Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития
Изложены требования к оборудованию автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции. Показан уровень оборудования, разработанного в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, а также возможныеварианты развития новых систем ультразвукового контроля....
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Назва видання: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102500 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития / В.Л. Найда, Ю.А. Олейник, А.Н. Гогуля, В.А. Игнатенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 48-52. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102500 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1025002016-06-13T03:02:55Z Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития Найда, В.Л. Олейник, Ю.А. Гогуля, А.Н. Игнатенко, В.А. Производственный раздел Изложены требования к оборудованию автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции. Показан уровень оборудования, разработанного в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, а также возможныеварианты развития новых систем ультразвукового контроля. Requirements to equipment for automated ultrasonic testing of metallurgical products are described. Level of equipmentdeveloped at PWI of NASU is shown, as well as possible variants of development of new ultrasonic testing systems. 2011 Article Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития / В.Л. Найда, Ю.А. Олейник, А.Н. Гогуля, В.А. Игнатенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 48-52. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102500 621.19.18 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Найда, В.Л. Олейник, Ю.А. Гогуля, А.Н. Игнатенко, В.А. Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Изложены требования к оборудованию автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции. Показан уровень оборудования, разработанного в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, а также возможныеварианты развития новых систем ультразвукового контроля. |
| format |
Article |
| author |
Найда, В.Л. Олейник, Ю.А. Гогуля, А.Н. Игнатенко, В.А. |
| author_facet |
Найда, В.Л. Олейник, Ю.А. Гогуля, А.Н. Игнатенко, В.А. |
| author_sort |
Найда, В.Л. |
| title |
Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития |
| title_short |
Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития |
| title_full |
Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития |
| title_fullStr |
Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития |
| title_full_unstemmed |
Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития |
| title_sort |
обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102500 |
| citation_txt |
Обеспечение эффективности автоматизированного ультразвукового контроля металлургической продукции и перспективы его развития / В.Л. Найда, Ю.А. Олейник, А.Н. Гогуля, В.А. Игнатенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 48-52. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT najdavl obespečenieéffektivnostiavtomatizirovannogoulʹtrazvukovogokontrolâmetallurgičeskojprodukciiiperspektivyegorazvitiâ AT olejnikûa obespečenieéffektivnostiavtomatizirovannogoulʹtrazvukovogokontrolâmetallurgičeskojprodukciiiperspektivyegorazvitiâ AT gogulâan obespečenieéffektivnostiavtomatizirovannogoulʹtrazvukovogokontrolâmetallurgičeskojprodukciiiperspektivyegorazvitiâ AT ignatenkova obespečenieéffektivnostiavtomatizirovannogoulʹtrazvukovogokontrolâmetallurgičeskojprodukciiiperspektivyegorazvitiâ |
| first_indexed |
2025-07-07T12:25:20Z |
| last_indexed |
2025-07-07T12:25:20Z |
| _version_ |
1836990984609595392 |
| fulltext |
УДК 621.19.18
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ПРОДУКЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО РАЗВИТИЯ
В. Л. НАЙДА, Ю. А. ОЛЕЙНИК, А. Н ГОГУЛЯ, В. А. ИГНАТЕНКО, инженеры,
(ГП «ОКТБ ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины»)
Изложены требования к оборудованию автоматизированного ультразвукового контроля металлургической про-
дукции. Показан уровень оборудования, разработанного в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, а также возможные
варианты развития новых систем ультразвукового контроля.
Requirements to equipment for automated ultrasonic testing of metallurgical products are described. Level of equipment
developed at PWI of NASU is shown, as well as possible variants of development of new ultrasonic testing systems.
Автоматизированный ультразвуковой контроль
(АУЗК) является наиболее распространенным спо-
собом НК в промышленном производстве изделий
различного назначения (труб, железнодорожных
колес, прутков и т. п.). Повышение требований
к качеству, увеличение скорости основных тех-
нологических операций при производстве изде-
лий, необходимость повышения информативности
и достоверности контроля обусловили повышение
уровня автоматизации и визуализации УЗК. Эф-
фективность АУЗК также во многом зависит от
согласованности с технологическим процессом из-
готовления изделий.
