Методика контроля. Основные де­фекты, возникающие в трубах в процессе прокатки, - это трещины, риски, закаты и другие ориентированные вдоль оси трубы - продольные дефекты. Значительно реже встречаются дефекты, ориентированные поперек оси трубы - поперечные дефекты. Возможны также дефекты, параллельные или почти параллельные поверхностям трубы типа расслоения. Они часто выхо­дят на одну из поверхностей или близки к ней, поэтому обнаруживаются при кон­троле на продольные или поперечные де­фекты. В толстостенных трубах необхо­димо предусматривать отдельно контроль на такие дефекты.

В связи с тем что основные дефекты продольные, УЗ-волны направляют в по­перечной плоскости, т. е. перпендикулярно к оси трубы (рис. 3.66). Обычно продоль­ные УЗ-волны из призмы преобразователя или из иммерсионной жидкости вводят ПОД углом Р к наружной поверхности тру­бы. В результате преломления в стенке трубы образуется поперечная волна под углом ввода а или нормальная волна (в тонкостенных трубах), которые отражают­ся от продольных дефектов. Реже приме-

Рис. 3.66. Схема контроля трубы на продольные дефекты

няют для контроля продольные волны. Для надежного обнаружения различно ориентированных дефектов волны на­правляют вдоль окружности трубы по и против часовой стрелки.

Рассмотрим контроль поперечной волной. Она преломляется под углом а к наружной поверхности, падает на внут­реннюю поверхность под углом ф и отра­жается от продольного дефекта на этой поверхности как от углового отражателя. Отраженная от внутренней поверхности волна падает под углом а на наружную поверхность.

Угол падения на внутреннюю по­верхность ф больше угла ввода а и опре­деляется формулой

Ф = arcsinjP sin а/(*-#)] (3.11)

(R - наружный радиус трубы; Я - толщина стенки). Поскольку ф > а, амплитуда эхо - сигнала от дефектов на внутренней по­верхности, как правило, меньше, чем от дефектов на наружной поверхности, где угол падения равен а.

Часто этот угол ф бывает неблаго­приятным. При углах падения ф на внут­реннюю поверхность до 55° амплитуда эхосигнала большая (см. рис. 2.39). При углах ф = 55 ... 75° наблюдается умень­шение отраженного сигнала в результате трансформации на дефекте поперечной волны в продольную.

При дальнейшем увеличении угла ф амплитуда отражения опять увеличивает­ся. Большая амплитуда эхосигнала от де­фектов на внутренней поверхности дости­гается при углах падения 80 ... 90°. Попе­речная волна при этих углах падает на внутреннюю поверхность по касательной (угол ф = 90°), или почти по касательной, и продольный дефект на этой поверхности хорошо обнаруживается.

На рис. 3.67 показана предложенная И. Л. Гребенник номограмма для выбора угла ввода в зависимости от наружного диаметра D и толщины стенки Я стальной трубы. Сплошные прямые соответствуют углам падения на внутреннюю поверхность,

равным ф = 90°, а штриховые - углам па­дения ф = 55°. Чем больше относительная толщина стенки трубы, тем меньше дол­жен быть угол наклона призмы преобра­зователя.

Пример 3.10. Выбрать угол ввода для контроля трубы диаметром D = 2R = 240 мм с толщиной стенки Н = 20 мм.

На номограмме рис. 3.67 находим точку, со­ответствующую D = 2R = 240 и Н = 20 мм. Она расположена между штриховой прямой, соответ­ствующей а = 40°, и сплошной прямой, соответ­ствующей а = 60°. Это означает, что контроль можно выполнять при углах ввода 35, 40 и 50°. Предпочтительно выбрать угол а = 40°, так как при этом угол падения на внутреннюю поверх­ность ф будет < 55°, что обеспечит получение большой амплитуды эхосигнала. Можно также применять угол ввода а = 60°, но не рекомендует­ся использовать углы ввода а в интервале 50 . . 60°.

Для угла ф = 90° и минимального уг­ла ввода а = 35° (при меньших углах вво­да наряду с поперечной появляется про­дольная волна) из формулы (3.11) полу­чим условие HjR = 0,213. Это означает, что, когда отношение толщины стенки к наружному диаметру > 0,231 « 0,2, попе­
речная волна не касается внутренней по­верхности. В этом случае применяют про­дольную волну так, чтобы преломленный луч продольной волны был направлен по касательной к поверхности (см. разд. 3.3.1.3). Продольная волна имеет мень­шую амплитуду (см. рис. 1.21), и чувстви­тельность, соответствующая отражению от радиального дефекта продольной вол­ны, меньше.

Область правее прямой а = 70°, ф = 90° на рис. 3.67 может быть проконт­ролирована только продольной волной. При ручном контроле стандартными пре­образователями с углами ввода > 35° де­фекты на внутренней поверхности трубы в этой области выявить нельзя.

В [425, с. 143/207] методом конечных элементов исследовано распространение объемных упругих волн вокруг трубы при ее контроле на продольные дефекты РС - преобразователем. Дефекты имитирова­лись рисками на наружной и внутренней поверхностях трубы. Результаты модели­рования показали, что благодаря отраже­ниям от стенок и трансформации расхо­дящегося пучка лучей возникает сложная

1 2 Рис. 3.68. Схема контроля трубы на поперечные дефекты и расслоения: 1 - наклонный преобразователь; 2 - прямой или РС-преобразователь; 3 - неконтролируемые зоны на концах трубы

система распределения амплитуд волн напряжений в сечении трубы. Благодаря этой системе амплитуда эхосигнала от неглубокой риски иа наружной поверхно­сти трубы пропорциональна глубине рис­ки, а амплитуда эхосигнала от риски на внутренней поверхности трубы меньше и изменяется по сложному закону, так как вблизи внутренней поверхности трубы имеется область малой амплитуды напря­жений.

Положение дефекта по окружности трубы относительно преобразователя можно определить, сравнивая время при­хода отраженного сигнала с временем прихода сигнала, обежавшего вокруг тру­бы. Это позволит учесть неопределен­ность скорости распространения волн во­круг трубы.

Контроль на поперечные дефекты выполняют наклонной поперечной или нормальной волной, направленной вдоль оси трубы, а на дефекты типа расслоения - продольной волной прямым или РС- преобразователями в направлении по толщине. Для надежного обнаружения различно ориентированных дефектов по­перечную волну направляют слева напра­во и справа налево.

На рис. 3.68 часто заштрихованы не­контролируемые зоны у торца трубы при контроле прямым либо PC (справа) или наклонным (слева) преобразователями. Зоны показаны для случая контроля кон­тактным способом, но они существуют также при контроле иммерсионным спо­собом, только вместо размера преобразо­вателя следует учитывать размеры ло­кальной иммерсионной ванны.

Если трубы при пропускании через иммерсионную ванну пристыковывают одну к другой, то неконтролируемые зоны у концов трубы сильно уменьшаются. В этом случае, однако, следует учитывать размеры пучка лучей, падающего на тру­бу, так как вблизи торцов трубы возника­ют зоны неуверенного контроля.

Нормативные документы. Основ­ной НТД в России по У 3-контролю пря­мых металлических однослойных бесшов­ных цилиндрических труб, изготовленных из черных и цветных металлов и сплавов, - ГОСТ 17410-78. Кроме него достаточно широкую область распространения имеет документ [320] для объектов атомной энергетики.

В документе [320] отмечены условия контроля многослойных труб. Документ [153] определят методику контроля изогу- тых участков труб (гибов). Все перечис­ленные НТД предназначены для дефекто­скопии металла труб, т. е. выявления раз­личных типов дефектов (нарушения сплошности и однородности металла), расположенных на наружной, внутренней поверхностях, а также в толще стенок труб.

