Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ULTRASONIC TESTING OF CONTINUOUSLY CAST WORKPIECE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/123112
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the non-destructive ultrasonic testing of continuously cast metal workpieces. A method and device are intended for the ultrasonic testing of surface and sub-surface defects at a depth of at least 0.5mm from the surface of an object, with an opening width of at least 0.05mm and a length of at least 3mm. Achieving the above involves acoustically scanning a metal object to be tested, and comparing a received signal level to a defect level. Ultrasonic Rayleigh-type surface waves are emitted and received according to a pattern for separately switching-on a generator and a receiver using an echo-pulse method, with a frequency of ultrasonic vibrations sufficient for detecting defects of a specified size.

Inventors:
KASHIN ALEKSEY MIHAYLOVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2016/000005
Publication Date:
July 20, 2017
Filing Date:
January 15, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
KASHIN ALEKSEY MIHAYLOVICH (RU)
International Classes:
G01N29/04
Foreign References:
SU1422133A11988-09-07
RU2550825C12015-05-20
RU2451931C12012-05-27
RU2520950C12014-06-27
US4567747A1986-02-04
RU2263906C22005-11-10
Attorney, Agent or Firm:
FEDOTOV, Yuri Alexandrovich (RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Способ ультразвукового контроля объекта инспекции на наличие ОППД, включающий акустическое сканирование металлического объекта инспекции и сравнение уровня принятого эхо-сигнала с браковочным уровнем, характеризующийся тем, что излучают и принимают поверхностные ультразвуковые волны релеевского типа по раздельной схеме включения генератора и приемника эхо- импульсном методом с частотой ультразвуковых колебаний, достаточной для выявления ОППД. 2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что расстояние между генератором и приемником выбрано из условия 30 мм ^ d 500 мм, где d— расстояние между преобразователями.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что периодически формируют опорный сигнал, представляющий собой поверхностную ультразвуковую волну релеевского типа, распространяющуюся непосредственно от генератора к приемнику по кратчайшему пути между ними, а браковочный уровень задают исходя из текущего значения амплитуды указанного опорного сигнала.

4. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что браковочный уровень задают равным разности текущего значения амплитуды опорного сигнала и коэффициента пропорциональности между амплитудами опорного сигнала и эхо-сигнала от ОППД.

5. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что опорный сигнал используют в качестве тестового сигнала.

6. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что в качестве опорного сигнала регистрируют прямое или обратное или остаточное обратное ультразвуковое излучение генератора в том же такте, что и эхо-сигнал от ОППД. 7. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что формируют опорный сигнал, излучая или принимая ультразвук в обратном направлении в такте, являющимся дополнительным к такту, в котором регистрируют эхо-сигнал от ОППД.

8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для контроля ребра и ребровой зоны объекта инспекции на наличие дефектов преимущественно поперечной ориентации к ребру объекта инспекции, пару генератор-приемник размещают на узкой или широкой грани объекта инспекции в зависимости от конструктивного исполнения рольганга из условий: 5° ζ а ^ 60°, где — угол между осью, на которой лежит пара генератор-приемник, и ребром объекта инспекции; 25 мм < S < 500 мм, где S — расстояние между ребром объекта инспекции и центром ближайшего преобразователя по оси генератор-приемник.

9. Способ по п. 1 , характеризующийся тем, что для контроля грани объекта инспекции на наличие ОППД продольной ориентации пару генератор-приемник размещают из условия а = 90°, где а — угол между осью, на которой лежит пара генератор-приемник, и ребром объекта инспекции.

10. Способ по п. 1 , характеризующийся тем, что для контроля грани объекта инспекции на наличие ОППД поперечной ориентации пару генератор-приемник размещают из условия = 0°, где — угол между осью, на которой лежит пара генератор-приемник, и ребром объекта инспекции.

11. Устройство для ультразвукового контроля объектов инспекции на наличие ОППД, содержащее по меньшей мере одну пару электромагнитно-акустических преобразователей, функциональный узел для ультразвуковой инспекции эхо-импульсном методом с частотой ультразвуковых колебаний, достаточной для выявления ОППД объектов инспекции, функциональный узел для формирования опорного сигнала, техническое средство для управления и обработки измерительной информации, при этом устройство характеризуется тем, что преобразователи выполнены с возможностью функционирования в качестве генератора и приемника поверхностных ультразвуковых волн релеевского типа и электрически связаны с техническим средством для управления и обработки измерительной информации через указанные функциональные узлы, а преобразователи включены по раздельной схеме контроля.

12. Устройство по п. 11, характеризующееся тем, что функциональный узел для формирования опорного сигнала и техническое средство для управления и обработки измерительной информации выполнены с возможностью формирования опорного сигнала в том же такте, в котором регистрируют эхо-сигнал от ОППД, при этом генератор или приемник выполнен с одним активным элементом.

13. Устройство по п. 11, характеризующееся тем, что функциональный узел для формирования опорного сигнала и техническое средство для управления и обработки измерительной информации выполнены с возможностью формирования опорного сигнала в такте, являющимся дополнительным к такту, в котором регистрируют эхо-сигнал от ОППД, при этом генератор или приемник выполнен с двумя активными элементами.

14. Устройство по п. 11, характеризующееся тем, что техническое средство для управления и обработки измерительной информации выполнено с возможностью задания браковочного уровня как разности текущего значения амплитуды опорного сигнала и коэффициента пропорциональности между амплитудами опорного сигнала и эхо-сигнала от ОППД.

15. Устройство по п. 11, характеризующееся тем, что каждый из преобразователей представляет собой электромагнитно-акустический преобразователь.

