RU2029300C1

RU2029300C1 - Method of ultrasonic flaw detection of cylindrical articles

Info

Publication number: RU2029300C1
Authority: RU
Inventors: Андрей Васильевич Кириков; Александр Вениаминович Дурнов; Юрий Вениаминович Дурнов
Original assignee: Андрей Васильевич Кириков; Александр Вениаминович Дурнов; Юрий Вениаминович Дурнов
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: metallurgy and mechanical engineering. SUBSTANCE: method of ultrasonic flaw detection of cylindrical articles involves the steps of: exciting an ultrasonic wave impulse in an article to be tested, providing multiple pass of this impulse along the perimeter of cross- section, discriminating in a predetermined time interval energy of acoustic impulses passed along the perimeter of cross-section and not reflected from a flaw, comparing this value with the total energy received within this time interval, deriving the information on the presence of flaw and its dimensions and on the state of acoustic contact from the ratio of these energies. The time interval within which analysis of article for the presence of flaws is carried out is selected from expression T_и> 2T_o where T_и is a time interval within which analysis of the article for the presence of flaws is carried out, T_о is time of single run of acoustic impulse along the perimeter of article cross-section. EFFECT: enhanced sensitivity, noise proofness. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии или машиностроения, а именно к способу неразрушающего контроля качества изделий, и может быть использовано для обнаружения дефектов труб, сортового проката и др. The invention relates to the field of metallurgy or mechanical engineering, and in particular to a method for non-destructive testing of product quality, and can be used to detect defects in pipes, long products, etc.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ ультразвуковой дефектоскопии трубных изделий [1], заключающийся в возбуждении в изделии импульса нормальной волны, осуществлении ее многократного прохождения по кольцевому сечению изделия и выделения из спектра принятых сигналов составляющей, частота которой обратна времени разового пробега импульса кольцевого сечения. По ее наличию судят о дефектности изделия. The closest in technical essence to the invention is a method of ultrasonic flaw detection of tubular products [1], which consists in the excitation of a normal wave pulse in the product, the implementation of its multiple passage through the annular section of the product and the selection of the component from the spectrum of received signals, the frequency of which is the reciprocal of the time of a single run of the ring pulse sections. By its presence, the defectiveness of the product is judged.

Однако электроакустический преобразователь, работающий в режиме приема, воспринимает циркулирующую по периметру цилиндрического изделия ультразвуковую волну даже на бездефектном участке изделия. Период прихода импульсов, циркулирующих в направлении излучения, совпадает с периодом прихода импульсов, многократно отраженных от дефекта и приходящих на приемный преобразователь с противоположного направления. However, the electro-acoustic transducer, operating in the reception mode, perceives an ultrasonic wave circulating around the perimeter of the cylindrical product even on a defect-free part of the product. The period of arrival of pulses circulating in the radiation direction coincides with the period of arrival of pulses repeatedly reflected from the defect and arriving at the receiving transducer from the opposite direction.

Таким образом, в спектре принимаемого сигнала даже на бездефектном участке изделия содержится составляющая, частота которой совпадает с частотой, по которой в данном способе судят о дефектности изделия. Поэтому в случае появления импульсов многократного отражения от дефекта последний может быть обнаружен только в том случае, если амплитуда этих импульсов превышает амплитуду импульсов волны, циркулирующей в направлении излучения. Это накладывает ограничение на применение способа при контроле мелких дефектов или дефектов, обладающих слабой отражательной способностью. Thus, in the spectrum of the received signal, even on the defect-free part of the product, a component is contained whose frequency coincides with the frequency by which the defectiveness of the product is judged in this method. Therefore, in the case of pulses of multiple reflection from a defect, the latter can only be detected if the amplitude of these pulses exceeds the amplitude of the pulses of the wave circulating in the direction of radiation. This imposes a restriction on the application of the method in the control of small defects or defects with weak reflectivity.

Данный способ не может быть реализован с применением электроакустических преобразователей, обладающих двусторонней характеристикой направленности, какими являются, например, электромагнит- но-акустические преобразователи [2]. This method cannot be implemented using electro-acoustic transducers having a two-sided directivity characteristic, such as, for example, electromagnetic-acoustic transducers [2].

К недостаткам данного способа относится также зависимость результатов контроля от состояния акустического контракта, невозможность оценки размеров дефекта, так как способ предполагает контроль только факта его наличия. The disadvantages of this method also include the dependence of the control results on the state of the acoustic contract, the impossibility of assessing the size of the defect, since the method involves monitoring only the fact of its presence.

Целью изобретения является повышение чувствительности к дефектам, возможность оценки размеров дефекта, независимость результатов контроля от изменения в широких пределах состояния акустического контакта, повышение помехоустойчивости. The aim of the invention is to increase the sensitivity to defects, the ability to assess the size of the defect, the independence of the control results from changes over a wide range of the state of the acoustic contact, increase noise immunity.

