Новые разработки АН Украины в области неразрушающего контроля

17.07.2018
HK качества материалов и соединений все чаще применяется при изготовлении различных машин, конструкций и сооружений, в значительной мере определяя их эксплуатационную надежность. Повышение качества промышленной продукции и, как следствие этого, увеличение срока ее безаварийной эксплуатации немыслимы без опережающего развития методов и средств НК.

Особенно эффективен НК, базирующийся на современных ЭВМ, что позволяет включать его в производственные технологические линии. Поэтому заинтересованность различных отраслей народного хозяйства в практическом применении HK постоянно растет.

В АН Украины систематически ведутся теоретические и экспериментальные исследования, цель которых — усовершенствование наиболее перспективных методов НК: акустических, радиационных, вихретоковых, магнитных и др.

Результаты этих исследований, как правило, используются при создании новых приборов и систем НК.

Необходимо отметить, что в настоящее время в HK наиболее актуальные задачи — автоматический сбор и обработка дефектоскопической информации, сопряжение средств HK с ЭВМ, разработка быстродействующих многоканальных средств регистрации, создание методов и средств регулирования параметров технологических процессов по результатам НК.

Важным этапом развития работ в области HK в учреждениях АН Украины и республики явилось постановление Президиума АН Украины от 11.07.84 г. № 342 «О развитии работ в области неразрушающего контроля в Академии наук Украины», определившее основные направления исследования и разработок на период до 1990 г.

Институту электросварки им. Е.О. Патона АН Украины, Физико-механическому институту им. Г.В. Карпенко АН Украины и ряду других институтов поручена координация исследований и разработок по отдельным направлениям НК. Рассмотрим основные из уже полученных за последние годы результатов.
Новые разработки АН Украины в области неразрушающего контроля

Ряд приборов, реализующих вихретоковые методы НК, разработан в ФМИ им. Г.В. Карпенко АН Украины. Среди них дефектоскопы типа «Полет», которые эффективно выявляют трещины в многослойных конструкциях под металлической обшивкой толщиной до 5 мм, под слоем герметика толщиной до 10 мм, а также определяют остаточную толщину и диаметр язв локальной коррозии в оболочках толщиной от 3 до 5 мм и глубину поверхностных дефектов (рис. 1).

Задачи, близкие к задачам НК, решаются с помощью прибора «Прут-2», предназначенного для автоматизированного контроля заполнения сварочной порошковой проволоки шихтой в процессе ее производства и использования в агрегатах автоматической сварки. При этом обеспечивается контроль при скоростях волочения до 500 м/мин. Выявляются незаполненные зоны, а также участки, в которых величина коэффициента заполнения ниже нормы. В составе комплекта технологического оборудования, разработанного ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины, прибор поставляется в ряд стран (рис. 2).

Вихретоковый структуроскоп «Зона» предназначен для получения графического изображения изменений удельной электрической проводимости немагнитных материалов в зоне сварного шва. Характер изменений удельной электрической проводимости связан с размерами зоны термического влияния, что позволяет регулировать режим сварки. Разрешающая способность прибора 0,1 МСм/м.

Приборы типа «Опир» предназначены для измерения удельной электрической проводимости в диапазоне от 1 до 60 MСм/м, погрешность измерения до 2 %. Используется в машиностроении при контроле структуры и механических свойств различных марок стали, титана, сплавов других металлов, а также углекомпозиционных материалов. «Опир» имеет линейную шкалу и допусковый контроль со звуковой сигнализацией.

Толщиномеры типа «Эматол» предназначены для контроля покрытий, нанесенных на металлическое основание. Обеспечивают изменение толщины проводящих и непроводящих покрытий в диапазоне от 0,1 до 80 мм при одностороннем доступе к объекту контроля. Погрешность измерения до 2 %.

К приборам, реализующим магнитный метод НК, относятся коэрцитиметры типа ИКС. Они предназначены для измерения коэрцитивной силы (Hсм) в разомкнутой магнитной цепи.

Коэрцитивная сила — одна из наиболее структурочувствительных характеристик ферромагнетиков, поэтому ее широко используют при контроле качества термической и химико-термической обработки изделий. Измерение Hсм в разомкнутой цепи наиболее перспективно при массовом контроле продукции, поддается автоматизации и широко используется при технологическом контроле в процессе изготовления продукции, при входном и приемочном контроле.

Коэрцитиметры ИКС-52, ИКС-103, ИКС-95 обеспечивают автоматическое измерение Hсм образцов твердых сплавов и сталей в диапазоне от 1,5 до 500 А/см с погрешностью не более 2 %. Они используются в машиностроении и порошковой металлургии при HK качества заготовок и продукции.

Прибор ИКС-110 предназначен для автоматического измерения коэрцитивной силы образцов магнитомягких материалов и изделий. Из них в диапазоне от 0,1 до 10 А/см, с погрешностью измерения ±0,5 %. Особенность этого коэрцитиметра — возможность измерения Hсм контролируемого образца в двух взаимно противоположных направлениях намагничивающего поля с автоматическим вычислением результата измерения в каждом направлении, среднего арифметического и относительной разницы между ними. Это значительно повышает достоверность контроля, исключая влияние магнитных помех на результат измерений.

В ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины разработаны многоцелевые магнитные дефектоскопы для контроля качества сварных соединений, в частности для контроля изделий сложной формы применяют дефектоскоп НК-138 с автоматизированными процессами намагничивания и размагничивания (рис. 3), причем оптимальный режим процесса контроля рассчитывается на ЭВМ.

Для экспресс-контроля качества сварных соединений, например в полевых условиях, разработана регулируемая система намагничивания с гибким ярмом на основе постоянных магнитов из редкоземельных элементов. Оперативную оценку качества соединений выполняют с помощью локальных визуализаторов магнитных полей дефектов. В качестве индикатора в них используется магнитная суспензия.

В Институте электродинамики АН УССР разработан дефектоскоп для контроля качества алюминиевой сварной проволоки, принцип его работы основан на сравнении электрических свойств контролируемого и эталонного участков.

Большие работы ведутся в области акустических методов НК. Так, в ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины разработана и внедрена серия автоматизированных установок ультразвукового контроля (УЗК) типа У-664, У-175, НК-106 для контроля качества сварных швов труб большого диаметра. Скорость контроля с помощью установки НК-106 достигает 20 м/мин. Контроль ведется с помощью шестивосьми преобразователей. Каждый канал имеет блок автоматической отметки дефектных участков. Следящая система позволяет поддерживать расстояние между преобразователем и осью шва с точностью до ±2 мм (рис. 4). Ввод УЗ-колебаний в металл осуществляется с помощью локальной ванны через клиновидный слой воды. Установка внедрена на трубных заводах, с ее помощью контролируются сварные швы труб в технологической линии. Применение нескольких преобразователей позволяет определить вид и ориентацию дефектов и повышает достоверность контроля.

Для контроля качества стыковых сварных соединений, выполненных контактной сваркой, создана опытная установка НК-143, позволяющая производить контроль на трубных базах. В основе работы установки лежит методика статистической обработки У 3-информации адаптивным выбором порога отбраковки.

С участием ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины разработан портативный УЗ-дефектоскоп с цифровой индикацией УД-13П, выпуск которого организован ПО «Волна».

Для УЗК качества заготовок бурильных замков в ФМИ им. Г.В. Карпенко АН Украины разработана установка «Контроль-1». Процесс контроля в ней автоматизирован, поэтому установка может использоваться в технологической линии. Для контроля выбран теневой метод, что связано с недопустимостью «мертвых» зон и небольшой толщиной стенки изделия. Основной частью установки является 64-канальный трехракурсный дефектоскоп. Применение трехракурсного прозвучивания повышает достоверность контроля, особенно при обнаружении характерных для данного вида изделий дефектов — радиально ориентированных трещин (рис. 5).

Контроль осуществляется прозвучиванием его по трем ракурсам приемно-излучающими парами пьезоэлектрических преобразователей, размещенных вдоль образующей с внешней и внутренней сторон изделия. Изделие вращается относительно оси. За один оборот производится 256 измерений по каждому каналу.

Успешно ведутся работы в области акустико-эмиссионного (АЭ) метода контроля. Проведенные в последние годы исследования показали, что этот метод особенно эффективен при контроле качестве сварных швов в процессе их остывания.

В ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины разработана методика комплексного контроля труб большого диаметра при их изготовлении. При этом совместно используются УЗК, рентгенотелевизионный контроль (PTK) и метод АЭ. Опытно-промышленная проверка показала, что такой комплекс значительно эффективнее традиционного сочетания УЗК + РТК, особенно при выявлении развивающихся трещин.

Для АЭ экспресс-контроля сварных изделий разработан переносной малогабаритный прибор со встроенным регистратором АЭ-информации на термобумаг.

В Институте проблем машиностроения АН Украины ведутся работы по исследованию связей параметров сигналов АЭ с характеристиками разрушения различных материалов и созданию приборов АЭ-диагностики. Предложен новый подход к оценке прочности, основанный на измерении относительного изменения скорости разрушения при упругом последействии в полимерных композиционных материалах. Это позволяет оценивать прочность изделий после усталостных испытаний.

Разработан и выпускается серийно прибор КМС-М207, предназначенный для HK качества изделий, изготовленных с помощью контактной микросварки. В приборе регистрируется суммарное число импульсов АЭ на заданном временном интервале после начала сварки.

В Институте проблем прочности АН Украины разработана методика оценки степени деформации и разрушения материалов по параметрам сигналов АЭ при механическом нагружении. Разработан измерительный комплекс АЭ, позволяющий получить такие параметры, как скорость счета, амплитуда, амплитудное и спектральное распределения сигналов АЭ, провести их статистическую обработку.

Проведены АЭ-исследования образцов поликристаллических, композиционных и других материалов, определены их механические свойства в широком интервале температур, скоростей нагружения при статистическом и малоцикловом нагружениях.

В ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины разработана и внедрена «Информационно-измерительная система технической диагностики» ИИСТД-1, а также методика определения координат развивающихся дефектов с оценкой степени их опасности для сосудов высокого давления.