16. Устройство по п. 11, характеризующееся тем, что расстояние между преобразователями выбрано из условия 30 мм =ζ d ^ 500 мм, где d— расстояние между преобразователями.

Description:
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИНСПЕКЦИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ

Область техники

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к средствам для ультразвуковой (УЗ) дефектоскопической инспекции. Основной областью применения технического решения является промышленное производство непрерывнолитых заготовок, включая сляб и блюм (объекты инспекции), предназначенных для изготовления широко используемых групп металлопроката.

Принятые в современном промышленном производстве технологические процессы получения непрерывнолитых заготовок сопровождаются появлением в них дефектов. В таких заготовках широко встречаются различные виды дефектов, включая расположенные на глубине 0,5 мм и более от поверхности заготовки с шириной раскрытия от 0,05 мм и более и протяженностью от З мм и более, являющиеся опасными поверхностными и подповерхностными дефектами (ОППД).

Существующая опасность ОППД связана с трансформацией данных дефектов при производстве металлопроката в недопустимые дефекты, отрицательно влияющие на качество и безопасность конечных изделий, что определяет важность достоверной и надежной инспекции непрерывнолитых заготовок на наличие ОППД в производственных условиях. Однако такая инспекция затруднена по ряду причин. Например, при формировании и кристаллизации сляба после разливки возникают регулярные неровности его поверхности, так называемые следы качания кристаллизатора, в складках которых также концентрируются дефекты, в том числе трещины, не выявляемые существующими способами инспекции, а вдоль граней сляба образуются усадочные дефекты в форме желобов. Кроме того, на поверхности объекта инспекции присутствует, как правило, слой отслаивающейся окалины толщиной до З мм, препятствующей применению традиционных УЗ, оптических и вихретоковых средств инспекции. Как правило инспекцию для выявления ОППД необходимо проводить на ранних этапах технологического процесса производства, то есть когда объект инспекции имеет высокую температуру вплоть до 800°С, что также не позволяет применять или сильно ограничивает применение традиционных средств инспекции. Предшествующий уровень техники

Инспекцию качества заготовок для изготовления металлопроката на металлургических предприятиях обычно проводят на основе статистического анализа влияния технологических процессов и конструктивных параметров машин непрерывного литья заготовок на показатели прокатанного металла, либо применяют визуально-измерительный контроль (ВИК). Однако математическое моделирование и ВИК не всегда имеют приемлемую достоверность, что способно привести к поступлению дефектной заготовки в производство сортовой, листовой или трубной металлопродукции. 16 000005

3

Для неразрушающего контроля объектов инспекции на наличие поверхностных и подповерхностных дефектов, включая ОППД, перспективным является использование поверхностных УЗ волн релеевского типа, к недостаткам использования которых относится сильная подверженность данного вида инспекции влиянию мешающих факторов, обусловленных различными причинами, которые полностью отсутствуют или минимальны при инспекции металлопродукции, так как металлопродукция проходит ряд термических и термомеханических обработок, при которых происходит искажение кристаллической решетки, изменение формы и размеров зерен металла, в результате чего металлопродукция имеет более мелкозернистую структуру с однородностью свойств металла по толщине по сравнению с объектами инспекции, для которых характерна крупнозернистая структура с неоднородностью свойств по толщине, что связано с химическими и физическими процессами при формировании объектов инспекции.

Воздействие волны Релея на объект инспекции с крупнозернистой структурой ведет к высокому уровню реверберации акустического сигнала. Реверберация создает многочисленные шумовые импульсы, связанные с многократным отражением УЗ волн от зерен металла объекта инспекции, что делает инспекцию на наличие дефектов, особенно ОППД, недостоверной и ненадежной.

Также на результаты УЗ инспекции (УЗ контроля) волнами Релея отрицательно влияют факторы, вызванные технологией изготовления объекта инспекции, таких как неровности поверхности и наличие окалины на поверхности объекта инспекции. Например, P T/RU2016/000005

рассеивание волны Релея при ее падении на неровную поверхность ведет к ослаблению генерируемой УЗ волны и к нестабильности чувствительности, что еще сильнее снижает достоверность и надежность инспекции. Наличие слоя окалины, как правило отслаивающейся, вызывает появление реверберации в виде маскирующих помех от окалины, наблюдаемых при УЗ инспекции после зондирующего импульса, делающих невозможным проведение достоверной инспекции или ведущих к перебраковке объектов инспекции.

Из патентной заявки RU 2013154948 А, опубликованной 20.06.2015, известен способ обнаружения дефектов на поверхности ферромагнитных материалов, а из заявки RU 2013127042 А, опубликованной 20.12.2014, известен способ диагностики поверхности изделий из металла, включающие использование волн Релея для УЗ инспекции.

Однако по указанным причинам известные технические решения потребуют, в случае своего практического осуществления, дополнительной отстройки полезного измерительного сигнала от реверберационных шумов для достижения приемлемой достоверности инспекции, так как в противном случае будут происходить постоянные ложные срабатывания, снижающие достоверность инспекции.

Из патентного документа RU 2262689 С1 от 20.10.2005 известен способ диагностики несплошностей поверхности слоя металлопроката и устройство для его осуществления.

Известный способ заключается в том, что облучают поверхность металлопроката импульсами лазерного излучения для генерации волн Релея и прозвучивания данными волнами несплошности. При этом накладывают на объект контроля магнитное поле и регистрируют рассеянный несплошностью магнитный поток, модулированный УЗ волной. О глубине, ориентации и раскрытии несплошности судят по амплитуде, поляризации трансформированной УЗ волны и переменной составляющей рассеянного магнитного потока. Диагностику приповерхностных дефектов любой конфигурации проводят изменяя взаимное расположение электроакустических преобразователей и световодов, по которым к поверхности металлопроката посылают импульсы лазерного излучения. Устройство содержит электроакустические преобразователи, импульсный лазерный генератор, по меньшей мере один световод и блок измерения информативных параметров.