Прямые трубы на заводах-изгото- вителях контролируют, как правило, на автоматических установках. Обычно это ус­тановки с иммерсионной локальной ванной. Входной контроль труб диаметром < 50 мм на заводах-потребителях выполняют на автоматических установках, а труб боль­шего диаметра - автоматизированным или ручным способом. Гибы труб подвергают­ся ручному контролю импульсными де­фектоскопами.

В США методика контроля труб из­ложена в стандартах SE-213 (идентичен ASTM Е-213-83) "Стандартные нормы ультразвукового контроля металлических труб и патрубков" и SB-513 (идентичен ASTM В-513) "Спецификация на допол-

нительные требования к бесшовным тру­бам и патрубкам из никелевых сплавов для применения в атомной энергетике". В ФРГ в серии стандартов Stal-Eisen - Priifblatt имеются стандарты № 1915

"Ультразвуковой контроль труб из тепло­стойких сталей на продольные дефекты" и 1918 "Ультразвуковой контроль труб из теплостойких сталей на поперечные де­фекты".

Схемы контроля, СОП. По ГОСТ 17410-78 при контроле труб применяют эхо-, теневой или ЗТ-методы. На рис. 3.69 показаны схемы контроля эхометодом совмещенным преобразователем на про­дольные (вдоль оси трубы), поперечные дефекты и расслоения. Эти схемы контро­ля используют наиболее часто. Г и П - соединение с генератором и приемным трактом, на рис. 3.69 излучатель и прием­ник объединены. Контроль по схемам рис. 3.69, а и б выполняется с применени­ем поперечных или нормальных волн. При настройке аппаратуры не ставятся вопро­сы: какой тип волн, какая мода возбужда­ется. Меняя угол наклона преобразовате­ля, добиваются получения приблизитель­но одинаковых эхосигналов от искусст­венных отражателей на наружной и внут­ренней поверхностях. Этого особенно трудно добиться при автоматическом кон­троле по схеме на рис. 3.69, а.

На рис. 3.70 показаны схемы контро­ля эхометодом раздельными преобразова­телями. Соединения с генератором Г и приемным трактом П разделены. Эти схе­мы обеспечивают получение более низко­го уровня помех, чем схемы на рис. 3.69. Схемы на рис. 3.70, в и е предусматривают применение продольных, а схемы рис. 3.70, а, б, д иг - поперечных волн. Кон­троль по схеме на рис. 3.70, а на продоль­ные дефекты позволяет легче получить одинаковые эхосигналы от отражателей на наружной и внутренней поверхностях, чем при контроле по схеме на рис. 3.69, а.

Контроль теневым методом продоль­ной волной (для его реализации труба за­полняется жидкостью) применяют при контроле многослойных труб.

Рис. 3.69. Контроль труб эхометодом совмещенным преобразователем: а - на продольные дефекты; б - на поперечные дефекты; в - на дефекты типа расслоения

Настройка и проверка чувствитель­ности УЗ-аппаратуры при контроле труб выполняется по СОП. Им служит отрезок бездефектной трубы, выполненный из то­го же материала, того же типоразмера и имеющий то же качество поверхности, что и контролируемая труба, в котором вы­полнены искусственные отражатели.

Рис. 3.70. Контроль труб эхометодом раздельными и РС-преобразователями:

а - на продольные дефекты; 6 - на поперечные дефекты; в-е - на дефекты типа расслоения

На рис. 3.71 показаны искусственные отражатели в СОП для настройки чувст­вительности УЗ-аппаратуры на контроль продольных, поперечных дефектов и де­фектов типа расслоений. Искусственные отражатели типа риски (см. рис. 3.71, а, б, ж, з) и прямоугольного паза (см. рис. 3.71, н) используются преимущественно при автоматизированном и механизированном контроле.

Искусственные отражатели типа сег­мента (см. рис. 3.71, в, г, и, к), зарубки (см. рис. 3.71, д, е, л, м), плоскодонного отвер­стия (см. рис. 3.71, о) применяются в ос­новном при ручном контроле. Вид искус­ственного отражателя, его размеры зави­сят от способа контроля и типа применяе­мой аппаратуры. Они должны предусмат­риваться в технической документации на контроль.

А

Исполнение /

Г-

1

ИСЛ0ЛНЄНІ/е/

ІГ

А-А

 

ZZ2.-

Г

н)

 

о)

Риски прямоугольной формы (см. рис. 3.71, а, б, ж, з, исполнение 1) служат для контроля труб с номинальной толщи­ной стенки > 2 мм. Риски треугольной формы (см. рис. 3.71, а, б, ж, з, исполне­ния 2) применяются для контроля труб с номинальной толщиной стенки любой величины. Угловые отражатели типа сег­мента (см. рис. 3.71, в, г, и, к) и зарубки (см. рис. 3.71, д, е, л, м) используются при ручном контроле труб наружным диамет­ром > 50 мм и толщиной > 5 мм. Искусст­венные отражатели типа прямоугольного паза (см. рис. 3.71, н) и плоскодонных от­верстий (см. рис. 3.71, о) получили рас­пространение для настройки чувствитель­ности УЗ-аппаратуры на выявление де­фектов типа расслоений при толщине стенки трубы > 10 мм.

Допускается изготовление СОП с не­сколькими искусственными отражателями при условии, что расположение последних в СОП исключает их влияние друг на дру­га при настройке чувствительности аппа­ратуры. Допускается изготовление со­ставных СОП, состоящих из нескольких отрезков труб с искусственными отража­телями при условии, что границы соеди­нения отрезков (сваркой, свинчиванием, плотной посадкой) не влияют на настрой­ку чувствительности аппаратуры.

Высота макронеровностей рельефа поверхности СОП должна быть в 3 раза меньше глубины искусственного углового отражателя (риски, сегментного отражате­ля, зарубки) в образце, по которому на­страивается чувствительность УЗ-аппара­туры.

СОП с искусственными отражателя­ми разделяются на контрольные и рабо­чие. Настройка УЗ-аппаратуры проводит­ся по рабочим стандартным образцам. Контрольные образцы, как правило, не применяют при повседневном контроле. Они предназначены для проверки рабочих СОП для обеспечения стабильности ре­зультатов контроля.

Изготовление искусственных отра­жателей на внутренней поверхности труб (без их разрезки) затруднительно. Их де­лают механическим или электроэрозион - ным способом. Например, изготовляют составные образцы, в середине которых имеется вставка с искусственными отра­жателями. Для проверки размеров отража­телей на внутренней поверхности изго­товляют несколько СОП. Часть из них разрезают в расчете на измерения. Пола­гают, что неразрезанные образцы, дающие такую же амплитуду сигнала, имеют идентичные размеры искусственных от­ражателей. Документ [320] допускает не изготовлять СОП с внутренними попереч­ными рисками (см. рис. 3.71, ж и н), огра­ничиваясь настройкой по рискам на на­ружной поверхности.

При контроле труб с отношением толщины стенки к наружному диаметру < 0,2 искусственные отражатели на на­ружной и внутренней поверхностях вы­полняются одинакового размера. Ампли­туды эхосигналов от искусственных отра­жателей на внешней и внутренней по­верхностях при настройке чувствительно­сти должны отличаться не более чем на 3 дБ. Если большее различие между ними нельзя компенсировать электронными устройствами или методическими прие­мами, то контроль труб на внутренние и внешние дефекты проводят по раздель­ным электронным каналам либо выбирают другую схему контроля.

При контроле труб с большим, чем 0,2, отношением толщины стенки к на­ружному диаметру размеры искусственно­го отражателя на внутренней поверхности должны устанавливаться технической до­кументацией на контроль. Допускается увеличение размеров искусственного от­ражателя на внутренней поверхности СОП по сравнению с размерами искусственного отражателя на наружной поверхности СОП, но не более чем в 2 раза.

