Спосіб ультразвукового контролю товщини стінки труб

Спосіб ультразвукового контролю товщини стінки труб, відповідно котрому у стінку тр уби, яка зазнає поступально-обертальне переміщення через імерсійну рідину, за допомогою випромінювача 29300 багаторазових віддзеркалень, або ж замір коливання амплітуди сигналу при наскрізному прозвученні ("Неразрушающий контроль и диагностика", Справочник, М.: Ма шиностроение, 1995 г., с. 216-219). Використовувати цей спосіб для перевірки товщини стінки не дозволяють обмеження достовірності замірів через вплив скривлення та шершавості поверхні труб. Якщо, для пологих чисто оброблених виробів мінімальна товщина стінки складає 0,1-0,3 мм (при абсолютних огріхах вимірів 1-5 мкм), то при збільшенні скривлення поверхні виробів нижня межа замірів швидко зростає. Вже при замірах товщини стінки труб Ø50 мм вона дорівнює 1 мм. В основному цей спосіб використовують при ручному контактному варіанті вводу УЗколивань. При безперервному режимі випромінювання товщина стінки виробу заміряється по змінах величини амплітуд одноразового пробігу сигналу. Але, при автоматичному контролі товщини стінки в "тіньовому" варіанті, ні ехо-імпульсний, ні безперервний режими випромінювання широко не застосовуються тому, що їх точність залежить від багатьох факторів, та головним з них є неможливість введення приймача-випромінювача в порожнину труби. Відомий ще спосіб ультразвукового контролю товщини стінки труб, відповідно котрому у стінку труби, яка зазнає поступально-обертальне переміщення через імерсійну рідину, за допомогою випромінювача проводять введення ультразвукових коливань та сприймають приймачем сигнали, котрі пройшли через стінку труби, а величину товщини стінки визначають шляхом порівняння амплітуд цих сигналів з амплітудами сигналів від еталонів. При цьому контроль здійснюють через поперечник труби та її обидві стінки. Випромінювач УЗколивань розміщують з одного боку труби, а приймач сигналів - з протилежного боку. Труба заповнюється імерсійною рідиною. Труби з малою скривленістю поверхні прозвучують вздовжними хвилями, а з великою скривленістю - поперечними хвилями (а.с. № 1224715, G01N29/04, 1985 г.). При користуванні таким способом контролю його достовірність низька тому, що на шляху проходження УЗ-коливань від випромінювача до приймача постає подвійна товщина стінки. Дійсно, спільний час проходження УЗ-коливань від випромінювача до приймача через поперечний переріз дорівнює: tcn=L/C в-(1/Cв-1/C м )(D-d), де L - відстань від випромінювача до приймача, Св - швидкість УЗ-коливань в воді, См - швидкість УЗ-коливань в металі труби, D - зовнішній діаметр труби, d - внутрішній діаметр труби. Із усіх постійних членів УЗ-тракту множник (D-d) є величина змінна, при цьому вона відповідна подвійній товщині стінки. Отже, при наявності в труба х ексцентриситету внутрішнього діаметра (часте явище при прошивці труб), або змін зовнішнього діаметра, точно виявити розмір стінки неможливо. Окрім того, двостінково-тіньовий засіб потребує заповнення імерсійною рідиною внутрішньої порожнечі труб, що викликає багато незруч ностей: як пухирки повітря та інші, а це призводить до повної непрохідності сигналу до приймача. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб ультразвукового контролю товщини стінки труб шляхом зміни умов вводу УЗ-коливань та умов прийому приймачем сигналів, котрі пройшли через стінку тр уби, щоб забезпечити підвищення достовірності контролю товщини стінки. Поставлена задача розв'язується таким чином, що в способі ультразвукового контролю товщини стінки труб, відповідно котрому у стінку труби, яка зазнає поступально-обертальне переміщення через імерсійну рідину, за допомогою випромінювача проводять введення ультразвукових коливань та сприймають приймачем сигнали, котрі пройшли через стінку труби, а величину товщини стінки визначають шляхом порівняння амплітуд цих сигналів з