К недостаткам известного технического решения относится его применимость только для УЗ контроля металлопроката, для которого характерна мелкозернистая структура с однородностью свойств по толщине. Поэтому применение данного технического решения для УЗ контроля объектов инспекции приведет к низкой достоверности и надежности результатов УЗ инспекции, что не соответствует существующим потребностям металлургических предприятий. Также недостатком известного технического решения является подверженность ошибкам инспекции из-за изменения скорости распространения УЗ волн при остывании объектов инспекции, ограничение по температуре поверхности объектов инспекции, что имеет большое значение в условиях промышленного производства. Кроме того, практическая реализация известного решения технически сложна из-за применения лазерной техники и необходимости изменения взаимного расположения рабочих элементов в процессе работы устройства, требующего сложного координатного механизма для их позиционирования, в том числе, для выявления дефекта необходимо обеспечить расположение электромагнитно-акустических преобразователей (ЭМАП) над дефектом в непосредственной близи. Известное решение имеет ограничение по объемам УЗ контроля и ограничено возможностью инспекции объектов только с ровной поверхностью, способно обеспечить недостаточно высокую производительность инспекции из-за малой предельной частоты повторения излучения лазерных импульсов, ограниченной на практике величиной 500 Гц, по сравнению с высокой частотой повторения, до 8000 Гц, УЗ импульсов обычных электроакустических преобразователей и необходимости изменения взаимного расположения электроакустических преобразователей и световодов в процессе сканирования, периодической регулировки оптического оборудования. Также известное техническое решение не способно обеспечить приемлемый уровень достоверности инспекции из-за ложных сигналов, возникающих на приемных преобразователях по причине наличия регулярных неровностей на поверхности объекта инспекции, появившихся в результате технологического процесса, что ведет к необоснованной перебраковке объекта инспекции.

В целом, известные технические решения непригодны для инспекции непрерывнолитых заготовок, включая сляб и блюм, на наличие ОППД. Раскрытие изобретения

Технической задачей является повышение достоверности и надежности УЗ инспекции непрерывнолитых заготовок, включая сляб и блюм, на наличие ОППД в производственных условиях.

Обеспечиваемый положительный эффект заключается, по отношению к техническому решению по RU 2262689 С1, в обеспечении практической возможности УЗ контроля объекта инспекции, при этом:

1) уменьшен уровень реверберационных шумов от крупнозернистой структуры объекта инспекции, что особенно важно для выявления ОППД с малой шириной раскрытия, глубиной проникновения и протяженностью;

2) устранена зависимость чувствительности УЗ контроля от температуры объекта инспекции и снято ограничение по максимально допустимой для УЗ контроля температуре поверхности объекта инспекции вплоть до 1100°С;

3) упрощены способ инспекции и устройство для его осуществления с обеспечением при этом выявления ОППД без необходимости расположения ЭМАП непосредственно над дефектом;

4) повышена производительность инспекции;

5) исключено появление реверберационных шумов от окалины поверхности объекта инспекции;

6) обеспечена возможность детектирования дефектов под окалиной;

7) обеспечена калибровка оборудования в режиме реального времени на всем протяжении инспекции.

Указанное достигается благодаря тому, что способ УЗ контроля объекта инспекции на наличие ОППД включает акустическое сканирование металлического объекта инспекции и сравнение уровня принятого эхо-сигнала с браковочным уровнем, при этом излучают и принимают поверхностные УЗ волны релеевского типа по раздельной схеме включения генератора и приемника эхо- импульсном методом с частотой УЗ колебаний, достаточной для выявления ОППД.

В частном случае расстояние между генератором и приемником выбрано из из условия (1).

Где d— расстояние между преобразователями.

В частном случае периодически формируют опорный сигнал, представляющий собой поверхностную УЗ волну релеевского типа, распространяющуюся непосредственно от генератора к приемнику по кратчайшему пути между ними. Браковочный уровень задают исходя из текущего значения амплитуды указанного опорного сигнала.

В другом частном случае браковочный уровень задают равным разности текущего значения амплитуды опорного сигнала и коэффициента пропорциональности между амплитудами опорного сигнала и эхо-сигнала от ОППД.

Также в частном случае опорный сигнал используют в качестве тестового сигнала.

В другом частном случае в качестве опорного сигнала регистрируют прямое или обратное или остаточное обратное УЗ излучение генератора в том же такте, что и эхо-сигнал от ОППД.

В частном случае формируют опорный сигнал, излучая или принимая УЗ в обратном направлении в такте, являющимся дополнительным к такту, в котором регистрируют эхо-сигнал от оппд.

В еще одном частном случае, для контроля ребра и ребровой зоны объекта инспекции на наличие дефектов преимущественно поперечной ориентации к ребру объекта инспекции, пару генератор-приемник размещают из условий (2) и (3) на узкой или широкой грани объекта инспекции в зависимости от конструктивного исполнения рольганга.

5° ^ а ^ 60° (2)

Где — угол между осью L, на которой лежит пара генератор-приемник, предпочтительно их центры, и ребром объекта инспекции.

25 мм < S < 500 мм (3)

Где S— расстояние между ребром объекта инспекции и центром ближайшего преобразователя по оси генератор-приемник.

