Удк 620. 179. 16 Оценка результатов контроля по акустическим изображениям
 Скачать 0.72 Mb.
|
УДК 620.179.16 Оценка результатов контроля по акустическим изображениям Бадалян В.Г. (НПЦ Эхо) Рассмотрены общие принципы построения томографических изображений, которые формируются системами с когерентной обработкой данных проанализированы их характерные особенности. Показано, что оценка реальных параметров дефектов по их акустическим изображениям состоит из нескольких этапов выделение в трехмерном изображении внутреннего объема контролируемого объекта элементов изображения, принадлежащих несплошности, определении типа выявленной несплошности, измерения параметров не- сплошности: ее длины, профиля (высоты в различных сечениях по длине, локализации. Подробно проанализированы отдельные этапы оценки параметров дефектов и сформулирован ряд общих признаков, которые используются при выполнении этих этапов. Приведены таблицы, характеризующие особенности акустических изображений для различных типов дефектов. Таблицы проиллюстрированы типичными изображениями различных дефектов в сварных швах трубопроводов различных диаметров. Отмечено, что амплитуда изображения не играет решающей роли для определения типа и реальных параметров дефектов. Введение Автоматизированные системы УЗ контроля все более широко используются при неразрушающем контроле потенциально опасных объектов. Их применение дает хорошие результаты сточки зрения объективности обнаружения дефектов, определения их координат, условной протяженности и эквивалентных размеров [1,2]. Этими же преимуществами обладают и автоматизированные системы с цифровой когерентной обработкой данных. Особенностью таких систем является возможность дополнительного определения реальной длины, высоты и, если это необходимо, профиля дефекта за счет когерентной обработки данных. Характерным представителем таких приборов являются системы серии Авгур. Одним из ключевых этапов эксплуатации таких систем является процедура оценки полученных акустических изображений с целью определения типа дефектов и измерения их реальных размеров. При обычном контроле оценка его результатов, определение важности деталей изображения, особенности поведения эхо – сигналов и изображений дефекта, его амплитуды, положения в швеи т.д. в значительной степени зависят от массы знаний, основанных на компетенции специалиста, осуществляющего контроль и оценивающего полученные результаты. Это связано с двумя обстоятельствами, во-первых приходится решать обратную задачу – по измерениям акустического поля, отраженного или рассеянного несплошностью, а, как известно, обратные задачи – это часто некорректные задачи, которые могут не иметь единственного решения. Во-вторых, акустические изображения несплошности, чаще всего, слабо коррелируют со своим оптическим образом. Поэтому роль специалиста, оценивающего результаты на основе некоторых правили опыта, представляется очень важной. В работе рассмотрены возможности классификации несплошностей по их когерентным изображениям, полученным с использованием систем серии Авгур, которые используют основные, устойчивые признаки, характеризующие несплошность – ее наличие, реальные параметры, профиль несплошности, тип несплошности: протяженные, непротя- 1 4. Оценка параметров дефектов по акустическим изображениям. Процесс оценки результатов акустических изображений, для определения типа и измерения размеров несплошностей можно разбить натри этапа 1. Выделение совокупности элементов изображения, относящихся к несплошности в полученном когерентном изображении. 2. Определение типа несплошности. 3. Измерение реальных параметров и профиля несплошности. Выделение несплошности в акустическом изображении. Так как любое когерентное изображение, представляет собой совокупность областей пятен, в которых амплитуда изображения отлична от нуля, то первая задача, которую необходимо решить – определить наличие несплошности в таком изображении и выделить ее на фоне других пятен иной природы, связанных с акустическими шумами, преобразованием акустических волн и т.д. Анализ изображений, полученных в результате когерентной обработки в реальных условиях контроля, позволяет сформулировать ряд общих признаков характеризующих существование дефекта в выделенном (и визуализированном) объеме сварного шва, большинство из которых наблюдается на рис. 4: • Изображений несплошности должно наблюдаться не менее чем в двух соседних слоях. В практике наблюдаются пропуски изображения водном или нескольких слоях. В этом случае, необходимо убедиться, что его отсутствие не связано с отсутствием акустического контакта или другими видами искажения качества данных. • Изображение несплошности – сфокусированное изображение, так как является результатом когерентной обработки данных. В этом случае размеры пятна изображения должны быть примерно равны величине разрешения по соответствующим осям. В том случае, когда зарегистрирована только часть данных о несплошности, фокусировка может существенно ухудшиться Пятно изображения несплошности, наблюдаемое в соседних слоях, может изменять свои координаты не более чем на величину соответствующего разрешения. Это признак связан стем, что шаг сканирования вдоль несплошности меньше ширины используемого акустического пучка и маловероятно, что координаты отражающего элемента на несплошности могут меняться очень резко (в реальных условиях, например, высота дефекта, если это не коррозионный дефект, очень редко может измениться на 2 мм по высоте на расстоянии 4 мм по длине. • При использовании нескольких ПЭП для одной области, несплошность в ней обычно наблюдается в нескольких изображениях, соответствующих различным ПЭП. Этот признак действует не всегда, так как условия рассеяния УЗ несплошностью могут сильно отличатся для различных ПЭП. Особенно он ненадежен при контроле аустенитных материалов, например, аустенитных сварных швов трубопроводов диаметром х мм. Это связано с особенностями распространения УЗ волн в аустените, часто имеющем дендритную структуру [6-8], которая приводит к значительной рефракции акустических волн. • Амплитуда изображения несплошности больше амплитуды шумового изображения В случае появления зеркального отражения, обычно наблюдается зеркальное изображение несплошности. • Изображение несплошности может сопровождаться изображением, соответствующим трансформированной волне. Эти изображения расположены на другой глубине и на другой координате по Хи всегда хуже сфокусированы. Устойчивое сопровождение изображения несплошности изображением, связанным с трансформированной волной в нескольких слоях является дополнительным признаком наличия несплошности. Заметим, что существенно упрощает анализ использование в изображении маски разделки сварного шва. Маска строится с использованием априорной информации о геометрии сварного шва. Определение типа несплошностей. После выявления в изображении несплошности необходимо определить ее тип протяженная или непротяженная, объемная или плоская. Необходимо отметить, что решение даже такой несложной задачи как отнесение несплошности к протяженной или непротя- женной чрезвычайно затруднено при анализе лишь одного (любого) изображения В – типа, которое получено при когерентном восстановлении изображений, так как только рассмотрение набора изображений В – типа, составляющего трехмерное изображение контролируемого объема изделия (рис. 2) позволяет уверенно решить эту задачу. Ниже приводятся основные, устойчивые признаки типов несплошностей, которые использовались при анализе акустических изображений, полученных в системах серии Авгур с использованием методик контроля, написанных для работ с этими системами [9-10]: • несплошность непротяженная: (a) существует не более чем в 2-3 соседних слоях • несплошность протяженная (a) существует более чем в 3 соседних слоях. Возможны пропуски изображения в отдельных слоях за счет нарушения акустического контакта, либо за счет ухудшения условий отражения • несплошность объемная (включения (a) иногда имеет дополнительные изображения, связанные с преобразованием акустических волн, расположенные на большей глубине, обычно хуже сфокусированные, чем основное изображение, (b) обычно не затеняет изображения геометрических отражателей или других несплошностей, расположенных дальше за ним в направлении акустического пучка • несплошность плоская (трещины, несплавления): (a) существует более чем в 3 соседних слоях. Возможны пропуски изображения в отдельных слоях за счет нарушения акустического контакта, либо за счет ухудшения отражения (b) изображение несплошности в каждом слое часто представляет собой синхронную совокупность 2 и более независимых пятен, (c) возможно (при достаточной высоте несплошности) затенение изображения геометрических отражателей или других несплошностей, расположенных дальше за ним в направлении акустического пучка. Более детальное различение несплошностей по их типам приведено в таблицах 1 – 3. Здесь величина разрешения рассматриваемых изображений по осями обозначены как ∆L, ∆x и ∆z, соответственно. В соответствии с методиками контроля, используемыми с системами Авгур величина разрешения ∆L равна приблизительно 3 слоям вдоль 11 Таблица 3 Основные признаки протяженной плоскостной несплошности в сварных швах по когерентным изображениям (продолжение. Тип несплош- ности Длина, L Высота, b Локализация относительно сварного шва Особенности изображений Примечание Схематичное представление изображения Трещина продольная Более ∆L Более ∆z В любом месте по глубине и длине шва В изображении В–типа, как правило, наблюдаются несколько пятен по z. Изображения Си типа имеют вид двух извилистых "линий, соответствующих верхнему и нижнему концам. В целом, верхний и нижний концы трещины– компланарны. При высоте дефекта в несколько длин волн между двумя пятнами могут наблюдаться дополнительные элементы изображения. Часто направления верхних и нижних концов трещины не совпадают с осью Y. Характерное соотношение b/L 1/12 Нитевидная Более ∆L В пределах В любом месте по глубине и длине шва В изображении В–типа, наблюдается одно пятно. В изображениях Си типа наблюдается "линия" Изображения объемной протяженной типа шлакового включения и плоскостной нитевидной несплош- ностей не различаются. Как правило считается, что несплошность плоскостная. В-тип С-тип тип В-тип С-тип тип |
2. Общие принципы формирования томографических изображений в системах с когерентной обработкой данных. Особенности изображений, формируемых в результате обработки данных, в значительной степени зависят от особенностей их регистрации системами неразрушающего контроля. Мы рассмотрим их на примере системы с когерентной обработкой данных серии Авгур. Регистрация данных в ней осуществляется при двумерном сканировании ПЭП для получения трехмерного изображения с высоким разрешением за счет применения когерентных алгоритмов обработки данных с последующей оценкой параметров несплош- ности. Используя двумерное сканирование, можно получить данные о рассеянном поле двумя способами. Первый способ – томографический (послойная регистрация данных. Второй способ – подробная регистрация рассеянного поля в двумерной области. Применение каждого из этих способов регистрации данных требует различных режимов сканирования и использования различных типов акустических преобразователей.
Томографическая регистрация данныхпредполагает регистрацию данных в контролируемом объеме сварного шва (изделия) в виде набора слоев, каждый из которых представляет собой запись акустического поля в координатах X (перемещение преобразователя по координате Х) – время (рис. Рис. 1. Томографическая схема регистрация данных, принятая в системах серии Авгур. Здесь акустический преобразователь перемещается с малым шагом
∆l ∼ λ/5 перпендикулярно сварному шву (ось Х, как показано стрелкой, тогда как перемещение вдоль сварного шва (ось Y) осуществляется с большим шагом
∆h. Пространственное расстояние между слоями должно быть таково, чтобы слои рассматривать как независимые. Однако, для увеличения достоверности контроля, обычно шаг
∆h между слоями выбирается ∼ L/3, где L – размер пьезоэлемента. Поэтому, используются ПЭП с узкой, характерной для дефектоскопии, диаграммой направленности в плоскости (YZ) и широкой, характерной для когерентной обработки, – в перпендикулярной плоскости (XZ). Другой способ регистрации данных, предполагает измерение рассеянного акустического поля в двумерной области с шагом
∼ λ/5 по двум взаимно перпендикулярным направлениям (по осям Хи. При этом существенно возрастают требования к системе сканирования, так как в этом случае малый шаг необходимо обеспечить по обеим осям акустические преобразователи должны иметь широкую диаграмму направленности во всех направлениях. Полученные по этим данным изображения имеют максимальное разрешение по всем трем пространственным осям. Однако это приводит не менее чем к 30-ти кратному возрастанию времени регистрации и объема регистрируемых данных по сравнению с послойной регистрацией данных требуются специальные способы хранения, структурирования возможности быстрого доступа и просмотра данных. Кроме того, резко возрастают требования к применяемому компьютеру сточки зрения быстродействия, объема оперативной памяти. Выигрыш в надежности оценки параметров дефектов по их изображениям, полученным при трехмерной регистрации и при послойной регистрации весьма неочевиден. Поэтому, обычно, при выполнении работ в промышленности используется томографическая регистрация данных. Изображения, подлежащие анализу, в соответствии со структурой зарегистрированных данных, представляют собой набор изображений В – типа из которых формируются изображения Си типа. Схема формирования изображений различного типа поданным послойной регистрации рассеянного акустического поля в системе с когерентной обработкой данных Авгур приведена на рис. 2. Подчеркнем, что изображение В – типа имеет высокое разрешение по осям Х (определяется когерентной обработкой данных) и Z (определяется длительностью зондирующего импульса изображения С – типа и D – типа, являясь комбинированными изображениями, имеют высокое разрешение по осям Хи низкое разрешение вдоль оси Y, определяемое шагом сканирования
∆h. На врезках рис. 2 приведен схематичный вид дефекта в виде подповерхностной трещины для разных типов изображений. Рис. 2. Схема формирования изображений в системе Авгур. Характерные особенности томографических изображений дефектов в системах с когерентной обработкой данных. Как уже отмечалось, акустические изображения дефектов мало похожи на их оптический образ, что связано с большой длиной используемых акустических волн, условиями дифракции и отражения акустических волн на неоднородностях, ограничениями алгоритмов восстановления изображений, методикой регистрации данных. Вместе стем, если размеры несплошностей значительно больше длины звуковой волны и расположены благоприятно сточки зрения регистрации рассеянного ими акустического поля, изображения дефектов могут быть весьма близки к своему оптическому образу. На рис. 3 приведены примеры изображений таких дефектов, полученные с применением системы Авгура) б) Рис. 3. Изображения дефектов, близкие к их оптическому образу а – изображение трещины в основном металле в области радиусного перехода, справа приведена фотография этой трещины, соответствующая В – типу изображения стрелкой отмечен дефект б – изображение стресс – коррозии, справа приведена фотография этой трещины на поверхности, соответствующая С – типу изображения.
1
Изображения получены ПФ. Самариным и Д.С. Тихоновым
4
2 1 Рис. 4. Изображение протяженного дефекта изображение В – типа (слева, изображение D
– типа (справа 1 – шумы аустенитной наплавки, 2 – нестабильность акустического контакта. Сплошные контуры – разделка сварного шва, пунктирная линия – граница аусте- нитная наплавка – основной металл. На рис. 4 наблюдается изображение протяженного дефекта, расположенного на границе сварной шов – основной металл. Здесь представлены изображения В- и D – типа и приведена схема разделки сварного шва (сплошные линии. Оси Хи направлены перпендикулярно и вдоль сварного шва соответственно, координата Z определяет глубину залегания неоднородности относительно внешней поверхности трубопровода. Область аустенитной наплавки характеризуется повышенным уровнем структурного шума. На рис.
4 также видны дополнительные факторы, которые необходимо учитывать при анализе изображений присутствие акустических шумов от структуры объекта, нестабильность качества акустического контакта при сканировании вдоль сварного шва, связанного со значительной волнистостью поверхности в околошовной зоне.
5
Длина,
L Высота,
b Локализация относительно сварного шва Особенности изображений Примечание Схематическое представление изображения Объемная Не менее
∆z В любом месте по глубине и длине шва На изображениях В, С,
D- типа обычно наблюдается одно "пятно" В ряде случаев, когда границы несплошности гладкие, наблюдаются изображения, связанные с волнами обегания- соскальзывания
Несплавление по кромке Локализация вблизи линии сплавления сварной шов - основной металл.
Межваликовое
несплавление Локализация внутри сварного шва.
В-тип
С-тип
Плоскостная
Непровар Не более
∆L на менее
∆z Локализация в корне Х или Y- образного шва. В изображении В типа, как правило, наблюдаются два пятна. При высоте дефекта в несколько длин волн между двумя пятнами могут наблюдаться дополнительные элементы изображения. При определении типа не- сплошности используется информация о ее положении относительно элементов разделки сварного шва
В-тип
С-тип тип
8
ности Длина,
L Высота,
b Локализация относительно сварного шва Особенности изображений Примечание Схематичное представление изображения Цепочка непро-
тяженных дефектов Более
∆L В пределах В любом месте по глубине и длине шва На изображениях В -, С -, D - типа обычно наблюдается несколько "пятен, каждое длиной не более
∆L, высотой
∆z, расстояния между "пятнами" - не менее
∆L. Координаты "пятен" по Х отличаются не более, чем на
∆x. Скопление не-
протяженных дефектов Более
∆L Более
∆z В любом месте по глубине и длине шва На изображениях В -, С -, D - типа обычно наблюдается несколько "пятен, каждое длиной не более
∆L, высотой
∆z, расстояния между "пятнами" - не менее
∆L. Координаты "пятен" по Хи отличаются не менее, чем на
∆x и ∆z, соответственно. Включение шлаковое) Более
∆L может прерываться) Более
∆z В любом месте по глубине и длине шва В изображении В–типа, наблюдается одно "пятно. В изображениях Си типа наблюдается "линия" Изображение может иметь несколько локальных максимумов по длине. Фокусировка "пятна"
- средняя. Обычно 2b
≤ L
В-тип
С-тип тип тип
С-тип
В-тип
С-тип тип
В-тип
9
ности Длина,
L Высота,
b Локализация относительно сварного шва Особенности изображений Примечание Схематичное представление изображения
Несплавление по кромке Более
∆L Более
∆z Вблизи линии сплавления шов - основной металл. В изображении В–типа, иногда, наблюдаются два пятна. В этом случаев изображениях Си типа верхний и нижний концы компланарны При высоте дефекта в несколько длин волн между двумя пятнами могут наблюдаться дополнительные элементы изображения. Характерное соотношение b/L
≥1/7
Межваликовое
несплавление Более
∆L Более
∆z Внутри сварного шва. В зависимости от локализации в изображении В–типа могут наблюдаться два пятна с размерами порядка
∆x и ∆z, или одно пятно с размерами
∆z и большими. Изображение С - типа может иметь вид двух параллельных "линий" или одной, шириной больше хи длиной При высоте дефекта в несколько длин волн могут наблюдаться дополнительные элементы изображения.
Непровар Более
∆L Более
∆z В корне Х или Y- образного шва. В изображении В типа, как правило, наблюдаются два пятна, одно из которых совпадает с корнем шва. Изображение- типа имеет вид двух параллельных "линий, одна из которых локализована в области корня сварного шва. При высоте дефекта в несколько длин волн между двумя пятнами могут наблюдаться дополнительные элементы изображения.
В-тип
С-тип тип
В-тип тип
С-тип
В-тип
С-тип тип
10
∆x и ∆z определяются поперечными продольным разрешением когерентного изображения соответственно и составляют величину порядка
λ. Отметим, что в таблицах нет признака, характеризующего амплитуду анализируемого изображения. Это связано стем, что абсолютное значение амплитуды изображения несплошности зависит от множества причин, таких как ее размер, ориентация, локализация в изделии, акустические параметры материала и не может служить надежным признаком. В таблице 1 приведены основные признаки непротяженных несплошностей в сварных швах по когерентным изображениям, полученным системами серии Авгур. Примеры типичных изображений различных дефектов из таблицы 1 даны на риса) Дефект Вершины дефекта б) Рис. 5. Изображения непротяженных несплошностей (показаны стрелками) в сварных швах трубопроводов с аустенитной наплавкой а – изображения В –, Си типа объемной несплошности, б – изображения В – и D – типа плоскостной несплошности (несплавления по кромке. На этих рисунках сама несплошность показана стрелками на всех видах изображений. Здесь же сплошными линиями приведена разделка сварного шва. На риса приведены изображения В, Си- типа объемной непротяженной несплошности в сварном шве трубопровода с аустенитной наплавкой. Амплитуда изображения высокая и существенно превышает уровень структурных шумов в аустените. На рис. 5 б приведен пример изображений непротяженной плоскостной несплошности типа несплавления по кромке
