УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ ШВОВ

Полезная модель относится к области исследования или анализа материалов с помощью ультразвуковых волн, а именно к области дефектоскопии и может быть использовано для неразрушающего контроля кольцевых сварных швов труб и цилиндрических изделий.
Известно устройство для контроля кольцевых сварных швов, описанное в патенте RU №2047174. Устройство содержит разъемную кольцевую направляющую, устанавливаемую на нее в процессе контроля основу с приводами перемещения, датчиками пути, вмонтированными в эти приводы. На основе размещены ультразвуковые преобразователи с их держателями и с механизмом их взаимного перемещения и средство подачи контактной жидкости. Устройство имеет дистанционное оборудование питания, управления, обработки и регистрации информации. Оно снабжено отдельной подвеской, несущей на себе систему подачи контактной жидкости, включающей емкость с контактной жидкостью и насос для ее подачи к ультразвуковым преобразователям и содержащей прижимы, например магнитные, для крепления ее на изделии в зоне контроля. Карданная вилка на подвесе обеспечивает вертикальное положение емкости на протяжении контроля всего кольцевого шва. Конструкция устройства имеет ряд недостатков. Удаленность аппаратуры требует увеличения мощности генератора, так как передаваемый аналоговый сигнал подвержен затуханию, и необходимо поддержание его высокого уровня. Аналоговый сигнал так же сильно подвержен искажению, и передача сигнала о дефектах в блок обработки и регистрации информации по кабелю снижает достоверность контроля в силу появления помех и шумов, вызванных электрическими наводками, что является серьезным недостатком конструкции. Кроме того, размещение резервуара с контактной жидкостью непосредственно на объекте контроля утяжеляет конструкцию и ограничивает размер этого резервуара, а конструкция карданной вилки приводит к усложнению устройства и понижению его надежности.
Ближайшим по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является устройство, описанное в патенте RU №164509. Устройство включает несущую основу, на которой закреплены электронный блок, соединенный электрическими кабелями с автономным источником питания, датчиком контроля положения шва, ультразвуковыми блоками на подвесах, блоком управления приводом передвижения и модулем беспроводной передачи данных, так же размещенными на несущей основе, и средство подачи контактной жидкости. Датчик контроля положения шва и привод передвижения размещены на основе с помощью кронштейна с поворотным рычагом. Основа передвигается с помощью ведомых колес с датчиком пути. Средство подачи контактной жидкости представляют собой пружинные насосы со шлангами для ее подачи непосредственно в зону контакта рабочих поверхностей ультразвуковых преобразователей с объектом контроля из удаленного резервуара. Датчик контроля положения шва индуктивного типа вынесен вперед перед приводом передвижения. Подвес ультразвукового блока обеспечивает качание с тремя степенями свободы и регулировку расстояния между блоками. Электронный блок выполнен с возможностью использования схем прозвучивания всего сечения сварного шва и околошовную зону на основе эхо-импульсного и дифракционного амплитудно-временного методов. Электронный блок формирует электрические сигналы, возбуждает колебания в ультразвуковых блоках, принимает и осуществляет аналого-цифровое преобразование пришедших с ультразвуковых блоков сигналов и передает по радиоканалу через модуль беспроводной передачи данных информацию на внешний персональный компьютер для последующей обработки. Источник питания обеспечивает электропитанием в автономном режиме электрическую схему устройства. Измерение координаты сканирования вдоль оси трубы обеспечивается с помощью датчика пути на основе оптического энкодера, размещенного на ведомых колесах. Привод передвижения обеспечивает магнитное прижатие и удержание устройства к поверхности трубы с помощью магнитных колес, симметрично расположенных относительно сварного шва. Устройство предназначено для неразрушающего ультразвукового контроля кольцевых сварных соединений трубопроводов диаметром от 530 до 1220 мм.
Ближайший аналог заявляемой полезной модели имеет недостатки.
Средства слежения за швом, выполненного в виде индуктивного датчика, как в ближайшем аналоге, позволяет получить расстояние до металла по левой и правой кромкам шва и по этим данным определить положение центра шва, что необходимо при проведении ультразвукового контроля. Если шов несимметричен (одна из кромок ниже другой), центр шва будет определен неправильно, что приведет к неправильному положению преобразователя относительно шва и в дальнейшем к уходу со шва и к снижению достоверности ультразвукового контроля. То есть при использовании таких датчиков существуют требования к форме валика сварного шва (симметричность). Так же недостаткам ближайшего аналога относим использование в качестве средства фиксации устройства контроля на поверхности исследуемого объекта магнитных колес. Это ограничивает использование устройства только на изделиях из магнитных материалов. Кроме того, устройство имеет ограничение по диаметру контролируемых объектов, связанное с невозможностью передвижения объемного блока с аппаратурой с помощью колес по поверхности с малым диаметром кривизны.