Прокомментируем это условие. Оди­наковые требования к выявлению дефек­тов на наружной и внутренней поверхно­стях обусловлены приблизительно одина­ковым влиянием таких дефектов на экс­плуатационную надежность трубы. Одна­ко, как было показано ранее, амплитуда эхосигнала от дефектов на внутренней поверхности, как правило, меньше, чем на наружной. Исключение составляют тонко­стенные трубы с отношением толщины стенки к наружному диаметру < H/D = 0,1.

Уменьшение амплитуды эхосигнала от дефектов на внутренней поверхности объясняется тем, что угол падения на внутреннюю поверхность ср больше угла ввода а. Это обстоятельство вызывает необходимость подбирать угол ввода так, чтобы амплитуды эхосигналов от искусст­венных дефектов на внутренней и наруж­ной поверхностях были одинаковыми, или осуществлять контроль на дефекты на внутренней и наружной поверхностях разными каналами.

При контроле труб с большим, чем 0,2, отношением толщины стенки к на­ружному диаметру отражатель на внут­ренней поверхности приходится обнару­живать продольными волнами. Как отме­чалось, продольная волна дает меньшую амплитуду отражения от радиального де­фекта, что вызывает необходимость уве­личить размеры искусственного отражате­ля на внутренней поверхности СОП.

Контроль продольными волнами на дефекты типа расслоения проводится только при толщине стенок трубы >10 мм (по [320] > 8 мм).

Проведение контроля. Контроль всего металла труб достигается сканиро­ванием поверхности контролируемой тру­бы. Ввод УЗ-колебаний в металл трубы осуществляется иммерсионным, контакт­ным или щелевым способом. Контроль трубы в полном объеме достигается при обеспечении проверки с шагом не более половины диаметра пьезоэлемента преоб­разователя со скоростью сканирования, обеспечивающей выявление непротяжен­ных дефектов в направлениях по и против часовой стрелки.

Основной измеряемой характеристи­кой дефектов, по которой разбраковывают трубы, является амплитуда эхосигнала от дефекта. Ее измеряют сравнением с ам­плитудой эхосигнала от искусственного отражателя в СОП. Дополнительные из­меряемые характеристики, используемые при оценке качества сплошности металла труб (например, протяженность), зависят от применяемой аппаратуры, схемы и ме­тода контроля, искусственных настроеч­ных отражателей, назначения труб. Их указывают в НТД на контроль.

Ручной контроль на продольные дефекты выполняют наклонными преоб­разователями в направлении, перпендику­лярном к оси трубы (обычно с последую­щим разворотом преобразователя на 180°). Трубы с толщиной стенок >10 (иногда 8) мм контролируют также PC - или пря­мым и PC-преобразователями на дефекты типа расслоения. Контроль наклонными преобразователями в направлении вдоль оси трубы на поперечные дефекты выпол­няют, если это предусмотрено в НТД.

Акустический контакт достигается контактным или щелевым способом. При диаметре труб < 300 мм преобразователь снабжают опорой или притирают к по­верхности трубы, при диаметре труб < 150 мм его притирают, как рекомендо­вано в разд. 3.3.1.1.

Как сказано в разд. 2.2.4.5, устанав­ливают уровни чувствительности: брако­вочный, фиксации и поисковый, отли­чающиеся обычно друг от друга на 6 дБ. Настройку чаще всего выполняют по ис­кусственным отражателям типа зарубок, реже - типа рисок.

Ручному контролю подвергают цен­тробежно-литые трубы. Структура метал­ла таких труб отличается крупнозернисто - стью, поэтому контроль проводят на по­ниженной частоте (2 МГц). Схема контро­ля - прямым преобразователем продоль­ными волнами.

Контроль на автоматических уста­новках чаше всего осуществляют по схе­мам на рис. 3.69, а либо 3.70, а, а труб с толщиной стенок >8 ... 10 мм также по схемам на рис. 3.69, в либо 3.70, в. Кон­троль по схемам на рис. 3.69, 6 и 3.70, б выполняют, только, если это оговорено НТД.

Установки, в которых блок преобра­зователей вращается вокруг трубы, отли­чаются более высокой производительно­стью (до 3 пог. м/с). Установки, в которых труба вращается относительно преобразо­вателей, менее производительны, но по­зволяют контролировать более широкий диапазон типоразмеров труб.

Для повышения производительности контроля в установках обычно применяют многоканальные системы. В каждом кана­ле реализуется определенная схема кон­троля. Преобразователи объединяют в блок. Их следует располагать так, чтобы исключить взаимное влияние преобразо­вателей на результаты контроля. Настрой­ка аппаратуры по СОП должна проводить­ся для каждого канала отдельно.

Как отмечалось ранее, контроль тру­бы в полном объеме достигается, если шаг сканирования (шаг подачи) в установке не более половины ширины поля преобразо­вателя I. Окружная скорость вращения v', мм/с, не должна превышать величины

v'<Fl'/k,

где F - частота посылок УЗ-импульсов, Гц; Г ~ длина зоны по окружности трубы, мм, на которой амплитуда эхосигнала от дефекта в СОП достаточна для срабатыва­ния АСД; к - число импульсов, необхо­димое для срабатывания АСД (обычно делают к = 5).

При сканировании по винтовой ли­нии скорость сканирования задается час­тотой вращения N, об/с. Она должна быть

N < Fl'/nDk,

где D - внешний диаметр трубы, мм. Ско­рость контроля определяется произведе­нием шага подачи 0,5/ и частоты враще­ния. Она не должна быть

v<0,5 Fll'/nkD.

Чувствительность настраивают в ста­ционарном режиме, т. е. при медленном перемещении трубы вручную выбирают оптимальные углы ввода преобразовате­лей, режим развертки, стробирования АСД и необходимое усиление дефекто­скопа. Далее проверяют выявляемость требуемых искусственных отражателей в динамическом режиме, т. е. перемещая трубу трубопротяжным механизмом. При необходимости повышают усиление.

Настройка чувствительности автома­тической аппаратуры считается закончен­ной, если не менее чем при пятикратном (по другим рекомендациям 10-кратном) пропускании СОП через установку в уста­новившемся динамическом режиме про­исходит 100%-ная регистрация искусст­венного отражателя. Если позволяет кон­струкция трубопротяжного механизма, СОП перед вводом в установку поворачи­вают каждый раз на 60 ... 80° относитель­но предшествующего положения, чтобы искусственные отражатели при озвучива­нии находились на разных участках тру­бы. При массе СОП > 20 кг допускается пятикратное пропускание в прямом и об­ратном направлениях участка СОП с ис­кусственным дефектом.

Контроль выполняют на уровне фик­сации, который одновременно является уровнем браковки в результате автомати­ческого контроля. Дорогостоящие трубы большого диаметра, отбракованные таким образом, дополнительно контролируют ручным способом для более точного оп­ределения допустимости дефекта.

Вблизи торцов трубы возникает не­контролируемая зона, определяемая дли­ной иммерсионной ванны. Чтобы устра­нить эту зону, трубы пропускают через установку непрерывно, пристыковывая их одну к другой.

В качестве примера автоматической установки для контроля труб ниже рас­смотрена установка ИДЦ-10, разработан­ная в ЦНИИТмаше М. Ф. Краковяком и др. Она рассчитана на контроль труб диамет­ром 5 ... 20 мм из любых металлов, выяв­ляет трещины и риски, ориентированные вдоль и поперек оси трубы, а также ино­родные включения и расслоения. Приме­няется также для контроля прутков.

На рис. 3.72 показана принципиаль­ная схема акустического блока установки. Контроль выполняется в локальной им­мерсионной ванне 4. Фокусирующий пре­образователь 1 возбуждает поперечные или нормальные волны, распространяю­щиеся вокруг трубы 3, а преобразователь 2 возбуждает волны, распространяющиеся вдоль образующей. Рабочая частота 5 МГц. Фокальное пятно в воде имеет диаметр 0,3 мм, это позволяет выявлять дефекты протяженностью 5 мм при глу­бине > 25 мкм. Имеется отдельная иммер­сионная ванна для наладки акустического блока.

Преобразователи вращаются вокруг поступательно движущейся трубы. Часто­та вращения 300 или 1500 в об/мин. Связь преобразователей с дефектоскопом индук­тивная. Имеется специальное устройство типа центрифуги для удаления воздушных пузырьков из иммерсионной жидкости (воды).

Для контроля труб такого же диамет­ра с толщиной стенки 0,3 ... 1 мм

ВНИИНК (Кишинев) разработал установ­ку "Атлант-1", обеспечивающую контроль труб при скорости движения 6 м/мин. По­мимо дефектоскопии установка позволяет измерять толщину стенки, внутренний и наружный диаметры трубы.

Трубы большого диаметра рациональ­но контролировать щелевым способом кон­такта. На рис. 3.73 показана конструкция механической части установки "Винт-2", разработанной ВНИИНК. Труба 5 враща­ется рольгангами 8. Пневмоподъемник 2

Рис. 3.72. Принципиальная схема установки ИДЦ-10: 7,2- преобразователи; 3 - контролируемая труба; 4 - иммерсионная ванна; 5,6- дефектоскопы; 7 - исполнительный механизм

прижимает к трубе каретку 1 с преобразо­вателями 4. Поступательное движение ка­ретки вдоль трубы сообщается ролика­ми 6, развернутыми на определенный угол относительно оси трубы. Каретка удержи­вается на трубе двумя тросами 7, натяну­тыми вдоль рольганга.

Имеется система подачи воды в ще­левой зазор и краскоотметчик 3. Установ­ка имеет два преобразователя на частоту

1,8 МГц, работающих одновременно. Уг­лы ввода и схему контроля можно варьи­ровать. Установка рассчитана на контроль труб диаметром 325 ... 560 мм с толщиной стенки 8 ... 70 мм, но имеются возможно­сти увеличения диаметра и толщины. Скорость контроля > 0,7 м/мин, скорость вращения трубы > 20 об/мин'1, шаг подачи < 35 мм.

Фирма "Нординкрафт" [425, с. 216/ 783] использует для автоматизированного кон­троля труб и прутков небольшого диамет­ра нормальные волны, возбуждаемые ЭМ А-преобразователями. Преобразова­

тель содержит две спиральные катушки, сдвинутые друг относительно друга на 1/4 длины волны. Одна из катушек работает в совмещенном режиме (излучает и прини­мает), другая только принимает. Первая катушка излучает две волны, обегающие периметр сечения ОК в противоположных

Рис. 3.73. Конструкция механической части установки "Винт-2"

направлениях, и затем принимает их. В зоне расположения второй катушки волны складываются в противофазе, по­этому результирующий сигнал имеет зна­чение, близкое к нулю.

При появлении дефекта от него от­ражаются сигналы, для которых условия компенсации на второй катушке уже не выполняются. В этом случае в качестве опорного сигнала используется среднее значение сигналов, принимаемых в опре­деленном временном интервале первой катушкой.

Нормативные требования на кон­троль труб в США и ФРГ. Схемы кон­троля труб и типы искусственных дефек­тов довольно похожи в России, США и ФРГ. В различных отраслях промышлен­ности этих стран применяются разные размеры искусственных отражателей. Наибольшее единообразие существует в

ФРГ. Там чаще всего в качестве искусст­венного отражателя применяют риску глубиной h = 5 % толщины стенки трубы Я. Для очень тонкостенных и очень тол­стостенных труб глубину риски ограничи­вают определенными значениями.

На рис. 3.74 показана глубина риски, по которой настраивают чувствительность и разбраковывают трубы по стандартам, действующим в ФРГ [245, т. 2]. Для труб с толщиной стенки < Я = 2 мм установле­на глубина риски h = 0,1 Я, но > 0,15 мм. Для более толстостенных труб глубина рис­ки составляет 0,05Я, но > 0,2 и < 1,5 мм. Поскольку в России единые рекомендации по этому вопросу отсутствуют, целесооб­разно пользоваться указанными значения­ми как ориентировочными.

Чаще всего в ФРГ используют риски длиной больше ширины акустического поля преобразователя, т. е. 25 ... 100 мм. В этом случае длина риски не влияет на ам­плитуду сигнала, которая определяется в основном ее глубиной. Увеличение длины риски в этом случае повышает надежность ее выявления при контроле. Задание глу­бины риски определяет выбор частоты. Она должна быть такой, чтобы глубина была > 1,5 Х„ где X, - длина поперечной УЗ-волны; в противном случае амплитуда эхосигнала от риски резко уменьшается (см. разд. 2.2.2.3). Наиболее часто кон­троль в России и других странах ведут на частотах 2 ... 5 МГц.

h, мм Рис. 3.74. Зависимость глубины риски от толщины стенки трубы по нормам, рекомендуемым в ФРГ

Контроль биметаллических труб.

Документ [320] отмечает ряд требований к контролю биметаллических труб. Основ­ной металл трубы до нанесения плаки­рующего слоя контролируется как моно­металлическая труба, если технология производства допускает такой контроль. В этом случае после нанесения плаки­рующего слоя биметаллическая труба контролируется только на несплошности типа расслоений на границе и (или) внут­ри плакировки по схемам на рис. 3.69, в и 3.70, в.

Биметаллические трубы контроли­руются по той же методике, что и мономе­таллические, если уровень структурных помех от плакирующего слоя и его грани­цы с основным металлом не препятствует контролю при заданном уровне фиксации. В противном случае допустимо выполне­ние контроля на максимально возможной чувствительности с указанием этого об­стоятельства в отчетной документации.

Биметаллическая труба, в которой уровень структурных помех от плаки­рующего слоя составляет 6 дБ или более от донного сигнала, контролируется толь­ко на несплошности основного металла по схеме рис. 3.69, а прямым лучом (т. е. без отражения луча от внутренней поверхно­сти).

Настройку выполняют по бездефект­ному участку трубы со снятым плаки­рующим слоем. Допустимо применение других методик контроля и способов на­стройки чувствительности, гарантирую­щих обнаружение несплошностей, не меньших, чем по методикам, указанным выше.

Контроль труб с ребрами. Специ­фическая проблема - контроль труб с на­ружными или внутренними ребрами. На рис. 3.75 показана схема контроля труб диаметром 5 ... 20 мм, с толщиной стенки Я = 0,5 ... 1 мм с наружными ребрами, разработанная В. Т. Пронякиным и др. Контроль выполняется иммерсионным способом. Вода прокачивается через трубу со скоростью > 3 см/с, унося с собой пу-

Рис. 3.75. Схема контроля трубы с внешними ребрами

зырьки воздуха. Датчик перемещается поступательно внутри трубы, вращаю­щейся с частотой > 400 об/мин.

Контроль выполняется на частоте /= 10 МГц. В стенке трубы возбуждают нормальные волны мод so или ап, распро­страняющиеся в продольном и попереч­ном направлениях относительно оси тру­бы. Требуемый угол ввода 0 обеспечива­ется вариацией расстояния /. Наибольшей чувствительности к дефектам соответст­вуют участки дисперсионных кривых с медленным изменением фазовых скоро­стей в зависимости от произведения fH. Чувствительность настраивают по рискам глубиной ~ 50 мкм.

