. № 3. С. 315—325.
  29. ГОСТ 14782—86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.
  30. ГОСТ Р ИСО 5577—2009 Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь.
  31. Ермолов И.Н. Методы ультразвуковой дефектоскопии. Л.—М.: Изд-во Московского горного института, 1966. С. 267.
  32. Краморов Г.А., Евсюков В.Н. О соотношении площадей плоскодонного и углового отражателей // Дефектоскопия. 1973. № 4. С. 138—140.
  33. Перевалов С.П., Райхман А.З. Акустический тракт наклонного искателя для отражателя углового типа // Дефектоскопия. Ч. 1. 1979. № 11. С. 5—15. Дефектоскопия. Ч 2. 1979. № 12. С. 28—36.
  34. Интернет ресурс: https://a3-eng.com/ultrazvukovoj-kontol. Дата обращения 22.01.2024.
  35. Голубев А.С. Отражение плоских волн от цилиндрического дефекта // Дефектоскопия. 1961. № 7. С. 174—180.
  36. Алешин Н.П., Могильнер Л.Ю. Анализ упругого поля ультразвуковых волн, рассеянных на цилиндрической полости // Дефектоскопия. 1982. № 12. С. 18—29.
  37. Могильнер Л.Ю. Применение цилиндрического отражателя для настройки чувствительности при ультразвуковом контроле // Дефектоскопия. 2018. № 7. С. 27—36.
  38. Могильнер Л.Ю., Смородинский Я.Г. Ультразвуковой контроль: применение цилиндрического сверления для настройки и поверки оборудования // Дефектоскопия. 2018. № 9. С. 14—20.
  39. ASME T-530. Ultrasonic Testing of Welded Joints.
  40. ISO 18611. Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Sensitivity and rage setting.
  41. Ермолов И.Н., Вопилкин А.Х., Бадалян В.Г. Расчеты в ультразвуковой дефектоскопии. (Краткий справочник). М.: ООО НПЦ НК «Эхо+», 2004. С. 109.
  42. Чернов В.С. Контроль качества сварных стыков труб малых диаметров: рентген или ультразвук // В мире неразрушающего контроля. 2002. № 2 (16). С. 32—39.
  43. Интернет ресурс: Официальный сервер Алтес (ultes.info). Дата обращения 15.03.2024.
  44. Алешин Н.П., Баранов В.Ю., Лежава А.Г., Могильнер Л.Ю. Настройка чувствительности ультразвукового контроля по вертикальному цилиндрическому отверстию // Дефектоскопия. 1989. № 10. С. 23—29.
  45. Алешин Н.П., Лежава А.Г., Могильнер Л.Ю. Изучение дифракции упругой волны на канальных дефектах и рекомендации по повышению их выявляемости // Дефектоскопия. 1986. № 11. С. 4—10.
  46. Silk Maurice G. Dr. Ultrasonic Transducers for Nondestructive Testing. Bristol: Adam Hilger, 1984.
  47. ISO 10863. Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Use of time-of-flight diffraction technique (TOFD).
  48. Алешин Н.П., Могильнер Л.Ю., Щипаков Н.А., Кусый А.Г., Тишкин В.В., Дегтярев М.Н. Об использовании пазов для моделирования трещин при ультразвуковой дефектоскопии // Дефектоскопия. 2022. № 2. С. 3—12.
  49. Мельникова А.В., Мишарин Д.А., Богданов Р.И., Ряховских И.В. Обоснование работоспособности магистральных газопроводов с дефектами коррозионного растрескивания под напряжением // Коррозия Территория Нефтегаз. 2015. № 2 (31). С. 32—40.
  50. Алешин Н.П., Крысько Н.В., Щипаков Н.А., Кусый А.Г. Ультразвуковой контроль и комплексное применение методов дефектоскопии при диагностировании магистральных трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2023. № 13 (1). С. 8—17.
  51. Колесников О.И., Гейт А.В., Голосов П.С. Границы применимости дифракционно-временного метода контроля на объектах трубопроводного транспорта // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. № 12 (6). С. 560—568.
  52. Могильнер Л.Ю., Кысько Н.В., Идрисов М.Т., Кусый А.Г. Опыт применения ультразвуковой технологии TOFD при диагностировании РВС // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2023. № 13 (5). С. 411—421.
  53. РД 34.17.302-97 (ОП 501 ЦД-97) Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды, сосуды. Сварные соединения. Контроль качества. Ультразвуковой контроль. Основные положения.
  54. Басацкая Л.В., Воронков В.А., Стасеев В.Г. Эталонирование чувствительности при ультразвуковом контроле // Тяжелое машиностроение. 2000. № 4. С. 24—26.
  55. Розина М.В. АРД-диаграммы. Где правда? // В мире неразрушающего контроля. 1999. № 3. С. 28.
  56. Данилов В.Н., Воронков В.А. О построении АРД-диаграмм // В мире неразрушающего контроля. 2001. № 2 (12). С. 20—22.
  57. Данилов В.Н., Воронков В.А. К вопросу об эталонировании чувствительности ультразвукового контроля с использованием АРД-диаграмм // Дефектоскопия. 2001. № 1. С. 56—60.
  58. Могильнер Л.Ю., Крысько Н.В. Рассеяние ультразвуковых волн на дефектах сварных швов и основного материала. Развитие аналитических и прикладных решений // Контроль. Диагностика. 2024. № 3. С. 4—13.
  59. Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. Ультразвуковая томография металлоконструкций методом цифровой фокусировки антенной решетки // Дефектоскопия. 2011. № 1. С. 21—28.
  60. Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г., Смородинский Я.Г. Термины ультразвукового контроля с антенными решетками и что они означают // Дефектоскопия. 2018. № 9. С. 31—40.
  61. Coulder A. Full Matrix Capture and Total Focusing Method: The Next Evolution in Ultrasonic Testing // Materials Evaluation. 2018. № 76 (5). С. 591—597. (Колдер А. Полноматричный захват и метод полной фокусировки: следующий этап развития ультразвукового контроля // В мире неразрушающего контроля. 2019. № 22 (4). С. 33—37.)
  62. Интернет ресурс: https://acsys.ru/vozmozhnosti-otsenki-kharactera-nesploshnosti-metalla-ultrazvukovym-tomografom/. Дата обращения 18.12.2023.
  63. Алешин Н.П., Могильнер Л.Ю., Лисин Ю.В., Крысько Н.В., Придеин О.А., Идрисов М.Т. Особенности обнаружения трещин при ультразвуковом контроле сварных соединений стенки резервуара вертикального стального // Нефтяное хозяйство. 2022. № 1. С. 86—91.
  64. Boikov A.V., Payor V.A., Savelev R.S., Kolesnikov A. Synthetic Data Generation for Steel Defect Detection and Classification Using Deep Learning // Symmetry. 2021. No. 13. P. 1176—1176. DOI: https://doi.org/10.3390/sym13071176
  65. The Value of DICONDE. Koetz, Andrea and Clendening, Sue. s.l.: NDT.net, 2008.
  66. Peloquin E. The NDE 4.0 Journey: How Adopting a Universal Open Format Empowers the Whole Industry // e-Journal of Nondestructive Testing (eJNDT Articles & News). Vol. 29 (1). Режим доступа: https://blog.asnt.org/the-nde-4-0-journey- how- adopting-a-universal-open-format-empowers-the-whole-industry/. Дата обращения 09.01.2024.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема настройки глубиномера и измерения толщины материала.