12
Риc.6 а) б) в) Рис. 6. Изображения объемных протяженных дефектов (показаны стрелками) в сварных швах трубопроводов с аустенитной наплавкой а – изображения В –, Си типа цепочки непротяженных дефектов,
13
∆z. На рис б на изображении D- типа видны маркеры, позволяющие измерить размеры дефекта вдоль сварного шва. а) б)
14
Рис. 7. Изображения плоскостных протяженных дефектов в сварных швах трубопроводов а – изображения В –, Си типа несплавления по кромке б – изображения В –, Си типа межваликового несплавления; в – изображения В – и D – типа непровара. На рис приведены некоторые характерные изображения наиболее опасных дефектов – трещин в сварных швах трубопроводов различного диаметра и толщины. На риса представлены изображения В- и D – типа трещины в трубопроводе толщиной 38 мм в внутренней наплавкой. При этом отсутствует отраженный от дна сигнал и изображение дефекта имеет ярко выраженные признаки трещины, что особенно хорошо видно на изображении типа. В том случае, когда толщина трубопровода небольшая и по условиям контроля (широкий валик усиления) необходимо использовать отраженные от дна сигналы рассмотрение дефекта требует обязательного включения в рассмотрение отраженного изображения, которое совместно с прямым изображением дают ясные признаки наличия трещины (рис в. Здесь стрелкой показано отраженное изображение. На этом рисунке продемонстрирована компланарность верхнего конца трещины (отраженное изображение) и нижнего конца в корне сварного шва (прямое изображение. На рис б приведено изображение трещины в корне сварного шва. Заметим, на то, что трещина распространяется вдоль сварного шва по извилистой линии, как хорошо видно на изображении С – типа.
Риc.8 а)
15
15 мм. Изображения С – типа соответствуют сечениям в области вершины дефекта (левое изображение) ив области нижнего края дефекта (правое изображение. Стрелкой показано отраженное изображение. На рис. 9 приведено характерное изображение нитевидной несплошности. Особенностью такой несплошности является то, что ее высота меньше величины разрешения
∆z, даваемого системой контроля. Поэтому не представляется возможным определить высоту не- сплошности. Кроме того, изображения объемной и плоскостной несплошностей не различаются. Поэтому, нитевидная несплошность, как правило, считается плоскостной в соответствии с консервативной оценкой.
16
∼ L/2 [11]. Высота несплошности определяется из анализа изображений В – типа. При определении высоты в некотором сечении, которое соответствует измеренному слою, выбирается пятно с минимальной координатой Z максимума его амплитуды, которое определяет максимальную высоту дефекта в выбранной плоскости. Аналогично, максимум амплитуды пятна изображения несплошности с максимальным значением Z определяет нижний конец несплошности. Совокупность таких измерений по всему трехмерному изображению дает профиль дефекта. На рис приведен пример и профиля трещины, определенного по результатам измерений с применением системы Авгур и разрушающих испытаний. Трещина
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 Координаты вдоль шва, мм
Гл
у
б
и
н
а
залеганиям bbмbbРис. 10. Профиль трещины в сварном шве трубопровода измеренный с применением системы Авгур (синяя линия) ив результате разрушающих испытаний (красная линия. Необходимо отметить, что амплитуда пятна изображения не является информативным параметром. Обычно эти элементы изображения несплошности имеют характерные размеры и ∆z и отображают точечные отражатели блестящие точки, совокупность которых определяет изображение несплошности. В том случае, когда плоскостной дефект расположен в плоскости, перпендикулярной акустическому пучку ± 15°, изображение этого дефекта имеет размеры по оси X существенно большие, чем
∆x и размеры этого дефекта определяются по размерам единого изображения дефекта, по уровню отсечки 0,7. При
17
∆x, амплитуда изображения несплошности не может служить информативным параметром. Это связано стем, что получение изображений с использованием когерентной обработки данных аналогично цифровой фокусировке.
Поэтому, амплитуда полученных изображений имеет такую же зависимость от размеров отражателя, как в системах с аналоговой фокусировкой акустического пучка [12-14] (фокусирующие ПЭП, фазированные антенные решетки амплитуда изображения рассеивателя растет до тех пор, пока размеры отражателя не превышают величины разрешения. С дальнейшим увеличением размеров отражателя максимальная амплитуда изображения достигает насыщения, при этом изменяется только форма отражателя.
Пример такой зависимости от размеров отражателя для когерентных изображений приведен на рис. 11. Площадь отражателей, мм
2
ам
п
л
и
ту
д
а изображения, от
н
.ед
Рис. 11. График зависимости максимальной амплитуда изображения от отражающей площади моделей дефектов в виде плоскодонных отверстий с различной площадью отражения от 0,5 мм до 80 мм, полученные с использованием системы серии Авгур. Здесь представлена зависимость максимумов амплитуды изображений дефектов различной площади (от 0,5 мм до 80 мм. Видно, что амплитуда увеличивается существенно нелинейно – при больших размерах дефекта амплитуда изображения дефекта не увеличивается. В том случае, когда размеры дефекта меньше элемента разрешения – амплитуда падает.
Измерение профиля дефекта при выполнении первичного контроля часто не является необходимым, так как при выполнении прочностных расчетов используются максимальные значения длины и высоты дефектов. Однако, при периодическом наблюдении за выявленным дефектом, знание его профиля является очень важным, так как позволяет наблюдать за развитием дефекта и принимать решение о необходимости его ремонта при дальнейшем его развитии. В частности, на рис. 12 приведены результаты наблюдения за профилем дефекта в течение 4 лет. Видно, что в 2000-2004 годах дефект не развивался, а в 2004 году его профиль значительно изменился – дефект удлинился и, что самое главное, увеличил свою высоту. В результате было принято решение сварное соединение, с этим дефектом отремонтировать. Рассмотренные выше устойчивые признаки существования дефекта в изображении, правила определения его размеров, позволили разработать алгоритм автоматического определения параметров дефектов [15], которые используются при контроле аустенитных сварных швов трубопроводов диаметром х мм серии Авгур 4.2.
18
0
2
4
6
8
10
12
14
16
585
590
595
600
605
610
615
620
625
630
Развертка сварного шва, мм
Глуб
ин
а
,
мм
2004
2003
2002
2000
Граница шва
Рис. 12. Наблюдение затрещиной при периодическом контроле в 2000 – 2004 гг.
5. Заключение Проанализированы характерные особенности томографических изображений, формируемых системами с когерентной обработкой данных. Показано, что процесс оценки результатов акустических изображений, для определения типа и измерения размеров не- сплошностей можно разбить на несколько этапов. Ключевым этапом является первый, задачей которого состоит в выделении в анализируемом трехмерном томографическом изображении элементов, относящихся к не- сплошности на фоне значительного количества элементов изображения, относящихся к шумами различной природы, изображению несплошности, связанному с преобразованными на несплошности акустическими волнами других типов и другими артефактами. Кроме того, задача усложняется возможными пропусками изображения, за счет нарушения акустического контакта. Приведенные в работе общие критерии отбора этих элементов, позволяют в значительной степени решить эту задачу и перейти к следующей – определить тип выявленной несплошности. Для уверенного ее решения необходимо выполнять анализ трехмерного изображения несплошности. Приведенные общие правила определения типа несплошности позволяют определить ее тип протяженная или непротяженная, объемная или плоская. Для более детального различения несплошностей по их типам в работе приведены таблицы основных особенностей когерентных изображений для различных типов несплошностей в сварных швах и примеры характерных изображений для них. При этом амплитуда анализируемого изображения не является существенным признаком, характеризующим несплошность. Это связано стем, что абсолютное значение амплитуды когерентного изображения несплошности зависит от множества причин, таких как ее размер, ориентация, локализация в изделии, акустические параметры материала. Кроме того, в значительной степени (на 70% [16]) когерентное изображение зависит от фазовой составляющей зарегистрированного акустического поля после его взаимодействия с несплошно- стью. Заключительным этапом анализа изображений является определение реальных параметров дефектов. Приведенные в работе правила определения параметров дефектов позволяют измерять их с точностью определяемой разрешением
∆x, ∆y, ∆z систем визуализации. Ив этом случае амплитуда акустических изображений не определяет размеры рассматриваемого дефекта. Относительная независимость отдельных слоев в томографическом изображении позволяет получить профиль дефекта. Знание профиля дефекта является очень полезным при выполнении периодического контроля объекта, так как позволяет наблюдать за развитием дефекта. Приведенные в работе критерии анализа изображений были использованы для разработки автоматизированных алгоритмов обработки данных.
19
1. Сыркин ММ Повышение достоверности автоматизированного ультразвукового контроля. – Дефектоскопия, 2003, №3, с. 11 – 23.
2. Жмуркин Ю.А., Яблоник Л.М. Автоматизация и механизация ультразвукового контроля сварных швов в судостроительной промышленности. // Дефектоскопия. –
1981. - № 3. – С. 49 – 61.
3. Moles M., Ginzel E., Dubè N. Phased Arrays for Pipeline Girth Weld Inspections In- sight, 2002, 44, N 2,p
4. Selby G. Phased Array UT Applications Development at the EPRI NDE Center //
NDT.net - October 1999, v. 4, N 10.
5. Langenberg K.J., Berger M., Kreutter Th., Mayer K., Schmitz V. Synthetic aperture focusing technique signal processing. // NDT Int., 1986, v. 19, N 3, p. 177-189.
6. Ogilvi I.A. Ultrasonic beam profiles and beam propagation in austenitic weld a theoreti- cal ray tracing model. - Ultrasonics, 1986, N 11, p. 337 – 347.
7. Алешин Н.П., Вадковский Н.Н., Волкова Н.Н. Ультразвуковой контроль аусте- нитных сварных швов анализ способов и рекомендации по повышению надежности Дефектоскопия, 1988, №2, с. 43 – 59.
8. Алешин Н.П., Горная С.П. Новый подход к оптимизации УЗК аустенитный сварных соединений. – В мире НК, 2003, №1(19), 16 – 18.
9. Ультразвуковой экспертный контроль сварных швов трубопроводов и оборудования АЭС с применением компьютерных голографических систем серии Авгур (общие методические положения) – МЭ-ОМП-98, М, 1998.
10. Бадалян В.Г., Гребенников В.В., Гребенников Д.В., Самарин ПФ, Тихонов
Д.С. Методика экспертного ультразвукового контроля сварных соединений аусте- нитных трубопроводов Ду300 реакторов РБМК с применением компьютерных систем серии АВГУР. МЭ-ТАМ/2-К-02. М, НПЦ ЭХО, 2002 11. Бадалян В.Г. Погрешность измерения дефектов с использованием систем с когерентной обработкой данных // Дефектоскопия. – 2003. - № 3. – С. 12 – 23.
12. De Vadder D. Detéction des grands défaults plans mal orientés à l`aide de transducteurs focalises // 8 Cannes Conf. Mondiale sur les essais non destructifs, 1976, Sect. 3K1, 3H1,
3G, p. 3HS/1 - 3HS/10.
13. Saglio R., Prot A.C., Touffait A.M. Determination of defect characteristics using focused probes // Mater. Eval. – 1978. – V. 36. – N 1. – P. 62 – 66.
14. Wüstenberg H., Erhard. Maching of ultrasonic flaw sizing methods to the defect type and location. // Nuclear Engin. & Design. – 1984. – V. 81. – P. 315 – 323.
15. Бадалян В.Г., Вопилкин АХ, Доленко С.А., Орлов Ю.В., Персианцев И.Г. Алгоритмы обработки данных для автоматизации работы ультразвуковых систем с когерентной обработкой данных. // Дефектоскопия, 2004, № 12, 3 – 15.
16. Gallagher N.C. Optimum quantization and relative information content of holographic magnitude and phase // Acoustical imaging and holography. 1979, v.1, № 2, р. 119 –
132.
20