Это достигается тем, что в известном способе ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий, включающем возбуждение в изделии импульса ультразвуковой волны и осуществление многократного прохождения этого импульса по периметру сечения, на заданном временном интервале выделяют энергию акустических импульсов прошедших изделие по периметру сечения и не отраженных дефектом, и сравнивают это значение со всей акустической энергией, принятой на этом интервале времени. По отношению этих значений судят о наличии дефекта и его условных размерах. Причем по величине всей энергии акустических импульсов, принятых на указанном временном интервале, судят о состоянии акустического контакта. Временной интервал (Т_и), на котором производят анализ дефектности изделия, выбирается из соотношения:
Т_и > 2Т_о, где Т_о - время разового пробега акустического импульса по периметру сечения изделия.This is achieved by the fact that in the known method of ultrasonic flaw detection of cylindrical products, including the excitation of an ultrasonic wave pulse in the product and the implementation of the multiple passage of this pulse along the perimeter of the section, the energy of acoustic pulses transmitted through the section along the section perimeter and not reflected by the defect is isolated and compared this value with all the acoustic energy received over this time interval. In relation to these values, a defect and its conditional size are judged. Moreover, by the value of the total energy of the acoustic pulses received at the indicated time interval, the state of the acoustic contact is judged. The time interval (T _and ), on which the defective product is analyzed, is selected from the ratio:
T _and > 2T _about , where T _about - the time of a single run of the acoustic pulse along the perimeter of the cross section of the product.

Принятый на бездефектном участке изделия сигнал состоит преимущественно из импульсов того типа волн, который был возбужден (поверхностных или нормальных). Появление дефекта в зоне действия электроакустического преобразователя приводит к возникновению отраженных волн того же типа и, кроме того, волн других типов (в частности, объемных), последние образуются за счет дифракции на поверхности дефекта. Суммарная энергия импульсов, обусловленных наличием дефекта, существенно зависит от его размеров. С другой стороны, дефект ослабляет ультразвуковой импульс, прошедший по периметру сечения в направлении излучения. Причем эффект ослабления прошедшего сигнала проявляется тем сильнее, чем больше размеры дефекта. Таким образом, по отношению энергии, прошедшей по периметру сечения, к энергии отраженных от дефекта и дифрагированных на нем волн можно судить о его размерах. Изменение акустического контакта одинаковым образом влияет на обе составляющие принятого сигнала, поэтому указанное отношение остается практически постоянным. The signal received on the defect-free part of the product consists mainly of pulses of the type of waves that were excited (surface or normal). The appearance of a defect in the coverage area of the electro-acoustic transducer leads to the appearance of reflected waves of the same type and, in addition, waves of other types (in particular, volume waves), the latter being formed due to diffraction on the surface of the defect. The total energy of the pulses due to the presence of a defect substantially depends on its size. On the other hand, the defect weakens the ultrasonic pulse that has passed along the perimeter of the section in the radiation direction. Moreover, the effect of attenuation of the transmitted signal is manifested the stronger, the larger the size of the defect. Thus, by the ratio of the energy that has passed along the perimeter of the section to the energy of the waves reflected from the defect and diffracted on it, one can judge its size. Changing the acoustic contact in the same way affects both components of the received signal, so this ratio remains almost constant.

На чертеже изображена схема контроля прутка с помощью поверхностных ультразвуковых волн. Схема включает контролируемое изделие 1 с дефектом 2, электроакустический совмещенный преобразователь 3, ультразвуковой дефектоскоп 4, схему 5 обработки видеосигнала. Контроль осуществляют следующим образом. The drawing shows a control circuit of a bar using surface ultrasonic waves. The circuit includes a controlled product 1 with a defect 2, an electro-acoustic combined transducer 3, an ultrasonic flaw detector 4, a video signal processing circuit 5. The control is as follows.

С помощью электроакустического преобразователя 3 в контролируемом изделии 1 возбуждают импульс поверхностной волны. Волна 6 распространяется по периметру сечения, доходит до дефекта 2, частично проходит его в виде волны 7, частично отражается в виде поверхностной волны, а частично трансформируется на дефекте в объемные (продольные, поперечные и др.) волны. Using an electro-acoustic transducer 3 in a controlled product 1, a surface wave pulse is excited. Wave 6 propagates along the perimeter of the cross section, reaches defect 2, partially passes it in the form of wave 7, partially reflects as a surface wave, and partially transforms at the defect into volumetric (longitudinal, transverse, etc.) waves.