В частном случае для контроля грани объекта инспекции на наличие дефектов продольной ориентации пару генератор-приемник размещают из условия (4). а = 90° (4)

Где — угол между осью L, на которой лежит пара генератор-приемник, предпочтительно их центры, и ребром объекта инспекции. В другом частном случае для контроля грани объекта инспекции на наличие дефектов поперечной ориентации пару генератор-приемник размещают из условия (5). а = 0° (5)

Где — угол между осью L, на которой лежит пара генератор-приемник, предпочтительно их центры, и ребром объекта инспекции.

Кроме того положительный эффект достигается благодаря тому, что устройство для УЗ контроля объектов инспекции на наличие ОППД содержит по меньшей мере одну пару ЭМАП, функциональный узел для УЗ инспекции эхо-импульсном методом с частотой УЗ колебаний, достаточной для выявления ОППД объектов инспекции, функциональный узел для формирования опорного сигнала, техническое средство для управления и обработки измерительной информации. При этом преобразователи выполнены с возможностью функционирования в качестве генератора и приемника поверхностных УЗ волн релеевского типа и электрически связаны с техническим средством для управления и обработки измерительной информации через указанные функциональные узлы. Причем преобразователи включены по раздельной схеме контроля.

В частном случае функциональный узел для формирования опорного сигнала и техническое средство для управления и обработки измерительной информации выполнены с возможностью формирования опорного сигнала в том же такте, в котором регистрируют эхо-сигнал от ОППД. При этом генератор выполнен с одним активным элементом (фиг. 8) или приемник выполнен с одним активным элементом (фиг. 6).

Также в частном случае функциональный узел для формирования опорного сигнала и техническое средство для управления и обработки измерительной информации выполнены с возможностью формирования опорного сигнала в дополнительном такте к такту, в котором регистрируют эхо-сигнал от ОППД. В этом случае генератор выполнен с двумя активными элементами (фиг. 10) или приемник выполнен с двумя активными элементами (фиг. 3).

В еще одном частном случае техническое средство для управления и обработки измерительной информации выполнено с возможностью задания браковочного уровня как разности текущего значения амплитуды опорного сигнала и коэффициента пропорциональности между амплитудами опорного сигнала и эхо-сигнала от дефекта. В другом частном случае в качестве каждого из преобразователей использованы ЭМАП.

В еще одном частном случае расстояние между преобразователями выбрано из условия (1).

Описание фигур чертежей Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.

Фиг. 1: дефектоскопическое устройство для УЗ инспекции в процессе сканирования верхней поверхности объекта инспекции.

Фиг. 2: упрощенная структурно-функциональная схема устройства для УЗ инспекции. Фиг. 3: первая схема контроля, многотактная, опорный сигнал формируют в дополнительном такте, принимая излучение в обратном направлении, при этом приемник с двумя активными элементами, вид в плане.

Фиг. 4: А-скан полезного сигнала для первой схемы контроля.

Фиг. 5: А-скан опорного сигнала для первой схемы контроля.

Фиг. 6: вторая схема контроля, однотактная, в качестве опорного сигнала регистрируют остаточное прямое излучение приемником с одним активным элементом, вид в плане.

Фиг. 7: А-скан опорного и полезного сигналов для второй схемы контроля.

Фиг. 8: третья схема контроля, однотактная, в качестве опорного сигнала регистрируют остаточное обратное излучение приемником с одним активным элементом, вид в плане.

Фиг. 9: А-скан опорного и полезного сигналов для третьей схемы контроля.

Фиг. 10: четвертая схема контроля, многотактная, генератор с двумя активными элементами, формируют опорный сигнал, излучая в обратном направлении в дополнительном такте, вид в плане.

Фиг. 11: А-скан полезного сигнала для четвертой схемы контроля. Фиг. 12: А-скан опорного сигнала для четвертой схемы контроля. Фиг. 13: Схематичное изображение активных элементов ЭМАП. Фиг. 14 и 15: Однонаправленное прямое излучение ЭМАП.

Фиг. 16 и 17: Однонаправленное обратное излучение ЭМАП.

Фиг. 18: Двунаправленное излучение ЭМАП. Фиг. 19: расположение узла сканирования на грани объекта инспекции при инспекции ребра и ребровой зоны, вид в плане.

Фиг. 20: расположение узла сканирования при инспекции ребра и ребровой зоны, вид в плане.

Фиг. 21: расположение узла сканирования при инспекции продольных дефектов, вид в плане.

Фиг. 22: расположение узла сканирования при УЗ инспекции поперечных дефектов, вид в плане.

Фиг. 23: предпочтительный алгоритм УЗ инспекции при настройке чувствительности амплитудным методом.

Фиг. 24: конструкция узла сканирования горизонтальных поверхностей.

Фиг. 25: конструкция узла сканирования горизонтальных поверхностей, вид сбоку в разрезе.

Фиг. 26: размещение узла сканирования на верхней грани объекта инспекции, вид сбоку.

Фиг. 27: узел сканирования вертикальных поверхностей расположен со стороны узкой грани объекта инспекции.

Фиг. 28: узел сканирования на боковой грани объекта инспекции, вид сбоку.

Лучший вариант осуществления изобретения

Осуществление изобретения показано на примере УЗ контроля объекта инспекции сляб.

Объект инспекции 1 подают в зону контроля в горизонтальном положении по рольгангу 2 (фиг. 1). Автоматика устанавливает дефектоскопическое устройство для УЗ инспекции в исходное положение и начинает сканирование объекта инспекции 1 путем его прозвучивания УЗ волнами 3 для УЗ контроля и диагностики. По результатам принимают решение о соответствии объекта инспекции 1 установленным требованиям качества для изготовления проката.