амплітудами сигналів від еталонів, згідно з винаходом, контроль товщини здійснюють вздовж стінки труби, при цьому випромінювач ультразвукових коливань та приймач сигналів, котрі пройшли стінку труби, розміщують в одній площині, яка проходить через утворюючу тр убної поверхні та на однаковій віддалі від поверхні труби, причому кут вводу ультразвукових коливань та кут прийняття сигналів приймачем рівні поміж собою, а їх величину вибирають з діапазону 16-38°. Пропонований спосіб від прототипу відрізняється тим, що умови вводу УЗ-коливань та умови прийому приймачем сигналів зовсім інші, що дає можливість здійснювати контроль товщини стінки вздовж неї, причому кути вводу коливань та прийому сигналів приймачем рівні поміж собою, а їх величина вибирається з указаного діапазону. Технічним результатом пропонованого способу є підвищення достовірності контролю товщини стінки. Це досягається завдяки виключенню впливу зовнішнього діаметра труби та впливу ексцентриситету її вн утрішнього діаметра, а також, завдяки відсутності виміру усередненої товщини стінки, що характерне для прототипу. Дійсно, в пропонованому способі контролю отримання інформації здійснюється тільки від кожного вузького пологопаралельного відрізка однієї стінки труби, час проходження сигналу по котрому може бути підраховано за формулою: L + L3 L2 t заг = 1 + , Cв Cм де tзаг - час проходження УЗ-імпульсу від випромінювача до приймача (включно з часом проходження імпульсу в стінці труби), L1 + L3 - час проходження УЗ-імпульсу в імерCв сійній рідині на дільницях: випромінювач - поверхня тр уби та поверхня тр уби - приймач, L2 - чає проходження УЗ-імпульсу в самій Cм стінці труби. З формули бачимо, що тільки другий додаток є величина змінна, залежна від товщини стінки труби. Окрім того, в формулі не фігур ують зовнішній та внутрішній діаметри, різниця між якими відповідає подвійній товщині стінки відповідно прототипу. 2 29300 Кут вводу УЗ-коливань та дорівнюючий йому кут прийняття сигналів вибирають з діапазону 16-38º (знайденого дослідним шляхом), який відповідає збудженню в товщі стінки труби поперечних та нормальних хвиль. Пропонований спосіб ультразвукового контролю товщини стінки труб здійснюють таким чином. По-перше, відтворення пропонованого способу можливе на будь-якому ехо-тіньовому дефектоскопі типу ДУК-66, USL, RPA та інших, що працюють в імпульсному режимі. Це можливо тому, що вказані прилади мають вузли, функції яких аналогічні функціям товщиномірів (генератор зондуючи х імпульсів, синхронізатор, генератор розгортки та інші). Ми використали дефектоскоп типу ДУК-66 з випромінювачем та приймачем УЗколивань, маючих можливість роботи в імерсійному варіанті, з циліндрично-фокусуючими лінзами і п'єзоелементами з несучою частотою 5 МГц. Спосіб має таку послідовність. 1. Випромінювач і приймач УЗ-коливань розташовують в спеціальній головці, яка дозволяє робити прецизійне відсліджування скривлення труби. Окрім того, головка забезпечує розміщення випромінювача та приймача в одній площині, яка проходить через утворюючу тр убної поверхні, (тільки з одного боку від поверхні труби) та на однаковій віддалі від неї. 2. В ванночку, де розміщена головка і де є імерсійна рідина, заводять еталон з номінальною товщиною стінки. Вмикають випромінювач УЗколивань в вузол дефектоскопа на режим "ехо". 3. Випромінювач УЗ-коливань розміщають великою напіввіссю фокальної плями паралельно вісі труби на фокусну відстань від поверхні труби (20-22 мм). На екрані дефектоскопа відшукують максимальну амплітуду віддзеркаленого від поверхні труби сигналу і закріпляють випромінювач. Розворотом випромінювача в бік приймача утворюють необхідний кут вводу, що підбирається з діапазону 16-38°. Для труб з товстими стінками і труб з середньою товщиною стінок кути вводу 16-27° забезпечують ввід поперечних хвиль, а для труб з тонкими і особливо тонкими стінками забезпечують збудження нормальних хвиль кути вводу 32-38°. Найкращою умовою вірного налагодження випромінювача по куту вводу є максимальна амплітуда віддзеркалення відбитку, який передчасно був нанесений на внутрішню поверхню еталона-взірця у вигляді крапки довільних розмірів. 