[12-2023] Встроенный тест-образец в ультразвуковом дефектоскопе
 

Встроенный тест-образец в ультразвуковом дефектоскопе

МОЛОТКОВ С.Л., АО «Радиоавионика», главный специалист по дефектоскопии

При ультразвуковой дефектоскопии ручными и (или) съемными средствами объектов путевого хозяйства — железнодорожных рельсов и пролетных строений искусственных сооружений (мостов) — необходимо проверять параметры электронно-акустических блоков дефектоскопа, причем до, во время и по окончании контроля.

Такую проверку выполняют, как правило, в полевых условиях с применением тех же стальных мер (стандартных образцов) либо настроечных образцов, которые использовались при настройке дефектоскопа (рис. 1). При этом оперативно проверяют генератор зондирующих импульсов, приемно-усилительный тракт, пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) и подходящие к ним кабели, индикаторы.


К недостаткам стальных мер относятся значительные размеры и масса, а также склонность к коррозии.
В большинстве случаев масса дефектоскопа меньше используемой меры (до 2,7 кг), что обусловливает существенное утяжеление носимого дефектоскопистом комплекта оборудования и нетехнологичность операции по проверке параметров дефектоскопа.
Упрощенное тестирование можно осуществить по шумам зондирующего импульса или отражениям от конструктивных отражателей в контролируемом изделии. Бывают ситуации, когда указанные сигналы на экране дефектоскопа отсутствуют. Так происходит, например, при задержанной развертке в режиме «По слоям» контроля стыковых сварных соединений рельсов. В этом случае зондирующий импульс расположен слева от экрана (рис. 2).
При ручном контроле рельсов оперативную проверку можно выполнить по эхо-сигналу от подголовочной грани. В этом случае ПЭП устанавливают на поверхность катания рельса перпендикулярно его длине. Однако при контроле сварных стыков мостов какие-либо отраженные сигналы могут отсутствовать на большом протяжении.
Учитывая важность проверки параметров, в конце 1990-х — начале 2000-х годов для съемных дефектоскопов ПОИСК-2 и ПОИСК-10Э было разработано и серийно выпускалось устройство контроля работоспособности КРАБ-М (рис. 3, а) [1]. Тестирующие сигналы формировались благодаря электронно-акустическому тракту устройства. Аналогичный принцип «активного» тест-образца был положен в основу ультразвуковых рельсовых тренажеров ТУР-200 (рис. 3, б) [2] и имитаторов дефектов в рельсах ИНСПЕКТОР (рис. 3, в) [3].


Начиная с 1980-х годов стали выпускаться зарубежные, а затем и отечественные ультразвуковые толщиномеры со встроенным в переднюю панель тест-образцом (рис. 4), представляющим собой плоский стальной цилиндр или усеченный конус высотой около 2,7—4,0 мм. Возбужденный прямым ПЭП и полученный от противоположной грани такого «пассивного» отражателя донный сигнал используется для тестирования общей работоспособности электронноакустического тракта толщиномера.
Однако такой тест-образец может тестировать тракт только для прямых совмещенных или раздельно-совмещенных ПЭП, что для ультразвуковых дефектоскопов недостаточно.
Патентный поиск не выявил ни одного компактного и легкого устройства, встраиваемого в корпус ультразвукового дефектоскопа, для оперативной проверки работоспособности его акустического тракта и ряда параметров контроля. При этом его наличие в дефектоскопах, предназначенных для выявления дефектов различной ориентации и конфигурации по всей высоте рельсов или в сварных швах мостовых конструкций, даже более актуально, чем для толщиномеров. Это обусловило необходимость разработки специального тест-образца для ультразвукового дефектоскопа.
Выбор типа образца. Встроенный тест-образец может быть «активного» или «пассивного» типа. Несомненным достоинством «активного» образца является его компактность. К недостаткам относятся:

• наличие специального электронно-акустического тракта, который, в свою очередь, может выйти из строя, поэтому требуется периодическая проверка его работоспособности;
• используемые в акустическом блоке пьезопластины могут быть расположены под дискретными углами и не охватывать весь диапазон углов ввода ПЭП;
• необходим источник питания.

При разработке образца предъявлялись следующие требования:

• к материалу — затухание ультразвуковых колебаний; термостабильность; небольшие габаритные размеры и масса;
• к отражателям — возможность проверки дефектоскопа с прямыми и наклонными ПЭП; простота изготовления; сопоставимость амплитуд и временных задержек сигналов от встроенного тест-образца и отражателей в мерах (НО);
• к конструктивно-эргономическим характеристикам — удобное размещение и герметичность; обозначение центра радиальной поверхности; подавление акустических шумов в образце.