Современные установки АУЗК представляют
собой сложные комплексы систем — механичес-
ких, акустических, пневматических, гидравличес-
ких, электронных, связанных общим програм-
мным обеспечением.
К установкам АУЗК предъявляются следую-
щие требования:
– соответствие методики АУЗК требованиям
УЗ контроля, изложенным в нормативной техни-
ческой документации на производство изделия;
– достоверность выявления дефектов при вы-
сокой скорости проведения контроля;
– высокая эксплуатационная надежность фун-
кционирования всех систем установки;
– удобная компоновка акустических блоков с
УЗ преобразователями, позволяющая до миниму-
ма сократить время калибровки акустической сис-
темы при перевалке оборудования на выпуск из-
делий другого типоразмера;
– воспроизводимость результатов калибровки
при повторных испытаниях в динамическом ре-
жиме на имитаторе дефектов;
– развитая система визуализации процесса кон-
троля и его результатов;
– запись и хранение всех А-сканов от обнару-
женных дефектов;
– передача результатов контроля каждого из-
делия в АСУ ТП цеха или завода.
Конкуренция, существующая сегодня, напри-
мер, в трубной промышленности, заставляет пред-
приятия приобретать высококачественное обору-
дование для УЗ контроля, отвечающее всем ука-
занным выше требованиям.
С 2004 по 2007 гг. ОКТБ ИЭС им. Е. О. Патона
НАН Украины разработало и поставило в Россию
на ОАО «Выксунский металлургический завод»
девять установок АУЗК, обеспечивающих высо-
кий уровень контроля:
– семь установок для АУЗК сварных швов и
концевых участков труб диаметром 508…1420 мм
(НК 360, НК 361, НК 362);
– две установки для АУЗК железнодорожных
колес (НК 364).
Показанная на рис. 1 установка НК 360 для ав-
томатизированного УЗ контроля сварных швов
труб толщиной стенки до 50 мм обеспечивает
© В. Л. Найда, Ю. А. Олейник, А. Н Гогуля, В. А. Игнатенко, 2011
Рис. 1. Установка НК 360 для АУЗК продольных сварных
швов труб
48 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011
контроль согласно требованиям API 5L, ISO 3183,
DNV-OS-F101.
Несмотря на высокую скорость УЗ контроля
(до 30 м/мин) используемые локально-иммер-
сионные акустические головки обеспечивают вы-
сокую достоверность выявления дефектов и на-
дежный акустический контакт. Инспекторы Евро-
пейского союза, контролирующие качество труб,
выпускаемых на ОАО «ВМЗ», дали высокую
оценку установкам АУЗК НК 360, 361, 362М
именно по причине воспроизводимости результа-
тов контроля при испытаниях в динамическом ре-
жиме на имитаторе дефектов, а также возможнос-
ти просмотра и записи А-сканов обнаруженных
дефектов.
Высокие акустические характеристики имеют
и УЗ блоки для контроля концевых участков труб
(рис. 2).
В связи с требованиями трубных заводов об уве-
личении ширины зон контроля концевых участков
труб до 150 мм проведена модернизация установки
НК 362М. Сейчас изготавливается такая установка
(НК 362МХ) для Харцызского трубного завода.
Акустическая часть установки состоит из двух
последовательно работающих акустических бло-
ков для контроля на расслоения и продольные де-
фекты (рис. 2).
Обеспечивается за четыре оборота трубы кон-
троль зоны 150 мм на расслоения и продольные
дефекты. Контроль проводится при расположении
акустических блоков в зените трубы. Акустичес-
кие блоки сконструированы таким образом, что
не требуется их переналадка при переходе на дру-
гой типоразмер трубы.