Скачать (84KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Измерение толщины литого материала по шероховатой поверхности при относительно малом (а) и большом (б) коэффициентах затухания УЗ волн [11, 28].

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Образец из плексигласа СО-1.

Скачать (1000KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Образцы из стали СО-2 и СО-3.

Скачать (150KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Образцы из стали V1 и V2.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Отражатели в настроечных образцах: сверление с плоским дном (а); сегментный (б); угловой (в); БЦО (г).

Скачать (233KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Пример АРД-диаграммы по И.Н. Ермолову. Кривые черного цвета — для сверления с плоским дном. Для сравнения кривая синего цвета — для БЦО.

Скачать (2MB)
Метаданные
9. Рис. 8. Поправка к предельной чувствительности при использовании зарубки [17].

Скачать (332KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Схема расчета эхосигнала от зарубки [33].

Скачать (100KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зеркальное отражение и огибание БЦО поперечными волнами.

Скачать (138KB)
Метаданные
12. Рис. 11. К настройке чувствительности по вертикальному сверлению.

Скачать (52KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Фрагмент настроечного образца с пазами, согласно [47]: общий вид (а); регламентированная форма паза (б).

Скачать (100KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Макрошлифы пазов раскрытием 0,14 (а), 0,4 (б), 1,0 (в), выполненных электроэрозионным способом [48].

Скачать (1MB)
Метаданные
15. Рис. 14. Трещины в сечении стенки трубы [49, 50]. Масштаб: 1 см : 50 мкм (а); 1 см : 100 мкм (б).

Скачать (2MB)
Метаданные
16. Рис. 15. S-скан сварного шва.

Скачать (1MB)
Метаданные
17. Рис. 16. Результат сканирования образца с плоскодонными отверстиями: схема расположения плоскодонных отверстий (а); В-скан (б); С-скан (в) [58].

Скачать (1MB)
Метаданные
18. Рис. 17. Влияние частоты (а) и угла ввода (б) на параметры АРД-диаграмм [56].

Скачать (1MB)
Метаданные
19. Рис. 18. Диаграмма допускаемых размеров дефектов.

Скачать (298KB)
Метаданные
20. Рис. 19. В- и D- сканы в сравнении с микрошлифом реальной трещины [8].

Скачать (1MB)
Метаданные
21. Рис. 20. Выявление БЦО в стальном образце с применением FMC/TFM [61].

Скачать (1MB)
Метаданные
22. Рис. 21. Выявление БЦО диаметром 1,5 мм и вертикального паза глубиной 4 мм с применением ЦФА [5].

Скачать (1MB)
Метаданные
23. Рис. 22. Общая схема выполнения работ по контролю качества [9, 64].

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах