Дипломная работа: Модернизация приборов ультразвукового контроля труб
Время непрерывной работы не менее 16 часов.
Прибор должен иметь режим самотестирования основных узлов
2.11. Требования по метрологии
2.11.1 Прибор является пороговым средством контроля.
2.12. Сертификация
2.12.1 Приборы должны иметь сертификаты качества.
2.13 Надежность
2.13.1. Срок службы приборов должен быть не менее 10 лет,
2.13.2. Гарантийные обязательства: 18 месяцев, из них 6 месяцев хранения.
3 Этапы работ
| № п/п | Этапы работ и их содержание | Ориентировочная продолжительность работ | Примечание |
| 1 | Разработка конструкторской документации, изготовление и испытание макетов на оборудовании заказчика, корректировка КД | 6 месяцев | |
| 2 | Изготовление 3-х опытных образцов дефектоскопов. Проведение предварительных испытаний и испытаний на оборудовании заказчика | 9 месяцев | |
| 3 | Корректировка КД по результатам испытаний. Доработка и поставка заказчику 3-х дефектоскопов | 3 месяца | |
| 4 | Изготовление и поставка заказчику 7-ми дефектоскопов | 9 месяцев |
Сроки выполнения работ по этапам уточняются договорными документами.
4 Порядок приемки этапов работы
4.1 Работы первого и второго этапов принимаются на техническом совещании исполнителя. Окончанием этапов является дата утверждения протоколов испытаний макета и опытных образцов.
Приемка и поставка дефектоскопов производится в соответствии с техническими условиями на дефектоскоп, согласованными с заказчиком.
Настоящее ТЗ может уточняться в процессе разработки дефектоскопа.
Не углубляясь в физическую сущность ультразвуковой дефектоскопии, кратко определим основные процессы и методы неразрушающего контроля. Ультразвуковая эхоскопия - это методы и технические средства получения визуальной информации о внутренней структуре различных объектов и сред путем использования явлений отражения, рассеяния и поглощения ультразвуковых сигналов, образующихся при взаимодействии ультразвукового излучения с исследуемым объектом. Слово "Эхоскопия" происходит от греческих слов echo - эхо и skopeo - смотрю, буквальном смысле оно обозначает только наблюдение эхо - сигналов. Однако со временем это слово приобрело более широкий смысл: под ним понимается не только получение визуальной информации, но и определение на основе этой информации параметров исследуемой среды. Интерес к практическому использованию ультразвуковой эхоскопии обусловлен в первую очередь тем, что из-за различной природы ультразвуковых и электромагнитных волн (видимого света, рентгеновских лучей и др.) она позволяет наблюдать оптически непрозрачные структуры за счет механических, точнее акустических свойств, что в некоторых случаях невозможно при использовании проникающих электромагнитных излучений. Причем, важным преимуществом является то, что при низких интенсивностях ультразвуковых сигналов они безвредны для живых организмов. Поэтому ультразвуковая дефектоскопия используется для целей медицинской диагностики и дефектоскопии различных изделий, включая медицинское и техническое применение ультразвуковой микроскопии, а также визуализации подводных объектов. Дальнейшее расширение внедрения ультразвуковых методов визуализации и измерений идет параллельно с решением проблем разработки более оптимальных методов преобразования акустических полей в оптические изображения и создания средств, обеспечивающих переход от качественного анализа этих изображений к количественному. С каждым годом растет число публикаций по ультразвуковой эхоскопии. Но большинство из них представляют собой научные статьи, посвященные отдельным вопросам реализации и применения соответствующих систем. Обобщающие работы опубликованы по практическому, в частности диагностическому, применению ультразвуковых эхоскопов. Однако до сих пор в нашей стране не изданы книги, в которых обобщенно и последовательно были бы рассмотрены теоретические и технические аспекты, актуальные для разработчиков этих систем.
Для ультразвуковых исследований могут применяться различные принципы и эффекты, основанные на эффектах дифракции света, голографии, поверхностного рельефа и др. Однако импульсные эхоскопы имеют ряд преимуществ перед устройствами других типов. С их помощью возможно формирование эхоизображений при слабых эхосигналах, т. е. могут быть применены ультразвуковые импульсы малой мощности, практически безвредные для живых организмов.
В последнее время благодаря преимуществам этих приборов они получили в мировой практике особенно бурное развитие, как в плане технического усовершенствования, так и расширения областей применения. Анализ современных достижений в области ультразвуковой визуализации показывает, что устройства этого типа можно считать основным типом ультразвуковых эхоскопов предназначенных для исследований и дефектоскопии.
Количество информации, получаемой с помощью ультразвуковых эхоскопов, их точность и быстродействие определяются параметрами зондирующих импульсов, характеристиками ультразвуковых преобразователей, а также способами и характеристиками устройств обработки и оценки параметров эхо - сигналов, несущих информацию о свойствах сред. Для быстрого электрического управления ультразвукового сканирования все шире применяют встроенные микропроцессорные и внешние вычислительные устройства. Особенности ультразвуковых эхоскопических дефектоскопов со сканированием определяется особенностями исследуемых объектов, условиями ввода ультразвука, а также контролируемыми параметрами.