Большие трудности связаны с от­стройкой от ложных импульсов, отражен­ных от ребер. Отстройка достигалась вре­менной селекцией. Для этого необходимо возбуждать нормальную волну строго оп­ределенной моды, с определенной группо­вой скоростью. Чтобы это выполнить, же­лательно сузить угол А0. Это достигалось выбором оптимальной формы пьезоэле­мента (выбрана прямоугольная форма, размер 10 х 2 мм) и отбраковкой пьезо­элементов по диаграммам направленности (угол раскрытия < 15°). При этих условиях надежно обнаруживались дефекты типа рисок глубиной 25 мкм.

В атомной энергетике также приме­няются трубы диаметром ~ 10 мм с внут­ренними ребрами. Контроль таких труб В. В. Бурмистровым и др. выполняется эхометодом, нормальными волнами в им­мерсионном варианте. Применяется фоку­сирующий преобразователь на 5 МГц. Настройка осуществляется по риске на внутренней поверхности трубы. Для нане­сения рисок изготовлено приспособление в виде гильзы с резцом.

При настройке на риску глубиной 50 мкм отражений от внутренних ребер не было. При контроле выявлялись трещины, закаты, включения. Глубина обнаружен­ных трещин и закатов составляла 30 ... 140 мкм. Дефекты на наружной поверхно­сти выявлялись лучше, чем на внутренней.

Контроль обсадных и бурильных труб. Их контролируют так же, как трубы такого же типоразмера другого назначе­ния. Методика контроля указана в ГОСТ 632-80, согласно которому чувствитель­ность настраивают по прямоугольному пазу глубиной 5 или 10 % толщины стенки трубы, длиной 25 ... 50 мм или более, вы­полненному на наружной поверхности. Для автоматизированного контроля разра­ботаны специальные установки "Бур-2", "Атлант-3" и др.

Более совершенная система "Зонд - СОТ" создана фирмой "Зонд” (г. Ивано - Франковск) [421, докл. 3.33]. Предусмот­рен щелевой контакт. Установка предна­значена для выявления продольных, попе­речных дефектов и измерения толщины труб диаметром 60 ... 324 мм. Результаты обрабатываются на компьютере.

В установке " Экспресс-Д-скан" [421, докл. 3.45] для контроля труб нефтяного сортамента, а также трубных систем теп­лоэлектростанций не предусмотрено вра­щения преобразователя вокруг трубы. Применен щелевой способ контакта пре­образователя с трубой. Отсутствие иммер­сионной жидкости вокруг трубы, в кото­рую излучаются УЗ-волны, распростра­няющиеся в трубе, дает возможность вол­нам обегать вокруг трубы, сохраняя дос­таточно высокую чувствительность к де­фектам. В трубах диаметром 60 ... 245 мм с толщиной стенок 6 ... 12 мм выявляются продольные риски глубиной 12,5 ... 15 %, длиной 25 мм.

Перспективно применение способа контроля с ЭМА-возбуждением. Разрабо­тан оригинальный ЭМА-способ, основан­ный на применении сдвиговых волн [309]. Частота 2 ... 2,7 МГц, размер преобразо­вателя 6 х 12 мм, зазор между преобразо­вателем и трубой 0,5 мм. Принцип уст­ройства аппаратуры не раскрывается.

Экспериментальная установка прове­рялась на обсадных трубах диаметром 168 мм с толщиной стенки ~ 10 мм, а так­же на трубах более широкого сортамента. Обнаруживались продольные и попереч­ные пазы глубиной > 0,3 мм на внутрен­ней и наружной поверхностях с отноше­нием сигнал/помеха > 20 дБ, отверстия диаметром > 1,3 мм в середине стенки с отношением сигнал/помеха > 28 дБ. Уда­валось контролировать также чугунные гильзы, сварные трубы, прутки, квадрат­ные и круглые заготовки диаметром до 300 мм, измерять толщину стенок труб.

Установлена возможность примене­ния для контроля бурильных, обсадных труб и инструмента низкочастотного де­фектоскопа УДС1-12, разработанного для УЗ-контроля головок рельсов. Экспери­менты показали возможность выявления искусственных дефектов типа пропилов глубиной 2 мм на расстоянии до 10 м

Контроль гибов. При эксплуатации систем, состоящих из большого числа труб, например котлоагрегатов, из строя обычно выходят изогнутые участки труб - гибы. Разрушение чаще всего происходит по нейтральной линии или по выпуклой (растянутой) поверхности гиба. Эти уча­стки труб подвергают контролю после из-

изготовления гиба и в процессе эксплуа­тации по инструкции [153]. Дефекты в растянутой части гиба, как правило, воз­никают в трубах, работающих при высо­ких температурах (> 450 °С). В других случаях дефекты развиваются в нейтраль­ной зоне деформации металла. Металл в сжатой зоне контролируют только в том случае, если имеются показания на воз­можность наличия дефектов.

Контроль выполняют наклонными преобразователями (рис. 3.76). Угол ввода

выбирают с помощью номограммы на рис. 3.67; при возможности выбора пред­почтительно использовать угол ввода, обеспечивающий получение угла падения на внутреннюю поверхность ср = 55° или менее. Преобразователь притирают к по­верхности трубы.

Настройку осуществляют по СОП, которым служит отрезок прямого участка бездефектной трубы. В СОП выполняют искусственные отражатели в виде сквоз­ного вертикального отверстия и зарубок

А

V б)

Рнс. 3.77. СОП для контроля гнбов труб:

а - при толщине стенки трубы < 15 мм; б - при толщине стенки трубы > 15 мм

на внутренней и наружной поверхностях (рис. 3.77). Размеры зарубок определяются по табл. 3.12.

Настройку начинают с получения максимальных эхосигналов от зарубок на внутренней и наружной поверхностях из положений преобразователя / и II, Ї и //' (см. рис. 3.76, а). Развертку и строб - импульс АСД дефектоскопа устанавлива­
ют так, чтобы огибающая эхосигналов (на уровне 6 дБ) от нижней зарубки находи­лась в пределах строб-импульса, а от верхней - непосредственно за пределами строб-импульса (см. рис. 3.76, б).

Иногда от зарубки на внутренней по­верхности получают эхосигнал с двумя максимумами, соответствующими отра­жению от зарубки акустической оси пре-

3.12. Размеры зарубок, соответствующих
браковочному уровню при контроле гибов труб

Толщина стенки трубы, мм	Размеры зарубки, мм	Рабочая частота, МГц
ширина	глубина
До 15 мм включительно	2	1	5
15 ... 18 включительно	2,5	1,5
18 ... 22 включительно	2	2,5
>22	3,5

образователя и бокового луча с меньшим углом ввода. Для контроля и оценки до­пустимости дефекта используют эхосиг - нал, полученный акустической осью. Его отличают по тому признаку, что измерен­ные глубиномером дефектоскопа коорди­наты отражателя соответствуют коорди­натам зарубки.

Глубиномер дефектоскопа настраи­вают по СО-3 и СО-2 с использованием при дальнейших измерениях графиков и способов пересчета, изложенных в разд. 3.2.1. Используют также другой спо­соб. Задержку начала отсчета настраивают по СО-3, а координаты - по зарубкам на внутренней и наружной поверхностях. Для распознания эхосигнала, соответст­вующего отражению от зарубки акустиче­ской оси преобразователя, применяют способ настройки и измерения координат по СО-3 и СО-2.

Чувствительность, полученная при отражении от зарубок, соответствует бра­ковочному уровню. Если амплитуды эхо- сигналов от верхней и нижней зарубок отличаются более чем на 4 дБ, чувстви­тельность выравнивают с помощью ВРЧ. Уровень фиксации (контрольный уро­вень) устанавливают, увеличивая чувстви­тельность на 6 дБ, а поисковый уровень - еще на 6 дБ.