Трансформированные волны проходят через объем изделия, отражаются от свободных его границ, порождая новые типы волн, которые регистрируются электроакустическим преобразователем 3. Принятый электроакустическим преобразователем сигнал состоит из импульсов многократно прошедшей поверхностной волны в направлении излучения по периметру изделия импульсов поверхностной волны, отраженной от дефекта, и импульсов волн, дифрагированных на дефекте. Принятый сигнал усиливается и детектируется усилителем ультразвукового дефектоскопа и поступает в схему обработки видеосигнала, которая осуществляет выделение из принятой совокупности импульсов, пришедших на заданном интервале времени, импульсов, соответствующих поверхностной волне, циркулирующей в направлении излучения, и вычисляет отношение энергии этих импульсов ко всей энергии, принятой на заданном интервале. Transformed waves pass through the volume of the product, are reflected from its free boundaries, generating new types of waves that are recorded by the electro-acoustic transducer 3. The signal received by the electro-acoustic transducer consists of pulses of a multiple transmitted surface wave in the direction of radiation along the perimeter of the product of the surface wave pulses reflected from the defect, and pulses of waves diffracted by a defect. The received signal is amplified and detected by the amplifier of the ultrasonic flaw detector and enters the video signal processing circuit, which extracts from the received set of pulses arriving at a given time interval, the pulses corresponding to the surface wave circulating in the radiation direction, and calculates the ratio of the energy of these pulses to all energy, taken at a given interval.

Характерную осциллограмму видеосигнала, соответствующего бездефектному участку изделия, формируют следующим образом. За начальным зондирующим импульсом через интервалы времени
T =

, где L - периметр изделия;
C_R - скорость поверхностной волны в материале изделия, следуют импульсы волны, прошедшей в направлении излучения по периметру изделия и расположенные в последовательных временных интервалах за зондирующим. Если рассматривать процесс в заданном временном интервале, то в такой ситуации отношение энергии импульсов, расположенных в последовательных интервалах времени ко всей энергии, заключенной в заданном интервале, равно единице.The characteristic waveform of the video signal corresponding to the defect-free part of the product is formed as follows. Behind the initial probe pulse at time intervals
T =

where L is the perimeter of the product;
C _R is the speed of the surface wave in the material of the product, followed by the pulses of the wave transmitted in the direction of radiation along the perimeter of the product and located in successive time intervals behind the probe. If we consider the process in a given time interval, then in such a situation the ratio of the energy of pulses located in successive time intervals to all the energy contained in a given interval is equal to unity.

Характерная осциллограмма видеосигнала, соответствующая участку изделия с дефектом формируется следующим образом. Кроме зондирующего импульса и импульсов волны, прошедшей в направлении излучения по периметру изделия и расположенных в последовательных интервалах за зондирующим импульсом (амплитуда этих импульсов уменьшалась вследствие затеняющего действия дефекта) видеосигнал содержит совокупность импульсов, отраженных и дифрагированных дефектом. The characteristic waveform of the video signal corresponding to the area of the defective product is formed as follows. In addition to the probe pulse and the pulses of the wave transmitted in the direction of radiation along the perimeter of the product and located in successive intervals behind the probe pulse (the amplitude of these pulses decreased due to the shadowing effect of the defect), the video signal contains a set of pulses reflected and diffracted by the defect.

Так как значение энергии импульсов в последовательных интервалах уменьшилось, а ее значение в заданном интервале возросло, то отношение этих энергий становится меньше единицы. Причем величина этого отношения не зависит от состояния акустического контакта и характеризует размеры дефекта. В отношении можно использовать не всю энергию, заключенную в заданном интервале, а за вычетом энергии, содержащейся в последовательных интервалах. Since the value of the energy of pulses in successive intervals decreased, and its value in a given interval increased, the ratio of these energies becomes less than unity. Moreover, the magnitude of this ratio does not depend on the state of the acoustic contact and characterizes the size of the defect. In relation, it is possible to use not all the energy enclosed in a given interval, but minus the energy contained in successive intervals.

Использование данного способа ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий обеспечивает повышение чувствительности к дефектам, возможность оценки размеров дефектов, независимость результатов контроля от изменения состояния акустического контакта и повышение помехоустойчивости. The use of this method of ultrasonic flaw detection of cylindrical products provides increased sensitivity to defects, the ability to assess the size of defects, the independence of the control results from changes in the state of acoustic contact and increased noise immunity.

Claims

1. METHOD OF ULTRASONIC DEFECTOSCOPY OF CYLINDRICAL PRODUCTS, which consists in the fact that they excite an ultrasonic wave pulse in the product and take a pulse that has passed many times along the perimeter of the product’s cross section, characterized in that the energy of acoustic pulses transmitted and not perimeter is measured on a given time interval defect, and all acoustic energy in the same interval, judging by the ratio of the values of these energies, the presence of a defect, and by the value of all energy - the state of acoustic contact.

2. The method according to claim 1, characterized in that the time interval is selected from the ratio
T _and > 2T _about ,
where T _and is the time interval on which measurements are made;
T _about - the time of a single run of the acoustic pulse along the perimeter of the cross section of the product.