Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при ст - Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Вернуться   Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист > Форум Дефектоскопист > Статьи о дефектоскопии


Старый 08.11.2012, 18:22   #1
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 1,951
Благодарил(а): 53 раз(а)
Поблагодарили: 189 раз(а)
Записей в дневнике: 3
Репутация: 146
По умолчанию Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при ст

Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при строительстве магистральных трубопроводов высокого давления

Об авторе

Пасси Гарри
Генеральный директор и научный руководитель фирмы Sonotron NDT (Израиль). Доктор наук, профессор, III уровень НК в пяти дисциплинах (UT, ET, MPI, MIA, RT).

ISINSC РА АUТ - высокотехнологичное решение для скоростного автоматического контроля стыковых швов труб
При строительстве морских и континентальных газо- и нефтепроводов трубы автоматически свариваются встык, затем быстро проверяются, изолируются и укладываются на шельф. Не вызывает сомнения необходимость обнаружения, оценки и ремонта дефектов сварки с высокой производительностью и надежностью с целью соблюдения сроков строительства, поэтому высокоскоростной автоматический ультразвуковой контроль (АУЗК) очень востребован как единственное решение, способное заменить радиографию в соответствии с имеющимися стандартами.
Рис. 1. Общий вид трубоукладочного корабля (а), установка/съем сканера и ПЭП на трубу (б), комната для размещения аппаратуры, управления сканированием и регистрации результатов контроля (в)


АУЗК стыковых швов труб осуществляется посредством сканирования вдоль линии сплавления с использованием нескольких ультразвуковых преобразователей (ПЭП), расположенных на внешней поверхности трубы с обеих сторон от шва. Сканер перемещает ПЭП и датчик координаты вдоль орбитального трака. В ранее разработанных системах АУЗК для подключения ПЭП, датчика координаты и мотора сканера к электронному блоку, реализующему излучение-прием ультразвуковых импульсов, управление, обработку и запись данных контроля, применяется многоканальный аналоговый кабель. Электронный блок обычно размещается в кабине автомобиля или в специально оборудованном помещении на трубоукладочном корабле на расстоянии до нескольких десятков метров от участка сканирования. АУЗК стыков труб выполняется бригадой из трех операторов: двое заняты установкой/съемом сканера с ПЭП на трубу, а третий управляет автоматическим сканированием, наблюдает за индикацией и процессом записи результатов, а также принимает окончательное решение о годности сварного шва или необходимости ремонта.
АУЗК стыковых швов труб регламентируется рядом стандартов, а именно: ASTM E-1961, API 1104, и DNV 2000 OS- F101, в соответствии с которыми объем сварного соединения позонно прозвучивается сфокусированными лучами (рис. 2):
- вдоль поверхности разделки с разделением на тонкие горизонтальные слои (зоны) в областях Cap, Fill, Hot Pass (HP) и Root (Rt);
- по объему наплавленного металла с разделением на так называемые Volume-зоны.
Выбранные зоны последовательно прозвучиваются независимо друг от друга в соответствующих циклах илучения-приема. Благодаря электронному управлению апертурой и ультразвуковым лучом, использование фазированных решеток (ФР) значительно уменьшает количество ПЭП, необходимых для многозонового прозвучивания. Это упроща-ет устройство сканирования и ускоряет контроль. Использование нескольких дополнительных TOFD и обычных ПЭП одновременно с ФР обеспечивает полноту прозвучивания шва: ФР ПЭП осуществляют эхо-импульсный и тандем-контроль на наличие компактных и линейно протяженных дефектов на поверхностях разделки (кромках) основ-ного металла и в объеме наплавленного металла; обычные ПЭП применяются для обнаружения поперечных дефектов (К- и Х-схемы прозвучивания), расслоений в зоне термического влияния в основном металле и т.п.; TOFD ПЭП реализуют контроль по комплиментарной технологии, основанной на обнаружении дефектов по дифрагированным сигналам. Способность обнаружения дефектов в каждой зоне обеспечивается за счет калибровки системы АУЗК на специально изготавливаемых образцах, содержащих заданное число искусственных дефектов, чьи расположение, ориентация, форма и размеры полностью воспроизводят разнообразие дефектов, подлежащих обнаружению и записи.
Рис. 2. Пример профиля сварного шва и разделение на зоны с целью выявления несплавлений по кромке (а) и обнаружения дефектов в наплавленном металле (б)



Накопленный опыт применения АУЗК выявил ряд недостатков существующего оборудования:
- использование дорогого, тяжелого, и громоздкого многожильного кабеля увеличивает эксплуатационные расходы - стоимость одного кабеля, вероятность непреднамеренного повреждения которого очень высока, а износостойкость низка, составляет десятки тысяч долларов. При этом у организации, выполняющей контроль, нет иного выбора кроме при-обретения кабелей впрок с целью недопущения остановки процесса АУЗК во время строительства трубопровода;
- в связи с необходимостью передавать аналоговые сигналы через кабель длиной в десятки метров отношение сигнал/шум невелико, а энергопотребление аппаратуры весьма высокое;
- перегрев аппаратуры из-за высокого энергопотребления вызывает необходимость использования водяного охлаждения и/или периодического выключения во время рабочей смены, а также заставляет ограничивать число задействованных высокочастотных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и количество параллельно работающих каналов излучения-приема;
- недостаточное количество АЦП вызывает необходимость мультиплексирования и увеличения частоты посылок, что, в свою очередь, также увеличивает энергопотребление;
- недостаточное количество каналов излучения-приема обусловливает необходимость сканирования стыкового сварного шва за более чем один оборот сканирующей системы и/или совмещение функций ФР и TOFD на призмах ФР ПЭП, что, в конечном итоге, замедляет контроль;
- отсутствие 100 %-й записи необработанных А-сканов для всех каналов ввиду упомянутых вынужденных ограничений возможностей существующего оборудования создает прецедент компромисса с неполным соответствием стандарту АБМЕ 2235, который регламентирует использование УЗК вместо радиографии.
Система ISONIC PA AUT фирмы Sonotron NDT представляет собой новое высокотехнологичное решение для скоростного автоматического контроля стыковых швов труб, обеспечивающее наивысший уровень эксплуатационных характеристик. Система выполнена в легком ударопрочном герметичном корпусе, который устанавливается на ска-нер; обычный удаленный компьютер (ПК) полностью обеспечивает управление системой, накопление и отображение данных контроля, используя Ethernet протокол, при этом отпадает необходимость в дорогом, тяжелом и громоздком многоканальном аналоговом кабеле
- лишь легкая тонкая бронированная трубка приводит кабель электропитания и типовой Ethernet кабель на специально спроектированный вращающийся терминал прибора. Принимаемые сигналы оцифровываются и первично обрабатываются в режиме реального времени непосредственно на сканере, и данные контроля в цифровом виде передаются на удаленный ПК для дальнейшей обработки, хранения и отображения. Полностью цифровое управление и передача данных через Ethernet обеспечивают практически неограниченное расстояние между системой контроля и удаленным ПК, создавая определенную гибкость в организации постов контроля на трубоукладочном корабле, на трассе и т. п.
ПЭП подключаются к ISONIC PA AUT короткими кабелями, что, по сравнению с передачей сигнала через длинный аналоговый кабель, обеспечивает значительно более высокое качество сигналов, улучшая соотношение сигнал/шум и расширяя динамический диапазон. Помимо этого отношение сигнал/шум и динамический диапазон увеличиваются за счет уникального решения по генерации зондирующих импульсов
- прибор вырабатывает биполярный прямоугольный импульс с регулируемым размахом до 300 В для ФР ПЭП и до 400 В для обычных и TOFD ПЭП. Длительность и амплитуда зондирующего импульса, а также сдвиг фаз между каналами излучающей апертуры ФР регулируются в широких пределах. При этом поддерживаются 0,5 %-я ста-бильность амплитуды и «полки» прямоугольного зондирующего импульса в течение действия обеих полуволн при бустированной крутизне фронтов, что обусловливает наивысшую эффективность электроакустического преобразования.
Количество элементов ФР ПЭП, составляющих излучающую апертуру, не ограничено - в случае необходимости все элементы каждого из ФР ПЭП, подключенных к системе, могут излучать одновременно. Аналоговое усиление до 100 дБ возможно для всех каналов, обслуживающих ФР, ТОБЭ и обычные преобразователи. Система осуществляет 16-ти разрядное аналого-цифровое преобразование сигналов с частотой дискретизации 100 МГц параллельно для всех элементов приемной апертуры ФР ПЭП. В случае необходимости приемная апертура может быть скомпонована из всех элементов ФР ПЭП, подключенных к системе, - мультиплексирование не используется. Оцифрованные сигналы фазируются и складываются в соответствии с реализуемым фокальным законом «на лету» в реальном времени, и результирующий цифровой А-скан формируется в каждом цикле излучения-приема. Этим обеспечивается наивысшая производительность накопления, обработки и хранения данных АУЗК.
ISONIC PA AUT реализует накопление и хранение данных контроля в удаленном ПК в необработанном виде, обеспечивая возможность ретроактивного воспроизведения всех полученных А-сканов; это обеспечивает полное соответствие с АБМБ 2235. Каждый канал излучения-приема для обычных и ТОБО
преобразователей может работать как в раздельном, так и в совмещенном режиме, поэтому при использовании раздельно-совмещенных преобразователей, прозвучивании по технологии TOFD, применении К- и Х-схем обнаружения поперечных дефектов сдвиговыми волнами и т. д., в отличие от существующих систем АУЗК требуется вдвое меньше каналов. Рациональная конструкция обеспечивает исключительно низкое энергопотребление системы, исключая необходимость применения водяного и других видов охлаждения.
В типовой конфигурации система ISONIC PA AUT содержит 128 каналов, обеспечивающих одновременную работу двух 64-х элементных ФР ПЭП, и 16 отдельных независимых каналов излучения- приема для обычных и TOFD преобразователей; система допускает развитие до 512 ФР-каналов, например, с целью применения матричной ФР-технологии для трехмерного управления ультразвуковым лучом. Количество отдельных независимых каналов излучения-приема для обычных и TOFD ПЭП также может быть увеличено до 32 или 64. Один ПК может управлять несколькими (до 16) системами одновременно, обеспечивая рациональную организацию работ и минимизируя количественный состав персонала.
Стадии скоростного АУЗК стыковых швов труб с применением системы ISONIC PA AUT
Подготовка к контролю Подготовка к контролю - наиболее трудоемкая операция, которая может занять от одного до трех дней.
Трассировка ультразвуковых лучей
Для трассировки применяется специальная программная утилита. В диалоговом режиме оператор определяет основные параметры ФР ПЭП (количество элементов, шаг апертуры, скорость продольной ультразвуковой волны в призме и все ее геометрические параметры, а также позицию ФР ПЭП на призме и задержку протектора ФР ПЭП). Затем из базы данных выбирается тип разделки основного металла и задаются все геометрические параметры, после чего объем шва разделяется на горизонтальные слои (зоны), задаются позиции ФР ПЭП относительно оси сварного стыка. В результате в интерактивном режиме осуществляется трассировка лучей в объекте, причем, в зависимости от типа дефекта, подлежащего обнаружению в той или иной зоне прозвучивания, используется эхо-метод (совмещенная апертура излучения-приема) или тандемная схема (разделение излучающей и приемной апертур) - рис. 3.
Рис. 3. Пример трассировки ультразвуковых лучей: а - обнаружение несплавлений по кромке по тандемной схеме; б - обнаружение дефектов в наплавленном металле эхо-методом; в - окончательный результат трассировки


По окончании трассировки определяется фактическое число циклов из-лучения-приема, которые должны быть реализованы с использованием ФР ПЭП в каждой точке во время линейного сканирования вдоль оси сварного шва. Интервал между двумя соседними точками согласно принятым нормам обычно составляет 0,5 - 1 мм.
Настройка циклов излучения приема
Настройка циклов излучения-приема для ФР, ТОБО и обычных ПЭП осуществляется на образце трубы с искусственными дефектами и сводится к последовательной установке каждого из применяемых ПЭП в позиции, где расположены дефекты, подлежащие об-наружению в соответствующем цикле излучения-приема. Для каждого цикла настраивается усиление, зона контроля, длительность полуволн зондирующего импульса и т. п. Процедура настройки иллюстрируется рис. 4.
Рис. 4. Настройка циклов излучения-приема на образце трубы с искусственными дефектами: а - общий вид; б, в - примеры экрана удаленного ПН при настройке на выявление дефекта с использованием соответственно ФР-ПЭП по тандемной схеме и ТОFD ПЭП


Следует отметить, что при АУЗК необходимо применять непрерывное слежение за акустическим контактом и регистрировать его состояние одновременно с информацией об обнаружении дефектов. При использовании ФР ПЭП в ISONIC PA AUT предусмотрены два способа контроля акустического контакта (рис. 5), для которых отдельно организуются дополнительные циклы излучения- приема.
Рис. 5. Нонтроль акустического контакта: по донному сигналу: а - поперечной волны, распространяющейся от одного ФР-ПЭП к другому; б - продольной волны, формируемой и принимаемой одним и тем же ПЭП


Контрольное сканирование
По завершении настройки всех циклов излучения-приема осуществляется контрольное сканирование образца трубы с заданной скоростью с целью подтверждения обнаружения и регистрации всех дефектов в образце. Результаты контроля представляются в виде «про-кручиваемой» ленты, где каждому задействованному каналу соответствует отдельная «дорожка» (рис. 6). Возможны следующие виды записи для отдельных «дорожек» (рис. 7):
- «кардиографический» - черная линия отображает огибающую максимальной амплитуды сигнала, совпадающего со стробирующим импульсом, а ширина одновременно воспроизводимой сплошной серой полосы соответствует временному сдвигу между нача-лом стробирующего импульса и сигналом. При этом отклонение огибающей, равное всей ширине «дорожки» соответствует полной амплитуде сигнала на А-скане; ширина сплошной серой полосы, равная всей ширине «дорожки», соответствует совпадению фронта или пикового сигнала с моментом окончания стробирующего импульса. Огибающая максимальной амплитуды сигнала и сплошная серая полоса, отображающая его временной сдвиг относительно начала стробирующего импульса, воспроизводятся лишь при условии превышения порога, определяемого вертикальной позицией стробирующего импульса на А-скане, но запоминание А-сканов осуществляется безусловно;
- картографический - каждый А-скан, принимаемый во время сканирования, отображается в виде горизонтальной линии с цветовой/яркостной модуляцией трека в соответствии с мгновенными значениями амплитуды сигнала;
- Т0FD - каждый невыпрямленный А-скан, отображается в виде горизонтальной линии, яркость точек которой модулируется в соответствии с мгновенными амплитудой и знаком сигнала;
- индикатор контакта - амплитуда сигнала сравнивается с пороговым уровнем и в случае превышения над ним отображается зеленым прямоугольником, а в противном случае - красным.
Взаимное расположение «дорожек» определяется позицией соответствующих преобразователей на объекте контроля.
При достижении удовлетворительных результатов контрольного сканирования результаты настройки сохраняются для последующего использования при рутинном контроле.
Рис. 6. Пример экрана удаленного ПК при сканировании образца трубы


Рис. 7. Виды дорожек при записи результатов АУЗК: а - «кардиографический»; б - картографический; в - ТОFD; г - индикатор контакта



Выполнение контроля
При выполнении контроля операторы попеременно устанавливают систему на реальную трубу и на контрольный блок. Сканирование контрольного блока периодически осуществляется для того, чтобы удостовериться в полной работоспособности аппаратуры, частота таких проверок определяется процедурой контроля. На рис. 8 приведен пример записи результатов АУЗК реального сварного стыка.
Рис. 8. Пример представления результатов АУЗК сварного шва


Время, затрачиваемое на сканирование сварного шва, не превышает одну - две минуты в зависимости от диаметра трубы и толщины стенки, при этом все А-сканы сохраняются в необработанном виде и могут быть воспроизведены в любой момент для подтверждения и оценки зафиксированных индикаций.
admin вне форума   Ответить с цитированием
Старый 08.11.2012, 18:51   #2
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 1,951
Благодарил(а): 53 раз(а)
Поблагодарили: 189 раз(а)
Записей в дневнике: 3
Репутация: 146
По умолчанию Re: Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков пр

Пасси Г. Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при строительстве магистральных трубопроводов высокого давления. − Мир НК. − Март 2009 г. − № 1 (43). − С. 6−14. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «Мир НК» (http://www.ndtworld.com).
admin вне форума   Ответить с цитированием
Старый 10.12.2013, 19:31   #3
Alexander
Профессионал
 
Регистрация: 24.10.2013
Сообщений: 977
Благодарил(а): 76 раз(а)
Поблагодарили: 136 раз(а)
Репутация: 113
По умолчанию

Цитата:
Сообщение от admin Посмотреть сообщение
Пасси Г. Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при строительстве магистральных трубопроводов высокого давления. − Мир НК. − Март 2009 г. − № 1 (43). − С. 6−14. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «Мир НК» (http://www.ndtworld.com).
Правильное название журнала - В мире неразрушающего контроля.

Мелочь, но редакция может обидеться. Рекомендую исправить.
Alexander вне форума   Ответить с цитированием
Старый 28.01.2014, 13:30   #4
Михаил Грудский
Новичок
 
Регистрация: 07.09.2012
Адрес: Санкт-Петербург
Сообщений: 12
Благодарил(а): 2 раз(а)
Поблагодарили: 6 раз(а)
Репутация: 0
По умолчанию

Цитата:
Сообщение от admin Посмотреть сообщение
Пасси Г. Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при строительстве магистральных трубопроводов высокого давления.
В опубликованном на сайте материалы не показаны рисунки к этой статье. Без них теряется значительная часть информации.
Михаил Грудский вне форума   Ответить с цитированием
Ответ
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Разряды дефектоскопистов? Giblib Общие вопросы 80 09.06.2016 11:21
Контроль сварных соединений при строительстве энергетических объектов В мире НК Статьи о дефектоскопии 2 09.04.2015 17:55
Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при строительстве магистральных В мире НК Статьи о дефектоскопии 4 24.04.2014 06:48
Обучение по УК! НаталиД Ультразвуковой контроль 59 16.09.2013 11:04
Методология автоматизированного УЗК сварных стыков рельсов.. admin Статьи о дефектоскопии 5 21.12.2012 22:44


Опции темы
Опции просмотра

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход



Текущее время: 05:13. Часовой пояс GMT +3. Copyright ©2000 - 2017. Перевод: zCarot.