По вертикальному цилиндрическому отверстию диаметром 4 мм (см. рис. 3.77, а) определяют условную протяженность компактного дефекта. Она соответствует расстоянию вдоль оси трубы между край­ними положениями преобразователя (на­правленного перпендикулярно к оси). За крайние принимают положения преобра­зователя, соответствующие уменьшению амплитуды эхосигнала на 6 дБ от макси­мального значения эхосигнала от отвер­стия.

По вертикальному цилиндрическому отверстию также определяют условную ширину компактного дефекта. Для этого находят положения преобразователя, со­ответствующие максимумам эхосигналов с обеих сторон от отверстия (по окружно­сти трубы) и измеряют расстояние L меж­ду точками ввода (рис. 3.77, б).

Поверхность гиба сканируют воз­вратно-поступательным перемещением преобразователя, ориентированного пер­пендикулярно к оси трубы. Шаг сканиро­вания должен быть < 1/4 условной протя­женности компактного дефекта (зарубки или отверстия) по уровню 6 дБ. Скорость сканирования < 100 мм/с. В местах повы­шенной против нормальной кривизны при контроле притертым преобразователем без опор рекомендуется легкое покачивание преобразователя относительно точки вво­да луча в плоскости, перпендикулярной к образующей гиба.

При появлении в рабочей зоне раз­вертки эхосигнала, превосходящего по амплитуде уровень фиксации, но меньше­го браковочного уровня, определяют глу­бину залегания Y отражателя, чтобы убе­диться, что дефект выявляется тем же лу­чом, что и в СОП. Коррозионные и уста­лостные трещиноподобные дефекты име­ют глубину залегания, близкую к толщине стенки трубы, определенной по зарубке в СОП. Дефекты округлой формы (коррози­онные язвины, питтинги) имеют значение У, на 20 ... 50 % меньшее, чем искусст­венный отражатель. При появлении эхо - сигнала за строб-импульсом (там же, где сигнал от искусственного отражателя на наружной поверхности, см. рис. 3.76) сле­дует подтвердить наличие дефекта на этой поверхности с помощью пальпирования и определить характер дефекта визуально, при необходимости с применением трав­ления поверхности.

Измеряют условную протяженность дефекта по уровню 6 дБ. Два дефекта счи­тают различными и их условную протя­женность определяют раздельно, если при перемещении преобразователя вдоль об­разующей трубы их условные протяжен­ности не перекрываются. Условную ши­рину дефекта определяют как разность L - Xі - Хг, где L - расстояние между по­ложениями преобразователя по окружно­сти трубы, при которых обнаруживается дефект (см. рис. 3.77, б); Х и Х2 - коорди­наты X дефекта с обеих сторон от него (также по окружности трубы).

При наличии в гибе сетки трещин на экране дефектоскопа наблюдается значи­тельное число небольших импульсов с амплитудой, меньшей браковочного уров­ня. Признаком сетки трещин является также большая условная ширина.

По результатам УЗ-контроля гиб оценивают по трехбалльной системе. Бал­лом 1 (негоден) оценивают гиб, в котором обнаружены: дефект с амплитудой эхо - сигнала, превышающей браковочный уро­вень либо уровень фиксации, если дефект находится в нейтральной зоне гиба; де­фект, условная протяженность которого превышает условную протяженность ком­пактного отражателя; дефект с условной шириной, большей 30 мм; дефекты, имеющие признаки сетки трещин.

Баллом 2 оценивают гиб, в котором не обнаружены дефекты с браковочными признаками, но имеются дефекты с ам­плитудой выше уровня фиксации. Балл 3 (годен) получает гиб, в котором нет де­фектов с амплитудой выше уровня фикса­ции и дефектов с косвенными признаками, свидетельствующими о наличии в гибе сетки трещин.

Как указано в табл. 3.12, зарубки в СОП, по которым определяется браковоч­ный уровень, имеют глубину 1 ±0,1 мм при номинальной толщине стенки трубы < 15 мм и глубину 0,05#, но < 2 мм при номинальной толщине стенки трубы > 15 мм. Ширина зарубок ограничена. В то же время по техническим условиям на прямолинейные трубы допустимая глу­бина технологических рисок 5 % толщины стенки (а до 1991 г. - даже 10 %), но < 2 мм. В результате такой ситуации возможна браковка гибов труб по технологическим рискам, которые ввиду своей большой длины дают зхосигнал большей амплиту­ды, чем зарубка такой же глубины. Перед выполнением гиба соответствующий уча­сток прямой трубы подвергают контролю на повышенной чувствительности, чтобы технологическая риска не попала на место гиба.

УралВТИ [424, докл. 1.11] разработал комплекс аппаратуры "Гиб-2М" для кон­троля гибов труб со стороны внутренней поверхности. Система транспортировки обеспечивает доставку датчиков к гибу по трубной системе при ее длине < 25 м и внутреннем диаметре 100 ... 160 мм и ска­нирование поверхности гиба. Кроме УЗ осуществляют визуальный, измеритель­ный и вихретоковый контроль.

Эксплуатационный контроль пря­молинейных труб часто проводят изнут­ри. Установка типа IRIS Ultima [425, с. 311/627] для контроля труб теплооб­менников разработана фирмой Pan Ameri­can и выпускается фирмой Russel NDE в Канаде. Прибор имеет фокусирующий высокочастотный (10 ... 15 МГц) преоб­разователь 1, который перемещается вдоль

оси трубы. Вращающееся турбинкой 2 зеркало 3 отражает излучение преобразо­вателя в направлении, перпендикулярном к поверхности трубы 5 (рис. 3.78). Уста­новка контролирует толщину и выявляет дефекты на наружной и внутренней по­верхностях трубы. Результаты представ­ляются в виде карты, на которой указыва­ются дефекты с учетом положения преоб­разователя по длине и окружности трубы. Контролируются трубы диаметром 12 ... 70 мм, погрешность измерения толщины 50 мкм. Установка позволяет обнаружи­вать плоскодонное отверстие диаметром 1 мм на глубине 250 мкм. Хорошо обнару­живается питтинговая коррозия.

В [425, с. 514/770] сообщается о кон­троле высокоскоростной (2 м/мин) ком­пьютерной системой труб диаметром 8 ... 82 мм. Контроль также выполняется изнутри трубы с помощью вращающегося зеркала. Одновременно с дефектоскопией измеряется толщина стенки с погрешно­стью < 0,02 мм, а также профиль трубы. Контролируются сварные соединения труб и приварки патрубков. Представляет­ся трехмерное изображение дефектов. Возможен контроль гибов труб изнутри коленчатым датчиком.

В [422, с. 2148] предложено сущест­венное усовершенствование обычного эхометода контроля толщины стенок труб, повышающее чувствительность к локаль­ным утонениям, возникающим, например, в результате коррозии. УЗ (в иммерсион­ном варианте) вводят под углом падения 11°, что обеспечивает получение продоль­ной и поперечной (трансформированной) волн. Волны принимаются после несколь­ких отражений между поверхностями. На рис. 3.79, а показано однократное отраже­ние продольной и двукратное поперечной волн. Приемник располагают в месте, где достигается максимальная амплитуда. По­явление локального утонения (см. рис. 3.79, б) довольно резко ослабляет ам­плитуду. Методика позволяет обнаружи­вать как внутренние, так и наружные де­фекты. В трубах диаметром 145 мм при

Рис. 3.78. Конструкция установки для дефектоскопии и измерения толщины стенки изнутри трубы: 1 - преобразователь; 2 - водяная турбинка; 3 - зеркало; 4 - корпус; 5 - стенка трубы

толщине стенки 10 мм на частоте 4 МГц выявляются искусственные дефекты раз­мером 10x20 мм при глубине 1,4 мм.