Устройство для УЗ инспекции содержит узел сканирования 4, координатное техническое средство 5 для позиционирования и перемещения узла сканирования 4 относительно объекта инспекции 1, электронный блок 6 для цифровых вычислений, генерирования, усиления и иной обработки электрических сигналов. Узел 4 содержит по меньшей мере одну пару ЭМАП 7 и 8 (фиг. 2) , являющихся соответственно генератором и приемником поверхностных УЗ волн релеевского типа. ЭМАП 7 выполнен с одним или двумя активными элементами, в зависимости от предполагаемого режима работы устройства. Один активный элемент обеспечивает двунаправленное излучение/прием, два активных элемента обеспечивают однонаправленное излучение/прием, соответственно ЭМАП является двунаправленным или однонаправленным. При этом могут быть использованы простые высокочастотные катушки (Hirao М. EMATS for science and industry: nincontacting ultrasonic measurements. Kluwer Academic Publishers, 2003, pp. 69-71). Техническое средство 5 выполнено в виде балочной конструкции с двумя направляющими и электромеханическими приводами для перемещения узла сканирования 4 в непосредственной близи от верхней грани объекта инспекции 1 (фиг. 1) . Электронный блок 6 содержит функциональный узел 9 для УЗ контроля объекта инспекции 1 эхо-импульсном методом, функциональный узел 10 для формирования опорного сигнала, техническое средство 11 управления и обработки измерительной информации, а также дисплей 12 для отображения информации (фиг. 2) или иное средство визуализации.

Узел сканирования 4 жестко соединен с несущими элементами технического средства 5. Электронный блок 6 электрически соединен с узлом сканирования 4 и электромеханическими приводами технического средства 5. ЭМАП 7 и 8 акустически связаны между собой через тело объекта инспекции 1. Вход ЭМАП 7 электрически связан с выходом функционального узла 9, а выход ЭМАП 8 электрически связан с входами функциональных узлов 9 и 10. В свою очередь узлы 9, 10 независимо связаны с техническим средством 11 управления и обработки измерительной информации параллельным электрическим включением.

ЭМАП 7 и 8 разнесены в пространстве для включения по раздельной схеме контроля из условия (1) , при этом их рабочие поверхности параллельны верхней грани объекта инспекции 1. ЭМАП 7 и 8 отделены от поверхности объекта инспекции 1 воздушным зазором для защиты ЭМАП 7, 8 от механических и термических повреждений. Техническое средство 5 выполнено с возможностью позиционирования и перемещения узла сканирования 4 относительно объекта инспекции 1 из условий (2)-(5) для обеспечения полного охвата рабочей зоной узла сканирования 4 всей лицевой поверхности объекта инспекции. Функциональный узел 9 для УЗ инспекции выполнен с возможностью прозвучивания объекта инспекции 1 частотой УЗ колебаний, достаточной для выявления ОППД. Техническое средство 11 управления и обработки измерительной информации выполнено с возможностью тактирования работы устройства, управления работой узлов 9 и 10, вычисления коэффициента пропорциональности между амплитудами опорного сигнала и эхо-сигнала от дефекта, задания браковочного уровня равным разности текущего значения амплитуды опорного сигнала и указанного коэффициента, а также сравнения принятого полезного эхо-сигнала с заданным браковочным уровнем.

Перед началом УЗ инспекции проводят тестирование работоспособности акустического тракта устройства и производят настройку его чувствительности. Работоспособность акустического тракта и наличие акустического контакта проверяют по отображению на дисплее 12 опорного сигнала. Настройка чувствительности может быть выполнена амплитудным методом, относительно опорного сигнала с учетом коэффициента пропорциональности, или с применением искусственного отражателя, размер которого эквивалентен по отражающей способности дефекту, который необходимо выявлять. При амплитудном методе узел сканирования 4 устанавливают на верхней грани объекта инспекции 1, добиваются стабильности опорного сигнала на дисплее 12 и задают браковочный уровень. С применением искусственного отражателя узел сканирования 4 устанавливают таким образом, чтобы получить максимум амплитуды эхо-сигнала от искусственного отражателя, после чего задают соответствующий браковочный уровень.

Затем задают работу устройства по одной из четырех возможных схем контроля (фиг. 3-12), характеризующихся расположением ЭМАП 7 и 8 относительно ОППД 13, а также тактированностью их синхронной работы. При реализации устройства с более чем одной парой ЭМАП 7 и 8 выбирают нужную комбинацию указанных схем контроля.

В каждой паре ЭМАП 7-8 расположены рядно по отношению к ОППД 13, центры ЭМАП 7, 8 и ОППД 13 находятся на одной линии в плане. При этом обеспечена возможность формирования опорного сигнала из зарегистрированного сигнала от волны Релея, распространяющейся непосредственно от генератора 7 к приемнику 8 по кратчайшему пути между ними, что делает возможным регистрацию опорного сигнала как при наличии, так и при отсутствии ОППД 13. В первой схеме контроля (фиг. 3) приемник 8 находится между генератором 7 и ОППД 13. Приемник 8 имеет два активных элемента, обеспечивающих однонаправленный прием излучения. При этом формирование опорного сигнала осуществляется в дополнительном такте к такту, в котором регистрируют эхо-сигнал от ОППД 13. Вторая схема контроля (фиг. 6) отличается от первой схемы тем, что приемник 8 имеет один активный элемент, обеспечивающий двунаправленный прием излучения. При этом формирование опорного сигнала осуществляется в том же такте, что и регистрация отраженного излучения от ОППД 13. Согласно третьей схеме контроля (фиг. 8) генератор 7 находится между приемником 8 и ОППД 13 и имеет один активный элемент, обеспечивающий двунаправленное излучение УЗ волны, при этом генератор 7 излучает в одном такте УЗ волну для поиска ОППД 13 и для формирования опорного сигнала. Отличие четвертой схемы контроля (фиг. 10) от третьей схемы заключается в работе генератора. Генератор 7 имеет два активных элемента, обеспечивающие однонаправленное излучение УЗ волны и генератор 7 излучает в одном такте УЗ волну для поиска ОППД 13 и в дополнительном такте для формирования опорного сигнала.

В случае, когда генератор 7 имеет два активных элемента используется многотактная схема излучения (фиг. 10). При этом активные элементы 14 и 15 сдвинуты в пространстве друг относительно друга на величину d/2 (фиг. 13) , где d — шаг расположения проводников активного элемента, причем d— А/2, где А— длина волны Релея, при этом А = С//, где С— скорость волны Релея в металле объекта инспекции, а /— частота УЗ волн Релея.

В процесс сканирования объекта инспекции в такте для поиска ОППД 13 осуществляется прямое излучение (фиг. 14 и 15) , при этом электрический сигнал для создания зондирующего импульса подают вначале на первый активный элемент 14, потом на второй активный элемент 15 с временным сдвигом At зондирующих импульсов 16, 17. Как правило At = Т/4 с точностью ±10% от номинального значения Δί, где Т = 1//.

Излучаемые импульсы в прямом направлении от двух активных элементов 14, 15 синфазно складываются и за счет интерференции амплитуда сигнала 18 увеличивается, при этом начало излучения импульса 17 имеет временную задержку At относительно зондирующего импульса 16.

Излучение в обратном направлении является остаточным и при этом импульсы от двух активных элементов 14, 15 за счет интерференции ослабевают (сигнал 19) , при этом излучение импульса имеет временную задержку At относительно зондирующего импульса.

Для излучения и последующего формирования опорного сигнала в дополнительном такте посредством электроники излучение осуществляют в обратном направлении (фиг. 16 и 17) , при этом электрический сигнал для создания зондирующий импульс подается вначале на второй активный элемент 15, а потом на первый активный элемент 14 с таким же временным сдвигом At зондирующих импульсов как и при прямом излучении. За счет интерференции излучаемые импульсы активными элементами и в обратном направлении синфазно складываются и амплитуда сигнала 20 увеличивается, а амплитуда излучения 21 в прямом направлении ослабевает, при этом начало излучения импульса 16 имеет временную задержку Δί относительно зондирующего импульса 17.

В случае, когда приемник 8 имеет два активных элемента (фиг. 3) , используется многотактная схема приема излучений. При этом активные элементы 14, 15 приемника 8 также сдвинуты в пространстве друг относительно друга на величину d/2 (фиг. 13) и в этом случае приемник 8 в прямом направлении принимает отраженное излучение от ОППД 13 вначале на первый активный элемент 14, а потом на второй активный элемент 15, при этом приемник 8 содержит линию задержки и сумматор принятых сигналов. В дополнительном такте для приема и последующего формирования опорного сигнала сначала принимают сигнал со второго элемента 15, а потом с первого элемента 14, направленность приема меняется на обратную, реализуется задержка и суммирование. В случае, когда реализуется однотактная схема излучения (фиг. 8), то есть генератор 7 имеет один активный элемент 14, осуществляется двунаправленное излучение в одном и том же такте и для поиска ОППД 13 и для формирования опорного сигнала. При этом излучающиеся импульсы 22, 23 распространяются в оба направления, то есть в направлении ОППД 13 и в направлении приемника 8 и имеют одинаковую интенсивность (фиг. 18).

В случае, когда приемник 8 имеет один активный элемент (фиг. 6), то используется однотактная схема приема и осуществляется двунаправленный прием в одном и том же такте излучения от ОППД 13 и излучение от генератора 7 для формирования опорного сигнала.

Перечисленные схемы обеспечивают примерно одинаковую результативность инспекции, не смотря на то, что при однотактной схеме амплитуда сигнала излучения или приема в два раза слабее, чем амплитуда сигнала при многотактной схеме, которая за счет интерференции увеличиваются.

После выбора схемы контроля подают управляющие сигналы от технического средства 11 на электромеханические приводы технического средства 5 для позиционирования узла 4. Если предполагается инспекция ребра 24 и ребровой зоны объекта инспекции 1 на наличие ОППД любой ориентации, то пару генератор-приемник размещают из условий (2), (3) по схеме, представленной на фиг. 19 или 20. Обе схемы применимы при инспекции без снижения достоверности. Для контроля грани объекта инспекции 1 на наличие ОППД продольной ориентации (фиг. 21) пару генератор-приемник размещают из условия (4) , а при контроле грани объекта инспекции 1 на наличие ОППД поперечной ориентации (фиг. 22) пару генератор-приемник размещают из условия (5). При этом возможны и схемы с обратным расположением генератора 7 и приемника 8 относительно грани объекта инспекции 1.

Затем посылают посредством генератора 7 импульсный зондирующий сигнал, который генерирует поверхностную УЗ волну релеевского типа, распространяющуюся в направлении сканирования объекта инспекции 1 и в сторону приемника 8. В качестве опорного сигнала регистрируют приемником 8 прямое или обратное или остаточное обратное УЗ излучение генератора 7 в том же такте, что и отраженный сигнал от ОППД 13, или в дополнительном такте формируют опорный сигнал, излучая или принимая в обратном направлении. Акустическое сканирование объекта инспекции 1 проводят эхо-импульсном методом, основанном на прозвучивании объекта инспекции УЗ импульсами и регистрации их отражений от ОППД, при этом поверхностные УЗ волны релеевского типа отражаются от ОППД 13 в объекте инспекции 1, а частоту УЗ колебаний выбирают из условия выявления ОППД заданного размера. Опорный сигнал используют в качестве тестового сигнала для проверки работоспособности устройства и наличия акустического контакта, а также для задания браковочного уровня.