4. Вимикають від дефектоскопа випромінювач та підключають до нього приймач (в режимі "ехо"). Потім роблять аналогічне налагодження приймача УЗ-коливань, але кут прийняття забезпечують розворотом його в бік вимкнутого випромінювача. 5. Вмикають випромінювач УЗ-коливань в дефектоскоп і перевмикають його на режим "тінь". На екрані дефектоскопа повинен спостерігатися сигнал, що пройшов по стінці труби від випромінювача до приймача. Амплітуду цього сигналу виставляють на величину 50% від вертикалі екрану (від лінії розгортки до верха екрану). 6. Почергово змінюють еталони-взірці з недопустимим відхилом розміру стінок на плюс та на мінус, за вимогами ТУ, фіксуючи амплітуди сиг налів, котрі пройшли через стінку на стрічку самописця, або ж на індикаторному пристрої, визначають поле допуску. 7. Здійснюють контроль труб, для чого кожну трубу поступально-обертально переміщують через імерсійну рідину вздовж вісі з шагом, що дорівнює, або дещо більше відстані між входом та виходом УЗ-коливань в стінці труби. Відтворюють запис товщин стінки по всій довжині труби та її поверхні і порівнюють амплітуди сигналів, котрі пройшли через стінку тр уби, з амплітудами сигналів, що є від еталонів-взірців. Приклад практичного користування способу, що пропонується. При контролі користувалися дефектоскопом ДУК-66 з випромінювачем та приймачем УЗколивань, пристосованими до імерсійного варіанту з несучою частотою 5 МГц і циліндрично фокусуючими лінзами з фокусною відстанню F=20-22 мм. Здійснювався контроль товщини стінки труб Ø8´1,5 мм. 1. Підключивши випромінювач та приймач в схему де фектоскопа і розмістивши їх в слідкуючій головці, з діапазону кутів 16-27° вибрали кут 19°, який є оптимальним кутом вводу та прийому УЗ-коливань для цього розміру. 2. По еталонах-взірцях визначили величину амплітуд, що пройшли від випромінювача до приймача сигналів: для номінальної товщини стінки (1,5 мм) – 25±2 мм ; для стінки з недопустимим відхилом ±10% від товщини (тобто 1,65 та 1,35 мм) – 5 мм і 50 мм, відповідно з тією ж погрішністю. 3. Здійснили контроль труб з танталу в кількості 30 шт., довжиною 1,2 м, проводячи запис на діаграму-стрічку самописця. Показники контролю порівняли з записом еталонів-взірців. В 7-х тр уба х (тобто 23,3%) був виявлений розбіг товщини, більший за допустимий. На труба х в 25 місцях вирізали ділянки з максимальним та мінімальним відхилом розмірів від номіналу і індикатором часового типу, ці місця переміряли з точністю ±2 мкм. Всі вирізані зразки мали товщину стінки вище допустимого розміру. Замір товщини труб ОТК, перед їх контролем запропонованим способом, не вказав на якість відхилу по стінці і вони були признані годящими. Ті самі місця з великим розбігом розміру стінки труби (25 місць до вирізки) були проконтрольовані способом за прототипом. Цей спосіб підтвердив великий розбіг товщини стінки тільки в 11 місцях, тобто спосіб за прототипом має достовірність лише 44%, тоді коли пропонований спосіб показав 100%. Таким чином, пропонований спосіб контролю значно достовірніше виявляє розбіжності товщини стінки труб широкого сортаменту, при цьому він дозволяє використовувати серійний ультразвуковий дефектоскоп сумісно з існуючими імерсійними випромінювачами, які використовують також для дефектоскопії труб. Останнє робить спосіб універсальним тому, що одночасно з дефектоскопією труб можна виконувати також їх товщинометрію, причому прямо в лінії обробки на будь-якій ділянці лінії без попередньої підготовки до контролю (правка, обрізка, зачистка та інші операції), та активно впливати на якість вироблюваних труб. 3 29300 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 4