С учетом этих требований за основу устройства был взят «пассивный» образец с малыми габаритными размерами и массой, обладающий высокой степенью надежности и простотой конструкции. При этом тест-образец не должен подвергаться коррозии.
Для образца был выбран современный материал — один из аналогов органического стекла с возможностью использования устройства в широком диапазоне температур. Недостатки обычного оргстекла (сильная зависимость затухания от температуры, а также старение) были исключены. Обладая требуемым затуханием ультразвуковых колебаний (около 0,5—2,0 дБ/мм), данный материал позволил получить компактный и легкий (несколько десятков граммов) образец, который удалось встроить в корпус электронного блока практически без утяжеления дефектоскопа.
Отражатели в тест-образце удовлетворяют указанным выше требованиям.
Использование встроенного тест-образца. Встроенный образец — это сервисное устройство. Изначально дефектоскоп должен быть настроен с использованием заданных в нормативно-технической документации на контроль мер или настроечных образцов [4, 5]. В общем случае только после этого — в момент краткосрочной приостановки контроля — может применяться встроенный тест-образец. Предварительно на контактную поверхность образца наносят контактирующую жидкость (минеральное масло, воду, гель и др.). Добиваются максимума отраженного сигнала.


Затем тестируют ультразвуковой дефектоскоп в целом и (или) его параметры:
1) работоспособность всего генераторно-приемного тракта дефектоскопа по наличию сигнала от отражающих в тест-образце поверхностей при установке на него ПЭП (рис. 5);

2) точку выхода луча наклонного ПЭП при установке его на тест-образец;
3) двойное время в призме ПЭП;
4) чувствительность [6].
Изменение параметров 2)—4) чаще всего происходит по причине износа ПЭП.
Проверка параметров дефектоскопа 3) и 4) при контроле возможна только после настройки с использованием штатных мер и «привязки» к встроенному тест-образцу. Последовательность корректировки данных параметров с использованием встроенного тестобразца и специального режима дефектоскопа «Тест» приведена в таблице.
Первый ультразвуковой дефектоскоп. Приведенные технические решения реализованы в первом ультразвуковом дефектоскопе АВИК.ОН-20 УДЗ-125 (рис. 6), в корпус которого встроен тест-образец. Новый дефектоскоп-конструктор позволяет реализовать множество режимов и функций. В путевом хозяйстве прибор может применяться для локального контроля сварных стыков и вторичного контроля рельсов, а благодаря сменным модулям с его помощью можно осуществлять многоканальный контроль с применением различных сканеров и колесных искательных систем, а также фазированной решетки.
В приборе имеется режим «Тест» для удобства отображения отраженных сигналов от поверхностей в тест-образце и проведения указанных выше корректировок в полуавтоматическом режиме.
Заключение. Описанное выше устройство [7] — встроенный в корпус ультразвукового дефектоскопа тест-образец с режимом «Тест» — значительно упрощает процедуру контроля различных объектов (в том числе рельсов, пролетных строений мостов), а также повышает достоверность контроля за счет оперативной проверки работоспособности дефектоскопа и ряда его параметров. В приборе имеется возможность полуавтоматической коррекции двойной задержки в призме ПЭП и чувствительности (усиления) по результатам периодической проверки параметров с использованием встроенного тест-образца.

Список источников

1. Пат. № 2104519 РФ G01N 29/04. Способ и устройство контроля работоспособности ультразвукового дефектоскопа / Марков А.А., Миронов Ф.С., Молотков С.Л., Бочкарев С.Л.; патентообладатель АО Ассоциация «Радиоавионика»; № 94044502/28; заявл. 26.12.1994; опубл. 10.02.1998.
2. Пат. № 2087908 РФ G01N 29/04. Способ поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов и устройство для его осуществления / Марков А.А., Зенченко А.А.; патентообладатель Марков А.А.; № 95101389/28; заявл. 02.02.1995; опубл. 20.08.1997. Бюл. изобр. № 23. 1997.
3. Марков А.А., Разорвин В.Е. Имитаторы дефектов на базе умных датчиков для оценки работоспособности систем высокоскоростной дефектоскопии // Сенсорное Слияние-2021: III Всесоюзный конгресс по сенсорному приборостроению. Тезисы докладов. СПб—Кронштадт, 2021. С. 16-17.
4. ГОСТ Р 55724—2013. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. Введ. 01.07.2015. М.: Стандартинформ, 2019. 27 с.
5. Положение о системе неразрушающего контроля рельсов и эксплуатации средств рельсовой дефектоскопии в путевом хозяйстве железных дорог ОАО «РЖД»: утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 26.07.2017 № 1471/р.
6. Молотков С.Л. Чувствительность и амплитудные измеряемые характеристики дефекта. Обзор изменений в рельсовой дефектоскопии за четверть века. // В мире неразрушающего контроля. 2020. Т. 23. № 3 (89). С. 62—73.
7. Пат. № 212363 G01N 29/30. Ультразвуковой дефектоскоп с тест-образцом / Молотков С.Л.; патентообладатель АО «Радиоавионика»; № 2022111153; заявл. 22.04.2022; опубл. 19.07.2022.