Для контроля на расслоения разработан спе-
циализированный многоэлементный раздельно-
совмещенный УЗ преобразователь на базе компо-
зитной пъезокерамики с наполнением 35 %
(рис. 3). Частота преобразователя 5,0 МГц, диа-
пазон контроля по толщине 2…42 мм.
Такая конструкция позволяет за один оборот
контролировать зону 75 мм не нарушая требова-
ний п.п. 4.3 стандарта ISO 11496, который огра-
ничивает максимальную ширину одиночного пре-
образователя, измеренную вдоль основной оси
труб в размере 25 мм.
Обеспечивается равномерная чувствитель-
ность по всей ширине преобразователя.
Форма эхо-импульса такого преобразователя на
образце CO2 при контактном вводе ультразвука по-
казана на рис. 4. Длительность импульса 0,55 мкс.
Учитывая ближайшую перспективу массового
изготовления железнодорожных колес с S-образ-
ным диском, была проведена доработка установки
НК 364 для АУЗК железнодорожных колес, пос-
тавленной на ОАО «ВМЗ» в 2007 г., а именно
создан специализированный сменный блок для УЗ
контроля таких колес (рис. 5). Блок состоит из
четырех акустических головок, имеющих свой
электропривод.
Основной особенностью этого блока является
отсутствие контакта акустических блоков с кон-
тролируемой поверхностью.
В данной конструкции осуществляется автома-
тическое слежение акустической головкой за про-
филем поверхности. Единственным соприкасаю-
щимся с колесом звеном является ролик, который
поворачивается с помощью электроприводов
Рис. 2. Акустические блоки установки НК 362МХ для контроля на расслоения (а) и на продольные дефекты (б): 1 — акусти-
ческий блок со специализированным УЗ преобразователем для контроля на расслоения; 2 — сварной шов контролируемой
трубы; 3 — локально-иммерсионный акустический блок для контроля на продольные дефекты с десятью УЗ преобразовате-
лями (угол ввода ультразвука в металл 45°); 4 — иммерсионный УЗ преобразователь для контроля на продольные дефекты;
5 — локально-иммерсионная ванна (иммерсионная жидкость — вода)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 49
вместе с корпусом датчика во время перехода на
последующую дорожку.
При калибровке на имитаторе дефектов выби-
раются необходимые углы наклона УЗ преобра-
зователей для установки их перпендикулярно ка-
сательной поверхности контроля в данной точке.
Информация фиксируется в программе. В даль-
нейшем программа автоматически повторяет за-
данные углы при сканировании диска.
В процессе контроля на каждом шаге УЗ датчики
поворачиваются электродвигателями на определя-
емый в процессе калибровки угол. Система авто-
матики выполнена на базе контроллера «Siemens».
Эксплуатация нового акустического модуля на
ОАО «ВМЗ» полностью подтвердила правиль-
ность выбранных технических решений.
На всех установках АУЗК использован универ-
сальный УЗ дефектоскоп НК 363, выполненный
на базе УЗ плат французской фирмы «Socomate».
Они представляют собой PCI платы полного
размера для установки в шасси промышленного
компьютера и предназначены для создания УЗ де-
фектоскопов различной сложности, что очень
удобно для реализации различных задач контроля.
Непосредственно плата производит усиление,
фильтрацию и оцифровку сигнала, цифровую об-
работку и предварительное хранение в памяти са-
мой платы для дальнейшей передачи пакетами в
ОЗУ компьютера с использованием режима DMA.
Предусмотрен высокоскоростной сбор данных в
режиме А-, С-скана.
Продукция «Socomate» хорошо известна (в Ев-
ропе, Северной Америке, Азии, Африке) и широко
используется такими известными фирмами, как
«Rolls-Royce», «Pratt&Whitney» и «GE».
Система управления установками выполнена
на базе универсального программируемого конт-
роллера «Simatic S7-300» (Siemens), станций рас-
пределенного ввода/вывода ЕТ-200 и панелей опе-
ратора ОР-170 В. Обмен между участниками сети
производится по шине PROFIBUS-DP.
