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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».