Оптический энкодер, размещенный на ведомых колесах, осуществляет измерение пройденного пути по поверхности трубы от точки начала движения относительно начальной координаты по оборотам вращения колес с некоторой погрешностью. Такой способ измерения ведет к накоплению ошибки, повышает погрешность определения координаты и, как следствие, снижению достоверности результатов контроля. Возможно передвижение сканирующего устройства по объекту контроля со сбоями, такими как например проскальзывание колес. При этом происходит прокрутка колес, измеряемая энкодером, но не приводящая к изменению положения, что ведет к ошибочному определению координаты локализации дефектов, то есть влияет на достоверность контроля.
Таким образом, измерение координаты сканирования с помощью датчика пути на основе оптического энкодера ведет к получению недостоверных измерений при определении положения, что является недостатком известного ближайшего аналога, на устранение которого направлена заявляемая полезная модель.
Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства для достоверного ультразвукового контроля сварных кольцевых швов.
Задача решается за счет того, что устройство ультразвукового контроля сварных кольцевых швов содержит несущую основу, на которой закреплен аппаратный блок, в который входят размещенные с возможностью передвижения друг относительно друга на подвеске ультразвуковые блоки, средство подачи контактной жидкости, автономный источник питания, датчик пути и электронный блок, электрически связанный с автономным источником питания, датчиком пути и ультразвуковыми блоками и выполняющий функции формирования электрических сигналов и возбуждения колебаний в ультразвуковых блоках, приема, усиления и аналого-цифрового преобразования пришедших с них сигналов и содержащий средство передачи информации на внешнее устройство, и отличается тем, что датчик пути выполнен в виде гироскопа, размещенного в аппаратном блоке, а электронный блок дополнительно выполняет функцию преобразования угловой координаты, поступающей с гироскопа, в линейную координату положения ультразвуковых блоков.
Техническим результатом является повышение точности измерений положения дефектов путем повышение точности измерений положения устройства ультразвукового контроля и, следовательно, локализации найденных дефектов при неразрушающем контроле сварных швов.
Гироскоп определяет изменение своего углового положения в пространстве относительно выбранной системы координат и устройства, на котором он установлен, после чего по измеренной угловой координате с учетом известного диаметра трубы может быть вычислена линейная координата положения ультразвуковых блоков в миллиметрах. Размещение гироскопа в аппаратный блок, размещенный на несущей основе и передвигаемый вдоль шва, позволяет получать точную информацию о положении аппаратного блока, а следовательно и входящих в него ультразвуковых блоков, в виде абсолютной координаты относительно выбранной системы координат (в данном случае с началом отсчета на оси измеряемой трубы) при любых изменениях положения устройствам отличии отданных при использовании энкодера, определяющего относительную координату. То есть использование гироскопа в качестве датчика пути позволяет избавиться от недостатков, связанных с использованием энкодера и указанных в ближайшем аналоге устройства.
Совокупность признаков по п. 2 характеризует устройство, в котором датчик пути, выполненный в виде гироскопа, интегрирован в электронный блок.
Размещение гироскопа непосредственно в электронном блоке дополнительно позволяет повысить надежность устройства контроля за счет исключения возможности механического повреждения кабеля и разъема, которые могут случиться в случае размещения его в произвольном месте в аппаратном блоке с использованием кабелей для передачи информации в электронный блок.
Совокупность признаков по п. 3 характеризует устройство, в котором несущая основа размещена на жесткой разъемной кольцевой раме, выполненной из частей, подвижно скрепленных между собой на одном конце, с возможностью замыкания с помощью средства скрепления друг с другом на другом конце, и имеющей зубчатую направляющую.
Использование жесткой разъемной несущей рамы для размещения устройства контроля на исследуемой трубе способствует надежной фиксации ультразвуковых блоков устройства в зоне контролируемого шва и обеспечивает его стабильное положение без сбоев и без получения ошибочных результатов контроля. Зубчатая передача рамы обеспечивает равномерность и плавность хода несущей основы со всеми конструктивными элементами устройства вдоль шва. Кроме того, использование для фиксации на объекте разъемной несущей рамы позволяет использовать устройство контроля на объектах из любых материалов, в том числе немагнитных, в отличии от ближайшего аналога. Так же использование жесткой рамы снимает ограничение по диаметру контролируемой трубы, имеющее место в ближайшем аналоге и связанное с передвижением аппаратного блока по поверхности трубы вдоль шва с помощью колес - размещение устройства для контроля может осуществляться с помощью рамы на трубы любого диаметра. Кроме того, при стабильной фиксации с помощью кольцевой рамы отпадает необходимость использования средства слежения за швом, возможные недостатки которого указаны в недостатках ближайшего аналога (ограничение по форме контролируемого сварного шва). Использование кольцевой рамы упрощает конструкцию и обработку данных в силу исключения из обработки данных со средства слежения за положением шва.
Сущность устройства поясняется чертежом.
Устройство для контроля содержит жесткую разъемную кольцевую несущую раму 1, состоящую из частей, которые при скреплении между собой замыкаются и жестко фиксируются на исследуемом объекте контроля(трубе), с направляющей и зубчатой передачей 2 для передвижения несущей основы с аппаратным блоком 3 по раме 1. В аппаратный блок 3 входят электронный блок 4, электрически связанный с ультразвуковыми блоками 5, состоящими из излучающих и приемных ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, на подвесках и автономный источник питания. Устройство также содержит средство подачи контактной жидкости 6. Гироскоп 7, выполняющий функцию датчика пути, размещен так же в аппаратном блоке 3, а именно интегрирован в электронный блок 4. Электронный блок 4 включает в себя блоки 8 формирования электрических сигналов и возбуждения колебаний в ультразвуковых блоках 5, блок 9 приема, усиления и аналого-цифрового преобразования пришедших с ультразвуковых блоков 5 сигналов и средство 10 передачи информации на внешнее устройство для последующей обработки, оценки и визуализации. Кроме того, электронный блок 4 выполняет функцию преобразования угловой координаты, полученной с гироскопа 7, в линейную с учетом известного диаметра исследуемой трубы. Средство подачи контактной жидкости 6 к ультразвуковым преобразователям, образующим ультразвуковые блоки 5, включает в себя удаленный резервуар с нагнетающим контактную жидкость электро или механическим насосом и систему шлангов. Основа приводится в движение по раме 1 механически с помощью ручки 11.
Устройство для контроля размещается на объекте с помощью жесткой разъемной кольцевой несущей рамы 1. Часть кольцевой рамы 1 с аппаратным блоком 3 размещается на трубе, после чего фиксируется на трубе путем замыкания и фиксации частей рамы. Ультразвуковые блоки 5 при этом располагается в области контролируемого шва, и осуществляется их позиционирование относительно шва с помощью подвижной подвески. Включается средство 6 подачи контактной жидкости насосом к преобразователям. С помощью блока 8 формирования электрических сигналов осуществляется возбуждение ультразвуковых колебаний в объекте контроля излучающими пьзоэлектрическими преобразователями, которые отражаются от дефектов и принимаются приемными преобразователями, сигнал с которых принимается, усиливается и обрабатывается путем аналого-цифрового преобразования в электронном блоке 4 и передается средством 10 передачи информации на внешнее устройство для последующей обработки, оценки и визуализации результатов контроля в виде разверток, используемых при контроле. Одновременно гироскопом 7 осуществляется измерение углового положения аппаратного блока 3, его преобразование в электронном блоке 4, синхронизация полученной координаты с результатами контроля и передача информации на внешнее устройство. Оценку качества сварных соединений осуществляют на основании измерения амплитуд эхо-сигналов и времени эхо-сигналов эхо-импульсным и дифракционно-временным методами неразрушающего контроля, отраженных от дефектов типа нарушения сплошности или однородности материала, и измерения координат обнаруженных дефектов в кольцевых сварных соединениях. Оценку осуществляют во время контроля на устройстве дальнейшей обработки и визуализации или после проведения контроля по сохраненным результатам. Результаты контроля автоматически заносятся в архив результатов контроля, из которого впоследствии распечатывают заключения с результатами контроля и сопроводительной информацией в виде дефектограмм.