Разработанное программное обеспечение сбо-
ра и обработки данных УЗ контроля носит уни-
версальный характер и может выполнять требо-
вания любых задач УЗ контроля.
Реализована архивация результатов контроля с
возможностью просмотра файлов данных по каж-
дому проконтролированному объекту. В файлах
данных сохраняется вся информация об обнару-
женных дефектах, реализован просмотр А-сканов
Рис. 4. Форма эхо-импульса специализированного УЗ преоб-
разователя
Рис. 3. Специализированный УЗ преобразователь для контро-
ля на расслоения: 1 — пластина генератора, 2 — пластина
приемника
Рис. 5. Общий вид блока для контроля S-образного диска железнодорожного колеса (а) и конструкция акустической головки
(б): 1 — электродвигатель с энкодером; 2 — УЗ преобразователь с угловым разъемом; 3 — направляющая-редуктор; 4 —
опорный ролик; 5 — пружинный механизм; 6 — опорная пластина
50 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011
по выбранному дефекту. Протоколы контроля
каждого проконтролированного изделия переда-
ются в систему АСУ ТП цеха.
Необходимость в удовлетворении растущих тре-
бований к скорости контроля, повышению уровня
чувствительности, обнаружению разнонаправлен-
ных дефектов, надежности систем АУЗК требует
новых технологических решений, например:
– применения преобразователей на основе ком-
позитной керамики, которые излучают более ко-
роткие импульсы и имеют большую абсолютную
чувствительность, что обеспечит уменьшение
«мертвой» зоны;
– использования систем «преобразователь+де-
фектоскоп» с фазированными решетками, позво-
ляющих управлять полем преобразователя для из-
менения угла ввода в широких пределах с по-
мощью электронных устройств.
Опыт эксплуатации преобразователей на фази-
рованных акустических решетках (ФАР) показал,
что при прозвучивании сварного шва или металла
способом качающегося луча путем изменения уг-
ла ввода в пределах 35…70° с дискретностью 0,5°
при тактовой частоте зондирующих импульсов,
равной 1 кГц и дискретностью прозвучивания
0,5 мм (стандартное требование стандартов и ме-
тодик), при параллельной работе всех каналов де-
фектоскопа с ФАР максимальная скорость скани-
рования не будет превышать 10 мм/с.
Естественно, это не устраивает производителей
оборудования АУЗК. Поэтому современные авто-
матизированные системы с применением ФАР ра-
ботают по другим принципам. При автоматизи-
рованном контроле нет необходимости формиро-
вания большого числа углов сканирования. Как
правило, это несколько фиксированных углов, но
все лучи формируются в одной плоскости.
Наиболее эффективной для автоматизирован-
ной системы контроля является технология на фа-
зированных решетках FAAST II, которая позво-
ляет провести замену нескольких одиночных УЗ
преобразователей с разными углами ввода на один
преобразователь на базе 2D-матричных фазиро-
ванных решеток, который может формировать од-
новременно несколько (до 17) УЗ лучей с разными
углами ввода в разных плоскостях. Эта техноло-
гия обеспечивает максимально возможную про-
изводительность контроля.
Сейчас в ОКТБ ИЭС им. Е. О. Патона НАН
Украины разрабатывается оборудование для
АУЗК тела труб с применением этой технологии.
Установка АУЗК НК 380ВЛ будет обеспечи-
вать обнаружение дефектов типа нарушения
сплошности металла в теле бесшовной трубы, де-
фектов типа расслоений, а также недопустимого
изменения толщины стенки трубы. Диаметр кон-
тролируемых труб 146…426 мм.
При контроле обеспечивается выявление де-
фектов следующей ориентации (относительно об-
разующей трубы): продольных — 0° в двух про-
тивоположных направлениях; поперечных — 90°
в двух противоположных направлениях; нак-
лонных — 22, 45 и 67° влево и вправо относи-
Рис. 6. Установка НК 380ВЛ для АУЗК тела труб: 1 — продольная балка с ходовой зубчатой рейкой длиной 19 м; 2 — гибкий
канал для укладки электрокабелей, гидро- и пневмошлангов; 3 — траверса вертикального перемещения акустических блоков; 4 —
механизм горизонтального продольного перемещения вдоль трубы; 5 — механизм вертикального перемещения с электроприводом;
6 — модуль сканирования акустических блоков; 7 — акустический блок; 8 — стандартный образец на позиции калибровки
Рис. 7. УЗ преобразователь ФАР системы FAAST II
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 51
тельно образующей трубы во взаимно противо-
положных направлениях.
Установка обеспечивает 100 %-ную толщино-
метрию стенки трубы с динамической погреш-
ностью не хуже ±0,1 мм.
Используется иммерсионный метод создания
акустического контакта. Производительность кон-
троля составляет 8…15 м/мин в зависимости от
диаметра трубы.
На рис. 6 показана установка НК 380ВЛ для
АУЗК бесшовных труб диаметром 146…426 мм.
Для обнаружения дефектов используются уль-
тразвуковые преобразователи ФАР шириной зоны
контроля 29 мм (рис. 7).
Количество преобразователей — 6 шт., сум-
марная ширина зоны контроля за один оборот тру-
бы составляет 29×6 = 174 мм.
Преобразователь проводит одновременное
прозвучивание в 17 направлениях для обнаруже-
ния продольных и поперечных дефектов в обоих
направлениях; наклонных дефектов под углами
22, 45 и 67° влево и вправо относительно обра-
зующей трубы во взаимно противоположных нап-
равлениях; проведения толщинометрии и обнару-
жения расслоений.
Структура системы акустической части с
FAAST II представлена на рис. 8.
Основные преимущества технологии FAAST II
по сравнению с классической технологией ФАР:
– значительное увеличение производительнос-
ти контроля;
– возможность обнаружения «косых» дефектов,
что необходимо при контроле бесшовных труб;
– более низкая стоимость преобразователей и
электронного оборудования по сравнению с клас-
сической технологией ФАР.
Характерной особенностью программной обра-
ботки FAAST II является возможность одновре-
менного просмотра А-сканов каждого луча по
аналогии с традиционными системами. Это при-
вычно для операторов.
Выводы
На примерах разработок ИЭС им. Е. О. Патона
НАН Украины показаны достижения в области
создания автоматизированных средств УЗ конт-
роля. Разработанные средства АУЗК обеспечива-
ют высокую достоверность обнаружения дефектов
и высокую эксплуатационную надежность.
Показана целесообразность применения новых
технологических решений в современных установ-
ках АУЗК для обеспечения более качественного
и скоростного контроля.
1. Найда В. Л., Мозжухин А. А., Лобанов О. Ф. Новое поко-
ление оборудования для УЗК сварных труб // Автомат.
сварка. — 2004. — № 9. — С. 58–62.
2. Ткаченко А. А., Найда В. Л., Копылов А. П. Обеспечение
надежности автоматизированного УЗК сварных труб
при их производстве // В мире неразруш. контроля. —
2006. — № 3. — С. 17–20.
3. Патон Б. Е., Найда В. Л. Современное состояние и перс-
пективы развития автоматизированного ультразвукового
контроля на примере разработок ИЭС им. Е. О. Патона //
Сварка и диагностика. — 2009. — № 6. — С. 30–35.
4. Пасси Г. УЗК с использованием преобразователей на фази-
рованных решетках — способы сканирования, требования
к аппаратуре и примеры практического применения // В
мире неразруш. контроля. — 2011. — 2(52). — С. 51–54.
Поступила в редакцию
07.10.2011
Рис 8. Структурная схема системы FAAST II установки НК 380ВЛ
52 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011
|