В эхоскопической дефектоскопии в основном применяют методы ручного или автоматического механического сканирования. Электрический коммутационный или смешанный коммутационно-механический методы сканирования находят применение при исследовании тонкостенных, протяженных объектов, например листовых материалов и труб. Электрическое управление характеристиками направленности пьезопреобразователей используется при исследовании объемных (толстостенных) объектов. Во всех этих случаях применяется иммерсионный или контактный методы связи объекта с электроакустическими преобразователями. Так как реализация хорошего акустического контакта при перемещении преобразователя во многих случаях является довольно сложной задачей с точки зрения контроля этого контакта, в ультразвуковых дефектоскопах иногда используются дополнительные акустические каналы.
1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ДЕФЕКТОСКОПОВ
1.1 Анализ приборов для ультразвукового контроля сварных труб, на Челябинском трубопрокатном заводе, установка УД-82УА
Одна из применяемых установок для неразрушающего контроля сделана на базе автоматизированной эхоскопической установке УД-82УА [ ] и предназначена для контроля сварных швов труб большого диаметра. В состав этой установки может входить до четырех каналов ультразвукового зондирования, содержащих по два электроакустических преобразователя, один из которых обеспечивает ввод ультразвука под углом 40--50 градусов к поверхности трубы, а другой под углом90 градусов. Второй преобразователь в каждом канале служит для контроля акустического контакта между преобразователями и поверхностью трубы. Этот контроль основан на фиксации эхо-сигналов, отраженных от поверхности стенки. При контроле сварных швов преобразователи устанавливаются в устройства ориентации, обеспечивающие их юстировку относительно шва при реализации различных схем прозвучивания и корректировку угла ввода ультразвука в пределах +-5 градусов при изменении акустических или геометрических параметров контролируемых изделий, а также при изменении температуры. Для повышения разрешающей способности и чувствительности этих дефектоскопов в них используются генераторы зондирующих импульсов с модуляцией частоты повторения импульсов в пределах 20%. Частотная модуляция позволяет уменьшить интерференционные помехи и тем самым повысить вероятность обнаружения дефектов. Этим дефектоскопом обеспечивается контроль сварных соединений при толщинах стенок от 4 мм до 40 мм Скорость продольного сканирования до 0,5 м/с.
При ультразвуковом контроле труб используется поступательное движение трубы, при этом блок с акустическими преобразователями неподвижен. Ниже приведена обобщенная структурная схема импульсного ультразвукового дефектоскопа сварных швов.
СИГНАЛ О НАРУШЕНИИ КОНТАКТА
ОТМЕТКА О ДЕФЕКТЕ
Рисунок 1 - Структурная схема ультразвукового дефектоскопа УД-82УА.
1.2 Установка КРАУТКРАМЕР и технологический цикл контроля сварных швов
Другая, применяемая установка немецкой фирмы Крауткремер тип KS 3000 имеет восемь каналов, работающих как в совмещенном, так и в раздельно - совмещенном режиме. Принцип работы установки в этих режимах состоит в следующем: при совмещенном режиме пьезопреобразователь служит как для излучения, так и для приема эхо - сигнала; при раздельном режиме в прозвучивании сварного соединения используют два пьезопреобразователя, один служит для излучения ультразвука, другой для приема ультразвукового сигнала. Таким образом, на установке Крауткремер удаётся решить проблему контроля акустического контакта и контроля сварного соединения с помощью одних и тех же пьезопреобразователей. Это достигается с помощью раздельной во времени работы акустических каналов, т.е. каждый канал работает в строго определенном такте цикла контроля.
Схема расположения пьезопреобразователей относительно сварного соединения во время технологического контроля приведена на рисунке.
Основные типы дефектов, контролируемые на технологической установке Крауткремер - это непровары, пустоты и посторонние включения в сварном шве, расслоение основного металла в околосварной зоне (зона термического влияния). И в зависимости от этого и от последовательности работы каналов на установке различают следующие типы конфигурации: L-форма; X-форма; K-форма. Ниже приведена последовательность работы по тактам, а также функции выполняемые каждым пьезопреобразователем (Рис.). Цикл контроля имеет шесть тактов, из которых два последних используются для контроля акустического контакта, остальные для контроля качества сварного соединения.
Визуальная информация о наличии и величине дефекта, выводится на экран осциллографической трубки в реальном масштабе времени . На экране также отображаются стробирующие импульсы (строб-импульс щуп), определяющие зону контроля. Рассматриваемые приборы относятся к приборам с одномерной ультразвуковой визуализацией, при которой определяются амплитуда и момент времени приёма эхо - сигнала или теневого сигнала, полученных зондированием исследуемой среды по одному направлению ультразвукового луча. Такие приборы обеспечивают формирование одномерных эхограмм так называемого А-типа, характеризующих расположение прозвученных неоднородностей среды по одной продольной координате. Ниже приведены осциллограммы работы дефектоскопа при настройке на эталоне.
Временные интервалы задаются с учетом конструктивных особенностей установки рабочей головки с пьезопреобразователями, углом ввода ультразвукового луча и скорости ультразвука в материале трубы. Оптимальное расстояние от зоны контроля до пьезопреобразователя L составляет 9,6 толщин листа H трубы, например для листа H = 15 мм.