В ФМИ им. Г.В. Карпенко АН Украины разработана методология исследования процесса зарождения и распространения трещин в твердом теле по параметрам сигналов АЭ. Сформулированы расчетная модель и решения нестационарных динамических задач теории трещин, увязывающие характеристики трещин с параметрами сигналов АЭ.

Большое внимание уделяется в настоящее время обработке дефектоскопической информации. Современные приборы НК, как правило, содержат различные элементы обработки и хранения сигналов: оперативную память, цифровую индикацию, пороговый детектор, формирующий сигнал обнаружения дефекта и т. п. Эти элементы органически входят в функциональную схему прибора и рассматривать их как самостоятельные функциональные узлы нецелесообразно.

Однако с развитием быстродействующей микропроцессорной техники все шире применяются автономные системы обработки данных НК, не входящие непосредственно в состав прибора, а связанные с ним различными устройствами сопряжения. Такие системы могут использоваться в сочетании с различными установками и приборами НК, обеспечивая их высокую производительность и надежность.

К указанным системам можно отнести устройство обработки и ввода в ЭВМ дефектоскопических изображений, разработанное в Институте радиофизики и электроники АН Украины. Устройство обеспечивает возможность повышения качества изображения применением различных приемов: увеличением контрастности мелких деталей, корректировкой яркостных и геометрических искажений, выделением точных линий яркости.

В ФМИ им. Г.В. Карпенко АН Украины разработано устройство анализа изображений при рентгенотелевизионном контроле продольных швов труб большого диаметра. Оно позволяет выявлять дефекты сварного шва при соотношении сигнал/шум не менее 0,8 при движении контролируемой трубы. При этом производительность контроля возрастает более чем в три раза. Информация может быть введена в ЭВМ АСУ ТП цеха для управления технологическим процессом.

При создании устройства разработаны элементы теории распознавания телевизионных изображений в условиях воздействия временных шумов и пространственных помех применительно к задачам НК: Для борьбы с некоррелированными временными шумами предложены цифровые фильтры на основе накопления информации и увеличения отношения сигнал/шум за счет устранения статистической и структурной избыточности телевизионного изображения. Для ликвидации пространственных помех разработаны нелинейные логические фильтры. Все это позволило повысить порог обнаружения дефектов до 2 %, что близко к возможностям РГК с использованием серебросодержащей рентгеновской пленки (1...1,5 %). Так в ряде случаев контроля ответственных изделий оказалось возможным отказаться от использования дефицитной рентгеновской пленки и значительно повысить производительность. Совместно с ЦНИИТМаш разработанное устройство внедряется на шести предприятиях Минэнергомаша России.

Для обработки данных разработан комплекс программно-технических средств «Система» на базе ЭВМ СМ-4. С помощью комплекса определяется суммарная относительная площадь дефектов типа расслоений, надежно выявляются трещины и другие дефекты.

В комплексе используется медианная фильтрация, имеется устройство визуализации. Информация об участках контролируемого изделия, содержащая допустимые дефекты, вводится в ПЗУ. Комплекс «Система» работает в ускоренном масштабе времени по отношению к устройствам первичного УЗК, и может одновременно обрабатывать информацию, поступающую от нескольких таких установок.

В ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины для Миннефтепрома России разработана система СУ244 обработки и дешифровки рентгенотелевизионных изображений на основе применения микропроцессора. С ее помощью получают объективную информацию, не зависящую от квалификации оператора, что повышает достоверность правильного решения о качестве изделия.

Наряду с развитием известных методов HK в АН Украины разрабатывается ряд нетрадиционных методов контроля.

В Институте физики АН Украины на основе обнаруженного эффекта чувствительности фотоэмульсионных слоев к воздействию неоднородного электрического поля (электротопографический (ЭТГ) эффект) разработаны методы и средства контроля качества изделий твердотельной электроники — полупроводниковых приборов, интегральных схем и др. В СКТБ института изготовлено 60 экземпляров различных модификаций приборов и комплектов аппаратуры ЭТГ-контроля.

Важнейшей областью, где может применяться электротопография, является космическое материаловедение. С помощью прибора «Электротопограф-7» в бортовом исполнении, с 1983 по 1985 г. на орбитальной космической станции «Салют-7» выполнено четыре серии экспериментов «Электротопограф», посвященных исследованию динамики деградации модельных и конструкционных материалов под действием физических факторов космического пространства. Проведенные исследования приоритетны для страны и направлены на материалообеспечение орбитальных космических станций нового поколения.

В ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины предложен способ регистрации течей при вакуумно-пузырьковом контроле герметичности сварных швов при одностороннем доступе к сварному соединению, определены количественные характеристики этого метода и оптимальные условия его применения.

Большой экономический эффект дает применение разработанных ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины совместно с организациями Минхимпрома малосеребряных и бессеребряных детекторов радиационного излучения и соответствующей аппаратуры. Чувствительность при этом достигает 1,5...2 %.

Таким образом, деятельность институтов АН Украины в области HK в значительной степени обеспечивает постоянное совершенствование методов и средств НК. Это увеличит вклад АН Украины в прогресс отечественного машиностроения, темпы технического перевооружения отраслей общественного производства.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: