СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ ТРУБ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR ULTRASONIC INSPECTION OF CYLINDRICAL ARTICLES, INCLUDING PIPES AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля качества продукции металлургической промышленности с применением акустических преобразователей, вихретокового метода или метода магнитного рассеивания, и может быть использовано при проведении ультразвукового контроля цилиндрических изделий, в том числе труб, движущихся по рольгангу вращательно-поступательно.
Известен способ ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий и устройство для его осуществления, который включает возбуждение в изделии импульса ультразвуковой волны, осуществление многократного прохождения этого импульса по периметру сечения, изменение энергии сигналов [1].
Известное устройство для ультразвуковой дефектоскопии содержит совмещенный двунаправленный преобразователь и соединенные с ним последовательно ультразвуковой дефектоскоп и схему обработки, усилитель, блок измерения информативных параметров и блок принятия решения, рольганг, устройство намагничивания, блок электромагнитно-акустических преобразователей и генератор колебаний [1].
К недостатку известного технического решения относится невозможность определения места нахождения изделия и, в частности, его положения относительно электромагнитно-акустических преобразователей. В результате при взаимном перемещении изделия и электромагнитно-акустического преобразователя (далее по тексту - преобразователя) может произойти их столкновение и его повреждение. При отсутствии точных данных о положении переднего и заднего концов изделия может увеличиться неконтролируемая зона.
Известно также техническое решение для неразрушающего контроля труб, содержащее транспортную линию с приводными и неприводными роликами, механизм сканирования с установленными на нем преобразователями, соединенными с дефектоскопом, блок контроля, блок управления, блок запоминания и представления информации, измеритель перемещения контролируемой трубы, регистр координат сканирования, многоканальный маркер [2].
К недостатку известного технического решения относится невозможность точного определения положения дефекта относительно преобразователей и маркера после прохода объекта контроля (концевого участка прутка) за пределы измерителя перемещения. Кроме того, к недостатку известного технического решения относится также невозможность обеспечения надежной защиты преобразователей от повреждений при проходе объекта контроля.
Известен способ бесконтактного ультразвукового контроля сортового проката и труб, включающий перемещение объекта контроля через механизм сканирования с установленными на нем преобразователями, измерение перемещения объекта контроля, сложение и сравнение поступающих от преобразователей сигналов в блок управления, определение координат сканирования, передачу команд на срабатывание маркера, при котором контроль за перемещением переднего и заднего концов объекта контроля, положением преобразователей относительно поверхности объекта контроля, положением дефекта, обнаруженного преобразователем, осуществляют путем их подвода в момент подхода переднего конца объекта контроля и отвода в момент подхода заднего конца объекта контроля, причем подвод и отвод осуществляют по командам с блока управления [3].
Известное устройство для ультразвукового контроля труб содержит транспортную линию с приводными и неприводными роликами, механизм сканирования с преобразователями, измеритель перемещения контролируемого объекта в виде оптического датчика, программный блок управления и многоканальный маркер, несколько блоков преобразователей и измерителей перемещения переднего и заднего концов объекта контроля, расположенных по ходу его движения с фиксированными расстояниями относительно осей координат, точка пересечения которых лежит на оси оптического датчика, преобразователи снабжены механизмами подъема и опускания на поверхность объекта контроля при его прохождении под преобразователями, измерители перемещения выполнены в виде роликов, контактирующих с объектом контроля, на осях которых смонтированы датчики углов поворота роликов, преобразующих механическое вращение в электрические сигналы, принимаемые блоком управления, а их положение и положение маркера имеют фиксированные значения относительно начала координат [3].
Общим недостатком известных способов и устройств УЗК круглого проката и труб является наличие на объектах контроля с торцов неконтролируемых участков, что снижает качество контроля труб, особенно в местах расположения фасок.
Анализ существующей ситуации в мире показывает, что для проведения ультразвукового контроля труб в настоящее время используются несколько видов акустических преобразователей (АП). Необходимым условием для всех видов АП является контакт с поверхностью трубы. Поэтому, как правило, используют механический приводной рычаг, который опускает АП на поверхность трубы на ее переднем конце и поднимает АП, когда он достигнет заднего конца трубы [1-3].
В настоящее время при проведении ультразвукового контроля труб, движущихся по рольгангам вращательно-поступательного перемещения, используется следующий способ проведения УЗК.
Труба движется вращательно-поступательно, а измерительный модуль (ИМ), на котором закреплены один или несколько АП, стоит неподвижно. При этом АП имеют возможность перемещаться лишь вертикально, опускаясь на трубу, либо поднимаясь с нее [1-3].
Опускание АП происходит следующим образом. Когда специально предназначенный для обнаружения трубы датчик определит, что АП находится над трубой, происходит опускание АП. В конце трубы, когда датчик определит, что труба своим задним концом достигла АП, происходит подъем АП.
При этом возникают не проконтролированные участки, так называемые треугольные неконтролируемые зоны (ТНЗ, фиг.1).
Если посмотреть на развертку трубы, проконтролированной таким образом, то отчетливо видны треугольные неконтролируемые зоны. Причем, как на переднем, так и на заднем конце трубы (фиг.2).
На заднем конце трубы такая неконтролируемая зона получается потому, что по достижении концом трубы габарита АП его необходимо поднимать, иначе крайние опоры АП сойдут с трубы, и АП будет поврежден (фиг.3). Целью изобретения является создание способа проведения УЗК труб, движущимся по рольгангам вращательно-поступательно, который бы обеспечил 100% контроль труб.
Поставленная цель достигается тем, что в способе ультразвукового контроля цилиндрических изделий, в том числе труб, включающем вращательно-поступательное перемещение по рольгангам, сканирование при помощи измерительного модуля, снабженного акустическими преобразователями, по меньшей мере, один измерительный модуль с одним или несколькими акустическими преобразователями, перемещают параллельно контролируемому объекту, например трубе, со скоростью перемещения объекта контроля, при этом в начале контроля синхронизируют скорость измерительного модуля со скоростью контролируемой трубы, обеспечивая его перемещение со скоростью, равной поступательной скорости трубы в течение одного оборота трубы, контролируя первым акустическим преобразователем 100% переднего конца трубы, после чего останавливают измерительный модуль и далее ведут 100%-ный контроль поверхности трубы, по спирали до момента подхода переднего конца трубы ко второму акустическому преобразователю, после чего вновь синхронизируют скорость измерительного модуля со скоростью поступательного движения трубы, контролируя вторым акустическим преобразователем 100% переднего конца трубы, после чего останавливают измерительный модуль и далее контролируют трубу по спирали до момента подхода переднего конца трубы к третьему акустическому преобразователю и так далее, в зависимости от количества установленных на измерительном модуле акустических преобразователей разного функционального назначения, после окончания сканирования переднего конца трубы, возвращают измерительный модуль на исходную отметку, а при подходе заднего конца трубы снова синхронизируют скорость измерительного модуля с поступательной скоростью контролируемой трубы, и перемещают его в направлении движения трубы со скоростью, равной скорости трубы в течение одного оборота трубы, контролируя 100% заднего конца трубы одним или несколькими акустическими преобразователями, повторяя ту же самую последовательность перемещений и остановок измерительного модуля, выполняемую при контроле переднего конца трубы.
Устройство для ультразвукового контроля цилиндрических изделий, в том числе труб, содержащее рольганг, измерительный модуль с акустическими преобразователями, механизм вращательно-поступательного перемещения труб, механизмы подъема и опускания акустических преобразователей, систему слежения за перемещениями труб, выполнено в виде рамы, на которой установлен, по меньшей мере, один измерительный модуль с возможностью возвратно-поступательных перемещений и остановок по командам системы слежения, снабженный одним или несколькими акустическими преобразователями с различным функциональным назначением, система слежения, представляющая собой комплекс датчиков и иных средств автоматизации, выполнена с возможностью обеспечения перемещения, по меньшей мере, одного измерительного модуля с одним или несколькими акустическими преобразователями параллельно контролируемому объекту, например трубе, со скоростью перемещения объекта контроля, при этом в начале контроля система слежения обеспечивает синхронизацию скорости измерительного модуля со скоростью контролируемой трубы и его перемещение со скоростью, равной поступательной скорости трубы в течение одного оборота трубы, контроль первым акустическим преобразователем 100% переднего конца трубы, остановку измерительного модуля и далее 100%-ный контроль поверхности трубы по спирали до момента подхода переднего конца трубы ко второму акустическому преобразователю, после чего вновь обеспечивает синхронизацию скорости измерительного модуля со скоростью поступательного движения трубы, контроль вторым акустическим преобразователем 100% переднего конца трубы, остановку измерительного модуля и контроль трубы по спирали до момента подхода переднего конца трубы к третьему акустическому преобразователю и так далее, в зависимости от количества установленных на измерительном модуле акустических преобразователей разного функционального назначения, после окончания сканирования акустическими преобразователями переднего конца трубы, система слежения обеспечивает возврат измерительного модуля на исходную отметку, и при подходе заднего конца трубы обеспечивает синхронизацию скорости измерительного модуля с поступательной скоростью контролируемой трубы, и перемещение его в направлении движения трубы со скоростью, равной скорости трубы в течение одного оборота трубы, контроль 100% заднего конца трубы одним или несколькими акустическими преобразователями и повторяемость той же самой последовательности алгоритмов перемещений и остановок измерительного модуля, выполненной ею при контроле переднего конца трубы. Этим достигается 100%-ный контроль всей поверхности трубы, без неконтролируемых зон.
В качестве примера осуществления предлагаемого способа ниже приведено описание ультразвукового контроля трубы с помощью измерительного модуля (ИМ), снабженного акустическими преобразователями (АП).
ЧЕРТЕЖИ
Фиг.1 - траектория АП при вращательно-поступательном движении трубы.
Фиг.2 - поверхность, прошедшая контроль во время движения трубы под АП.
Фиг.3 - неконтролируемая зона на заднем конце трубы.
Фиг.4 - поверхность, прошедшая контроль во время движения трубы под АП.
Фиг.5 - измерительный модуль (ИМ) ожидает трубу, находясь в исходном положении, с поднятыми акустическими преобразователями.
Фиг.6 - когда передний конец трубы достигает системы слежения (СС), автоматически определяется поступательная скорость движения трубы.
Фиг.7 - в момент, определенный системой слежения, на передний конец трубы опускается АП1. Измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной поступательной скорости трубы.
Фиг.8 - труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно.
Фиг.9 - после опускания АП2 на трубу измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной скорости трубы.
Фиг.10 - после того как труба сделала один оборот, измерительный модуль останавливается, Vм=0. При этом труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно со скоростью Vт.
Фиг.11 - после опускания АП3 на трубу измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной скорости трубы.
Фиг.12 - после того, как труба сделала один оборот, измерительный модуль начинает движение в обратную сторону, со скоростью - V.
Фиг.13 - возврат ИМ в исходное положение.
Фиг.14 - после возврата в исходное положение измерительный модуль останавливается. После возврата в исходное положение измерительный модуль останавливается.
Фиг.15 - когда АП1 окажется на заднем конце трубы, измерительный модуль начинает движение в направлении перемещения трубы со скоростью, равной скорости трубы.
Фиг.16 - после того, как труба сделала один оборот, измерительный модуль останавливается. При этом труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно.
Фиг.17 - в тот момент, когда АП2 окажется на заднем конце трубы, измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной скорости трубы.
Фиг.18 - после того, как труба сделала один оборот, измерительный модуль останавливается. При этом труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно.
Фиг.19 - в тот момент, когда АП3 окажется на заднем конце трубы, измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной скорости трубы.
Фиг.20 - проконтролированная труба транспортируется рольгангом далее по технологическому циклу. Измерительный модуль возвращается в исходное положение.
Фиг.21 - после возврата в исходное положение измерительный модуль останавливается и ожидает следующую трубу для проведения УЗК.
Сущность предлагаемого способа ультразвукового контроля цилиндрических изделий, например труб, с вращательно-поступательным перемещением по рольгангу
Способ заключается в том, что акустические преобразователи (АП), в количестве от одного до "n", имеют возможность перемещаться вдоль трубы, синхронно с трубой. Для этого АП закрепляются на измерительном модуле (ИМ), который перемещается по рельсам при помощи электропривода с частотным управлением. Скорость перемещения ИМ по рельсам - регулируемая и автоматически подстраивается под поступательную скорость трубы. При этом удается избежать смещения АП относительно трубы на первом обороте трубы. Это полностью устраняет треугольную неконтролируемую зону. Развертка проконтролированной таким образом трубы выглядит так, как показано на фиг.4.
Описание способа проведения УЗК цилиндрических изделий, например труб, без неконтролируемых зон и работы устройства, например, с тремя акустическими преобразователями
Измерительный модуль (ИМ) ожидает трубу, находясь в исходном положении, с поднятыми акустическими преобразователями (фиг.5), где 1 - акустический преобразователь АП1, 2 - акустический преобразователь АП2, 3 - акустический преобразователь АП3, СС - система слежения за трубой. Труба движется вращательно-поступательно, с поступательной скоростью Vт и вращательной скоростью, равной скорости контроля, оговоренной в соответствующих стандартах, регламентирующих проведение УЗК. Когда передний конец трубы достигает системы слежения (СС), автоматически определяется поступательная скорость движения трубы (фиг.6). Система слежения за трубой представляет собой комплекс датчиков и прочих средств автоматизации, позволяющий определить положение конца трубы в каждый момент времени, а также вычисляющий поступательную скорость движения трубы.
Результатом работы системы слежения является определение точного момента опускания АП на передний конец трубы и их подъема с заднего конца трубы. Система слежения определяет также необходимую скорость перемещения измерительного модуля Vм для достижения ее синхронности со скоростью трубы Vт.
В момент, определенный системой слежения, на передний конец трубы опускается АП1. Измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной поступательной скорости трубы (фиг.7).
Равенство скоростей Vм и Vт позволяет акустическому преобразователю АП1 в течение одного оборота проконтролировать по окружности весь конец трубы без неконтролируемой зоны.
После того, как труба сделала один оборот, измерительный модуль останавливается. При этом труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно (фиг.8).
С этого момента контроль акустическим преобразователем АП1 ведется по спирали, до тех пор, пока труба не окажется передним концом в точке опускания АП2. После опускания АП2 на трубу измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной скорости трубы (фиг.9).
Равенство скоростей Vм и Vт позволяет акустическому преобразователю АП2 в течение одного оборота проконтролировать по окружности весь конец трубы без неконтролируемой зоны.
После того, как труба сделала один оборот, измерительный модуль останавливается, Vм=0. При этом труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно со скоростью Vт (фиг.10). Далее, контроль акустическими преобразователями АП1 и АП2 ведется по спирали, до тех пор, пока труба не окажется передним концом в точке опускания АП3. После опускания АП3 на трубу измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной скорости трубы (фиг.11). Равенство скоростей Vм и Vт позволяет акустическому преобразователю АП3 в течение одного оборота проконтролировать по окружности весь конец трубы без неконтролируемой зоны.
После того, как труба сделала один оборот, измерительный модуль начинает движение в обратную сторону, со скоростью - V. При этом труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно. Это позволяет измерительному модулю вернуться в исходное положение во время проведения контроля по спирали основного тела трубы акустическими преобразователями АП1, АП2 и АП3 (фиг.12).
Возврат ИМ в исходное положение необходим для создания запаса хода, который обеспечит возможность синхронизировать скорости Vм и Vт при контроле заднего конца трубы, где V- скорость возврата ИМ в исходное положение (фиг.13).
Далее, контроль акустическими преобразователями АП1, АП2 и АП3 ведется по спирали, до тех пор, пока труба не окажется задним концом под системой слежения за трубой. После возврата в исходное положение измерительный модуль останавливается (фиг.14).
Система слежения определяет местонахождение заднего конца трубы и поступательную скорость трубы.
В момент, определенный системой слежения, когда АП1 окажется на заднем конце трубы, измерительный модуль начинает движение в направлении перемещения трубы со скоростью, равной скорости трубы (фиг.15). Равенство скоростей Vм и Vт позволяет акустическому преобразователю АП1 в течение одного оборота проконтролировать по окружности весь задний конец трубы без неконтролируемой зоны. После того, как труба сделала один оборот, измерительный модуль останавливается. При этом труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно (фиг.16).
АП1 поднимается. Далее, контроль ведется по спирали акустическими преобразователями АП2 и АП3, до тех пор, пока АП2 не окажется на заднем конце трубы.
В тот момент, когда АП2 окажется на заднем конце трубы, измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной скорости трубы (фиг.17).
Равенство скоростей Vм и Vт позволяет акустическому преобразователю АП2 в течение одного оборота проконтролировать по окружности весь конец трубы без неконтролируемой зоны.
После того, как труба сделала один оборот, измерительный модуль останавливается. При этом труба продолжает перемещаться вращательно-поступательно (фиг.18). АП2 поднимается. Далее, контроль ведется по спирали акустическим преобразователем АП3, до тех пор, пока АП3 не окажется на заднем конце трубы.
В тот момент, когда АП3 окажется на заднем конце трубы, измерительный модуль начинает движение со скоростью, равной скорости трубы (фиг.19).
Равенство скоростей Vм и Vт позволяет акустическому преобразователю АП3 в течение одного оборота проконтролировать по окружности весь конец трубы без неконтролируемой зоны.
После того, как труба сделала один оборот, АП3 поднимается. Контроль трубы полностью закончен. Проконтролированная труба транспортируется рольгангом далее по технологическому циклу. Измерительный модуль возвращается в исходное положение (фиг.20).
После возврата в исходное положение измерительный модуль останавливается и ожидает следующую трубу для проведения УЗК (фиг.21). Устройство (фиг.21) содержит один или n - акустических преобразователей АП 1, 2, 3…n, раму 4, рольганг 5, направляющие 6, по меньшей мере, один измерительный модуль 7, установленный на каретку 8, систему слежения 9 за перемещением трубы 10, а также механизмы перемещения трубы 10 по рольгангу 5, измерительного модуля 7 по направляющим 6, подъема и опускания АП 1, 2, 3…n (механизмы условно не показаны).
Преимущества нового способа
В отличие от известного способа проведения УЗК цилиндрических изделий, в том числе труб вращательно-поступательного перемещения по рольгангам, при котором АП не имеет возможности перемещаться синхронно с трубой, предлагаемый способ позволяет полностью исключить неконтролируемые зоны на переднем и заднем концах трубы.
Источники информации
1. Патент РФ №2146363.
2. Патент РФ №17988.
3. Патент РФ №2238553.