Если опорный сигнал не зарегистрирован, то такое тестирование означает неработоспособность акустического тракта или потерю акустического контакта. При этом инспекция недопустима из-за своей недостоверности. Так как опорный сигнал был подвержен тем же негативным факторам влияния, что и полезный эхо-сигнал, то амплитуды опорного сигнала и полезного эхо-сигнала от ОППД 13 связаны прямо пропорционально между собой. Поэтому в каждом измерительном такте, при условии регистрации опорного сигнала и полезного эхо-сигнала, отраженного от ОППД 13, динамически задают порог браковочного уровня, равным разности текущего значения амплитуды опорного сигнала и коэффициента К пропорциональности между амплитудами опорного сигнала и эхо-сигнала от ОППД 13. Коэффициент К находят опытным путем при настройке устройства.

Затем перемещают узел 4 по поверхности объекта инспекции 1 из начальной точки сканирования по заданной траектории для охвата всей зоны контроля.

Если отраженный эхо-сигнал зарегистрирован, то сравнивают его уровень с ранее заданным браковочным уровнем. Если амплитуда сигнала не превышает браковочный уровень, то техническое средство 11 управления и обработки измерительной информации делает вывод о том, что выявленная несплошность является допустимой и продолжает сканирование. В противном случае сообщается о присутствии в объекте инспекции 1 недопустимого ОППД. На основании уровня амплитуды эхо-сигнала судят об условном размере ОППД 13, а зная время прохождения опорного сигнала и отраженной волны вычисляют пространственные координаты данного дефекта (фиг. 23).

Выбор именно эхо-импульсного метода для УЗ инспекции с целью выявления ОППД обусловлен высокой информативностью и простотой реализации данного метода. Кроме того, эхо-импульсный метод требует свободного доступа только к одной стороне объекта инспекции, что проще обеспечить в производственных условиях, чем доступ с двух и более сторон. Также эхо-импульсный метод позволяет относительно просто избавиться от реверберационных шумов от крупнозернистой структуры объекта инспекции, а также от помех из-за реверберации от окалины на поверхности объекта инспекции, сопровождающих работу устройства для УЗ инспекции и мешающих регистрации сигналов от ОППД.

Благодаря тому, что излучают и принимают поверхностные УЗ волны релеевского типа по раздельной схеме включения генератора и приемника эхо-импульсным методом уменьшен уровень реверберационных шумов от крупнозернистой структуры объекта инспекции, наличия окалины и неровностей поверхности. Уменьшение уровня шума от переотраженных сигналов вызвано затуханием сигналов при их прохождении через объект инспекции. Так как переотраженный шумовой сигнал всегда менее интенсивен по сравнению с полезным эхо-сигналом, то при прохождении одинакового пути до приемника переотраженный шумовой сигнал полностью исчезает и остается только полезный эхо-сигнал, ослабленный, но имеющий достаточную интенсивность для его регистрации. При этом расстояние между преобразователями целесообразно выбирать из условия (1) для достижения максимального уменьшения уровня реверберационных шумов от крупнозернистой структуры объекта инспекции при минимальном ослаблении полезного эхо-сигнала от ОППД. Экспериментальные исследования показали, что при излучении и приеме поверхностных УЗ волн релеевского типа по совмещенной схеме включения генератора и приемника эхо-импульсном методом на дисплее устройства для УЗ инспекции наблюдали помехи от окалины и крупнозернистой структуры, маскирующие полезные сигналы, что не позволяло сделать вывод о присутствии в объекте инспекции ОППД. Однако при использовании вместо совмещенной схемы раздельной схемы включения стал наблюдаться эхо-сигнал от ОППД без помех, что обеспечило практическую возможность УЗ инспекции непрерывнолитой заготовки.

Низкий уровень реверберационных шумов от крупнозернистой структуры обусловлен также сканированием объекта инспекции УЗ волнами релеевского типа, являющихся поверхностными, то есть прозвучивающих только поверхностный слой объекта инспекции, в котором могут встречаться искомые ОППД, без прозвучивания внутренней и донной части объекта инспекции и без создания этим дополнительных акустических шумов. Помимо указанного, волны Релея, благодаря своему распространению вдоль поверхности, позволили отказаться от сплошного сканирования точка за точкой по всей площади объекта инспекции, свойственного для эхо-импульсного метода в своем классическом варианте при вводе УЗ колебаний под углом или по нормали к поверхности объекта инспекции, что в итоге повысило производительность инспекции. Поверхностные волны Релея также избавляют эхо-импульсный метод от присущей ему мертвой зоны под поверхностью объекта инспекции, где дефекты не могут быть обнаружены при вводе УЗ колебаний под углом или по нормали к поверхности объекта инспекции, что делает возможным инспекцию эхо-импульсным методом ОППД.

Уровень реверберационных шумов от крупнозернистой структуры объекта инспекции дополнительно уменьшен по отношению к полезному эхо-сигналу благодаря динамической калибровке, проводимой относительно опорного сигнала, помогающей выделить полезный сигнал из помехового фона посредством автоматического усиления, работающего по уровню опорного сигнала. Динамическая калибровка также устраняет зависимость чувствительности инспекции от температуры объекта инспекции и снимает ограничение по максимально допустимой для инспекции температуре поверхности объекта инспекции в части необходимого расширения динамического диапазона достоверных измерений. Использование опорного сигнала повышает надежность инспекции. Ограничение по максимально допустимой для инспекции температуре поверхности объекта инспекции из-за возможного повреждения узла сканирования исключено благодаря сканированию объекта инспекции с воздушным зазором между его поверхностью и рабочей поверхностью ЭМАП. К достоинствам использования ЭМАП следует отнести и их нетребовательность к качеству поверхности объектов инспекции.

Помимо повышения производительности инспекции использованием волн Релея, для случаев контроля ребра и ребровой зоны объекта инспекции на наличие ОППД любой ориентации, контроль грани объекта инспекции на наличие ОППД продольной ориентации или поперечной ориентации производительность оказывается максимальной, если размещать пару генератор-приемник из условий (2)-(5) , обеспечивающих оптимальную геометрию для решения перечисленных задач. Используя опорный сигнал в качестве тестового сигнала можно оперативно выявить неработоспособность акустического тракта или потерю акустического контакта и избежать падения производительности инспекции из-за необходимости повторной проверки объектов инспекции. Отсутствие зависимости от размещение генератора и приемника, например, относительно ребра объекта инспекции, позволяет менять направление сканирования без смены положения преобразователей, что обеспечивает оперативность контроля и повышает производительность инспекции.

Настоящее решение позволяет выявлять ОППД, обладая при этом технической простотой. Комбинация прозвучивания объекта инспекции поверхностными УЗ волнами релеевского типа по раздельной схеме включения генератора и приемника эхо-импульсном методом помимо своей простоты позволила отказаться от регистрации донного сигнала при вертикальном вводе УЗ в классическом эхо-методе, а следовательно снять ограничения по большой толщине объекта инспекции и избежать необходимости расположения ЭМАП непосредственно над дефектом, при этом нет необходимости усложнять измерительное оборудование для отстройки акустических шумов, приходящих вместе с донным сигналом, и учета искажений донного сигнала из-за разброса свойств и структуры объекта инспекции по толщине. Отказ от прозвучивания больших толщин позволил исключить использование низких частот зондирования, ухудшающих выявление ОППД. Достаточно использования обычного электронного оборудования, предназначенного для работы эхо-импульсном методом с частотой УЗ колебаний для выявления ОППД. Отличается простотой и схема контроля, согласно которой подают зондирующий импульс, который генерирует УЗ волну, распространяющуюся в объекте инспекции, при этом приемник регистрирует в качестве опорного сигнала излучение от генератора, а в качестве полезного эхо-сигнала излучение от дефекта в виде отраженного сигнала. Тактирование также характеризуется простотой, что упрощает практическое осуществление способа и устройства.

Узел сканирования в лучшем варианте осуществления настоящего изобретения имеет конструкцию (фиг. 24 и 25), содержащую измерительный модуль с двумя ЭМАП 7, 8, состоящими из идентичных электрических катушек 25 намагничивания и общего П-образного магнитопровода 26, помещенных в корпус 27 на основании 28. Также узел сканирования содержит опорные ролики 29 из твердосплавного и термостойкого материала для обеспечения необходимого зазора между объектом инспекции и ЭМАП. Вместо опорных роликов 29 могут быть использованы твердосплавные лыжи или подводы сжатого воздуха для создания воздушной подушки. Узел сканирования размещают на верхней грани объекта инспекции 1 (фиг. 26) и перемещают по его поверхности в процессе инспекции.

Для сканирования вертикальных поверхностей узел сканирования дополняют захватными роликами 30 (фиг. 27 и 28), исключающими произвольное вертикальное смещение измерительного модуля при сканировании со стороны боковой грани объекта инспекции 1. Достаточность для инспекции всего двух ЭМАП с одним или двумя активными элементами, выполненных из идентичных электрических катушек 25 намагничивания на общем магнитопроводе 26 обеспечивает простоту конструкции устройства для УЗ инспекции. Наибольшей простотой характеризуется конструкция двунаправленного ЭМАП с одним активным элементом, однако сигнал от однонаправленного ЭМАП с двумя активными элементами превышает сигнал от двунаправленного ЭМАП по меньшей мере в два раза благодаря интерференции сигналов от двух активных элементов, увеличивающей амплитуду результирующего сигнала, что имеет особое значение для достижения высокой достоверности и надежности УЗ инспекции при инспекции объектов с крупнозернистой структурой металла. Также однонаправленный ЭМАП позволяет относительно легко, в отличие от двунаправленного ЭМАП, определить в каком из двух возможных направлений был зарегистрирован дефект, что делает возможным обеспечение простоты точной локализации его положения.

Использование опорных роликов 29 и захватных роликов 30 позволило выполнить средство 5 для позиционирования и перемещения преобразователей без сложного механизма поддержания постоянного воздушного зазора.

Повторение рабочими элементами ЭМАП 7, 8 в движении профиля неровностей поверхности объекта инспекции 1 позволяет поддерживать постоянство воздушного зазора при контроле объектов инспекции 1, поверхность которых не ровна, в частности, покрыта окалиной, и достичь этим детектирования дефектов под окалиной. Выполнение при этом элементов магнитной системы ЭМАП 7, 8 неподвижными в вертикальной плоскости относительно роликов 29 упрощает конструкцию устройства.

В результате настоящее техническое решение обеспечивает достоверность и надежность УЗ инспекции непрерывнолитых заготовок, включая сляб и блюм, на наличие ОППД в режиме реального времени в потоке производственной линии и способно исключить допущение в производство металлопродукции бракованных заготовок.