Одна из важных проблем эксплуата­ционного контроля труб и другого проката - изучение с помощью УЗ повреждений от крипа - ползучести материала с образова­нием микротрещин. В [425, с. 284/238] рассмотрен вопрос контроля на поврежде­ния от крипа стальных труб диаметром

Рис. 3.79. Контроль локальных утонений в трубах: Т - излучатель; R - приемник; S - поперечная волна; L - продольная волна

87 ... 151 мм с толщиной стенки 7,6 ...

21,8 мм. Крип особенно опасен, когда по­вреждения достигают центральной части стенки трубы, поэтому для выявления микротрещин предложено применять про- звучивание по хорде (рис. 3.80). Для сле­жения за развитием крипа устанавливают­ся четыре такие системы по окружности трубы. Кроме того, крип приводит к за­метному увеличению диаметра трубы, что также используют для слежения за ним.

В [425, с. 210/772] рассмотрена воз­можность обнаруживать очень маленькие дефекты труб, по-видимому, также вызы­ваемые крипом. Для этой цели применены прямые фокусирующие преобразователи на частотах 15 и 20 МГц. Фокальная об­ласть была растянута, чтобы обеспечить постоянную чувствительность. Это обес­печивалось конструкцией преобразовате­лей. Полученные результаты использова­ли для статистической оценки целостно­сти металла по данным контроля. Лучшие результаты получены на 20 МГц. Вопрос контроля повреждений от крипа будет рассмотрен также в разд. 7.8.

Контроль магистральных трубо­проводов. Их контролируют в процессе
изготовления и эксплуатации. Основное внимание обращается на контроль качест­ва сварных соединений. Вопрос контроля в процессе изготовления уже рассмотрен выше. Здесь пойдет речь о контроле ос­новного металла труб трубопровода в процессе эксплуатации.

В Украине [426, докл. 4.2] разработа­на высокопроизводительная портативная установка "Экспресс-Д-Скан" для контро­ля труб нефтяного сортамента. Установка выполняет 100%-ный контроль цельнотя­нутых труб: бурильных, обсадных, насос - но-компресорных - при входном, эксплуа­тационном и ремонтно-восстановитель­ном контроле на трубных базах. Установ­ка рассчитана на контроль труб диаметром 13 ... 245 мм с толщиной стенок 6 ... 12 мм. Разработана система УЗ-преобразовате - лей, которая обеспечивает равномерное озвучивание всего поперечного сечения трубы. Система вручную или манипулято­ром перемещается только вдоль контро­лируемой трубы, но при этом выполняется дефектоскопия стенки всего поперечного (кольцевого) сечения в каждой точке дли­ны трубы. Установка изготовлена на базе серийного дефектоскопа УД2-12, допол­
ненного блоком статистической обработки информации, блоком памяти и регистра­ции.

Дефектограммы каждой трубы ото­бражаются на экране и хранятся в энерго­независимой памяти с данными контроля (номер трубы, типы дефектов, их число и т. д.) с возможностью детального просмот­ра и передачи в базовую ЭВМ. Чувстви­тельность к обнаружению дефектов по глубине 12,5 ± 15 % номинальной толщи­ны, а по длине 25 мм при равной чувстви­тельности на внешней и внутренней по­верхностях труб. Неконтролируемые зоны отсутствуют. Обнаруженный в теле дефект подтверждается многократно: 3 ... 6 раз в зависимости от диаметра. Производитель­ность установки до 30 ... 40 труб/ч.

В Германии [422, с. 1814] разработа­на система контроля магистральных тру­бопроводов диаметром 914 ... 1422 мм. Контроль выполняется автономным уст­ройством (снарядом), движущимся вдоль трубы вместе с потоком продукта под дав­лением < 120 бар на расстояние порядка 100 км со скоростью 1 м/с. Снаряд состоит из трех гибко сочлененных секций разного назначения. На нем имеется 480 ... 896 (в зависимости от диаметра трубопровода) прямых и наклонных (45°) УЗ-преоб- разователей. Первые измеряют толщину, вторые выявляют трещины. Контактной жидкостью служит нефть. При контроле газопроводов их заполняют водой для обеспечения контакта.

Снаряд пропускают через участок трубопровода протяженностью > 100 м, и он автоматически записывает дефекты и толщины ОК с их координатами. Обнару­живаются продольные подобные трещи­нам дефекты длиной > 30 и глубиной > 2 мм (при толщине стенки > 8 мм) на внутренней и внешней поверхностях тру­бы.

В [425, с. 496/411] сообщается об ус­тановке "Endoscan 2" для контроля труб изнутри. Она предназначена для контроля участков газопроводов диаметром 300 ...

900 мм, длиной до 120 км. Это участки, проходящие под дорогами, реками и т. п. Прибор кабельного типа. Головка прибора длиной 500 мм имеет много преобразова­телей, движущихся по винтовой линии и контролирующих весь металл трубы. Кон­такт струйный. Одно из назначений при­бора - измерение толщины. Точность из­мерения 0,3 мм.

В НИИИН МНПО "Спектр" В. Т. Бобровым и др. предложено для УЗ внутритрубного контроля действующих газопроводов использовать ЭМА-пре - образователи [426, докл. 4.1]. Данное ре­шение исключает необходимость приме­нения контактной жидкости и обеспечива­ет возможность УЗ-контроля стенок труб даже по грубой поверхности при условии ее предварительной очистки. Рассматри­ваются практические результаты ЭМА- возбуждения и приема в стенках трубо­проводов сдвиговых SH- и SV-волн, рэле - евских, головных и нормальных волн. ЭМА-преобразователи построены на ос­нове постоянных сверхмощных магнитов в сочетании со специально согласованны­ми схемами генератора импульсов возбу­ждения и усилителя.

Система работает в диапазоне частот 0,2 ... 2,5 МГц при зазоре между поверх­ностью трубы и ЭМА-преобразователем до 1 мм с соотношением сигнал/помеха порядка 12 дБ. Получены эхосигналы, от­раженные от поврежденных коррозией участков основного металла трубопрово­дов, а также от характерных дефектов сварных стыков и околошовной зоны.

В [428, докл. 4.2.05] сообщается о разработке в ФРГ для контроля коррозии магистральных трубопроводов ЭМА- преобразователей типа ФР для возбужде­ния и приема горизонтально поляризован­ных поперечных волн. Волны могут воз­буждаться в трубе в осевом и окружном направлениях. Преобразователи обладают высокой чувствительностью, а за счет ко­герентного накопления, осуществляемого в реальном масштабе времени, повышает­ся отношение сигнал/помеха. Контроль

Time б) Рис. 3.81. Серия сигналов на приемном преобразователе головных волн

выполняется даже через битумное анти­коррозионное покрытие. Выявляются ис­кусственные дефекты в виде отверстий диаметром 20 и 30 мм, глубиной 20; 30 и 50 % толщины стенки (12,5 мм), имити­рующие коррозионное поражение.

Контроль коррозионных и других повреждений труб на больших расстоя­ниях. В химическом машиностроении, при нефтедобыче и в других областях воз­никает задача контроля протяженных уча­стков труб на коррозионные повреждения. На Седьмой европейской конференции по неразрушающему контролю было пред­ложено несколько докладов по этой про­блеме. Волны направляют вдоль обра­зующей трубы и принимают отраженные или прошедшие сигналы. Оптимальный тип используемых волн не определялся, разные авторы применяют волны различ­ного типа, а сопоставление результатов не проводится.

Наиболее простое решение - приме­нение вертикально поляризованных попе­речных волн. Голландские специалисты [422, с. 649] разработали систему LORUS (Long Range Ultrasonics), в ней использу­ется наклонный преобразователь с углом ввода 45°. Поскольку излучается расхо­дящийся пучок лучей и каждый луч рас­пространяется по своей траектории, эхо - сигнал растянут во времени. Тем не менее удается контролировать участки труб длиной порядка 0,5 ... 1м.

Более оригинальное решение пред­ложили специалисты Института им. Фра­унгофера [422, с. 751] (Германия). Они используют горизонтально поляризован­ную поперечную волну. Такая волна не переходит в жидкость, если с нею сопри­касаются стенки трубы, позволяет нахо­дить дефекты в местах соприкосновения трубы с другими деталями, где чаще всего возникает коррозия.

Волна возбуждается и принимается ЭМА-преобразователем. Обычно ЭМА - преобразователи имеют чувствительность, на один-два порядка меньшую, чем ПЭП, однако в докладе утверждается, что они хорошо контролируют участки труб дли­ной порядка 0,5 ... 1м. На расстоянии 400 мм от преобразователя находят утонения величиной 50 % толщины стенки.

В [422, с. 613] для контроля протя­женных участков труб на коррозионные повреждения предложено использовать головные волны. Как отмечалось в разд.

1.1.2, когда продольная волна распростра­няется вдоль поверхности, в каждой точке поверхности она порождает боковую по­перечную волну, распространяющуюся под углом к нормали к поверхности, рав­ным третьему критическому. Поперечная волна уносит энергию, в результате чего головная волна быстро ослабляется. По­перечные боковые волны, сопровождаю­щие головную волну, достигают противо­положной поверхности ОК (внутренней поверхности трубы) и вызывают появле­ние иа ней головной волны. Та, в свою очередь, порождает боковые волны. Ком­бинация из головной и боковой волн рас­пространяется вдоль оси трубы на значи­тельные расстояния, и ее можно использо­вать для контроля. Достаточная чувстви­тельность к дефектам сохраняется на рас­стоянии порядка 1 м.

Именно эту комбинацию волн ис­пользуют для контроля на большие рас­стояния вдоль стенки трубы толщиной до 40 мм. На рис. 3.81 показана серия сигна­лов на приемном преобразователе при контроле методом прохождения. Введена задержка развертки так, чтобы выделить только приходящие сигналы. Серия им­пульсов соответствует прохождению по­перечной волны через стенку трубы. Воз­можно применение эхометода.

Система позволяет обнаруживать риски глубиной 4 и длиной 20 мм в трубе диаметром 305 мм с толщиной стенки 11 мм. Обнаруживаются питтинги (тип коррозии) глубиной 2,4 ... 7,8 мм (тем большие, чем толще стенка). Можно вести контроль также в направлении окружно­сти трубы, но отношение наружного диа­метра к внутреннему должно быть < 1,19 мм, в противном случае не гарантируется кон­троль всей толщины стенки трубы.

Контроль труб на грубые дефекты на больших расстояниях (порядка 20 ... 50 м) предлагается осуществлять с применением волноводного эффекта [425, с. 763/166]. Трубы рассматриваются как волноводы, подобные стержням. В них можно возбу­ждать продольные, изгибные и крутиль­ные моды волн различных порядков. О влиянии толщины стенки трубы, сущест­венно отличающей трубу от стержня, на дисперсионные кривые не сообщается. Изоляционное покрытие не препятствует контролю. От него следует освобождать поверхность трубы только в месте акусти­ческого контакта с преобразователями.

Контролируют трубы диаметром 50 ... 610 мм на химических предприяти­ях. Например, в трубе диаметром 160 мм на частоте 70 кГц рекомендуется приме­нять для контроля продольную моду Ц0,2), аналогичную моде s0 в пластине. Фазовая скорость для нее постоянна в ши­роком частотном диапазоне. Упругие на­пряжения приблизительно постоянны в сечении трубы, что означает почти одина­ковую чувствительность к дефектам неза­висимо от их положения. Основным ис­точником помех, по мнению авторов, яв­ляются слабые сигналы, связанные с дру­гими модами, кроме используемых для контроля.

Применяют преобразователи в виде кольца, состоящего из отдельных прямых пьезопреобразователей, прижимаемых к трубе индивидуально пневматическим устройством. Контактной жидкости не требуется, так как применяются довольно низкие частоты. Например, для трубы диаметром 76 мм используют преобразо­ватель из 16 элементов, для труб диамет­рами 150 ... 200 мм - из 32 элементов на частоту 100 кГц. Снижая частоту до 50 кГц, можно уменьшить число элемен­тов. На расстоянии 50 м между излучаю­щим и приемным преобразователями ам­плитуда на бездефектной трубе ослабляет­ся на 40 ... 50 дБ (контроль выполнялся эхометодом).

Чтобы возбудить моду Ц0,2) в пря­мом направлении, применяют два кольца преобразователей, но при этом возникает довольно интенсивная мода Ц0,1). Чтобы избавиться от нее, вводят третье кольцо, а в производственной установке используют четыре кольца. По-видимому, кольца рас­полагают на расстоянии длины волны или половины длины волны со сдвигом фазы на 180°. Для возбуждения требуемой моды применяют довольно длинные импульсы в 5 периодов колебаний. Для увеличения дальности прозвучивания увеличивают длительность импульса, но при этом ухудшается разрешающая способность.

Чувствительность обычно настраи­вают по рискам (проточкам, канавкам) в поперечном направлении. Например, при­меняют проточки глубиной до 50 % тол­щины стенки и длиной по окружности, равной половине диаметра (~ 16 % окруж­ности). Такая проточка имеет коэффици­ент отражения 26 дБ, так что можно удов­летворительно вести контроль при отно­шении сигнал/помеха 40 дБ.

Изоляция из минеральной ваты прак­тически не влияет на чувствительность, а окружающая жидкость заметно ослабляет продольные волны, но не сказывается на крутильных. Жидкость в трубе может да­же вызвать смещение частоты. Сильное влияние оказывают битумная изоляция и заделка трубы в бетон.

В [425, с. 764/273] показана возмож­ность контроля гибов труб. Дефекты в гибах труб лучше обнаруживают изгибные

Акустическая ось ПЭП Нижняя образующая

Передний фронт сигнала Отражатель (дефект)

Краевой (спиральный) луч

моды. Отмечено, что для возбуждения изгибных мод целесообразно применять несимметричную систему преобразовате­лей, например в виде полукольца или кольца с разными задержками времени между элементарными преобразователя­ми. Применяют, как правило, наклонные преобразователи или гребенчатые струк­туры.

Компания RTD (Голландия) сообщи­ла [425, с. 264/075] о разработке установки "Rtd-Incotest" для контроля качества труб с изоляцией. Контроль выполняется УЗ - волноводным способом и вихревыми то­ками экранным методом. Для У 3-контроля используют продольные и крутильные моды. Дальность контроля 5 ... 50 м. Кон­троль вихревыми токами осуществляют для исследования участков по показаниям УЗ-метода.

А. А. Сельским [298] рассмотрены особенности распространения поперечных и нормальных УЗ-волн, направленных вдоль образующей стенки трубы, связан­ные с ее огибанием. Расходящийся пучок волн растекается вокруг трубы, как бы сворачивается, в результате чего на неко­тором расстоянии от преобразователя волны заполняют все сечение трубы и обеспечивают выявление дефектов. На рис. 3.82, а показано распространение пучка лучей на плоскости, а на рис. 3.82, б- "сворачивание" пучка вокруг трубы. Эффект проявляется как для волн Лэмба, так и для многократно отраженных попе­
речных волн. Таким образом, установлена возможность контроля труб на расстояни­ях приблизительно от 100 мм до несколь­ких (6 ... 8) метров преобразователем, направленным вдоль образующей стенки трубы. Разработаны преобразователи, об­ладающие повышенным эффектом расте­кания.