[go: up one dir, main page]

RU2614186C1 - Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers - Google Patents

Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers Download PDF

Info

Publication number
RU2614186C1
RU2614186C1 RU2015144933A RU2015144933A RU2614186C1 RU 2614186 C1 RU2614186 C1 RU 2614186C1 RU 2015144933 A RU2015144933 A RU 2015144933A RU 2015144933 A RU2015144933 A RU 2015144933A RU 2614186 C1 RU2614186 C1 RU 2614186C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
signals
ultrasonic
image
ultrasound
Prior art date
Application number
RU2015144933A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Васильевич Ларионов
Андрей Маркович Лидер
Дмитрий Андреевич Седнев
Ирина Олеговна Болотина
Яна Алексеевна Салчак
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2015144933A priority Critical patent/RU2614186C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2614186C1 publication Critical patent/RU2614186C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear energy.
SUBSTANCE: invention can be used for a nondestructive inspection for the degree of damage of metal containers with spent nuclear fuel. Core of the invention is that onto the surface of the container installed are ultrasound radiators and signal receivers in equal proportions, which generate rectangular pulses with appropriate width, length and frequency. Measured is initial speed of US signals propagation in a non-uniform medium to calculate the value of sensors displacement along the container wall and across it. Matrix of signals coming from all the receivers is formed. With the help of the matrix a scan sector is created with the ultrasonic wave travel time from each sensor to each point of the volume with due allowance for conversion of ultrasonic waves at their reflection and refraction at the media interfaces. Obtained signals by a computer program are formed into sector images. Then the sector images are formed into a composite V-image, basing on which a volume model of the defect from different measurement points is created. As per the change of the volume image over time the container wall degradation is determined.
EFFECT: technical result is creation of a portable method of measuring the degree of damage of metal containers with the inspection results quality exceeding refinement achieved by radiographic inspection.
1 cl, 2 tbl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, к способам исследования или анализа материалов с помощью акустических волн и может быть использовано для определения поврежденности металлов стенок контейнеров, содержащих отработанное ядерное топливо (ОЯТ). Кроме того, измерение акустических волн, распространяющихся в конструкционных изделиях, приобретает особое значение для технологий вновь создаваемых материалов.The invention relates to the field of measuring technology, to methods of research or analysis of materials using acoustic waves and can be used to determine the damage to metals of the walls of containers containing spent nuclear fuel (SNF). In addition, the measurement of acoustic waves propagating in structural products is of particular importance for the technology of newly created materials.

Распространенными дефектами контейнеров, содержащих ОЯТ, являются поры, полости и холодные спаи, возникающие при электронно-лучевой сварке. Размер пор, как правило, меньше 3 мм. Основными причинами их появления являются плохая очистка и окисление поверхности свариваемых материалов. В некоторых случаях дефекты такого рода можно обнаружить только разрушающими методами. Особое значение имеет водород, который растворяется в расплавляемом при сварке металле. Он попадает в металл из воздуха, содержащего пары воды, из влаги покрытия электродов; из ржавчины, находящейся на поверхности металла изделия и электродов. При высокой температуре влага превращается в пар и диссоциирует с поглощением тепла. Водород содержится также в электродных покрытиях и в самом металле. В небольших количествах водород растворим в металле даже при комнатной температуре, однако с повышением температуры его растворимость растет и при переходе металла из твердого состояния в жидкое увеличивается с 0,0007% (8 см3 на 100 г металла) до 0,0025% (28 см3 на 100 г). Количество водорода в металле шва и зоне термического влияния зависит от качества сварочных материалов и способа сварки. Согласно стандарту ISO 2560 (ISO 2560: 2002, Covered electrodes forma nu al arc welding of mild steel and low alloy steel - Code of symbols for identification) по содержанию водорода в наплавленном металле применяемые электроды дают содержание водорода в наплавленном металле от 5 см3/100 г до 15 см3/100 г. При большой концентрации водорода в сварных швах сталь стенки становится хрупкой, что приводит к потере устойчивости контейнеров и их разрушению [В.Н. Поляков. Катастрофы трубопроводов большого диаметра. Роль полей водорода. Проблемы прочности. 1995. - №1. - С. 137-146].Common defects in containers containing spent nuclear fuel are pores, cavities, and cold junctions arising from electron beam welding. The pore size is usually less than 3 mm. The main reasons for their appearance are poor cleaning and oxidation of the surface of the materials being welded. In some cases, defects of this kind can only be detected by destructive methods. Of particular importance is hydrogen, which dissolves in the metal being melted during welding. It enters the metal from air containing water vapor, from the moisture of the electrode coating; from rust located on the surface of the metal of the product and electrodes. At high temperatures, moisture turns into steam and dissociates with heat absorption. Hydrogen is also found in electrode coatings and in the metal itself. In small amounts, hydrogen is soluble in the metal even at room temperature, however, with increasing temperature, its solubility increases and when the metal passes from solid to liquid, it increases from 0.0007% (8 cm 3 per 100 g of metal) to 0.0025% (28 cm 3 per 100 g). The amount of hydrogen in the weld metal and the heat affected zone depends on the quality of the welding materials and the welding method. According to the ISO 2560 standard (ISO 2560: 2002, Covered electrodes forma nu al arc welding of mild steel and low alloy steel - Code of symbols for identification) on the hydrogen content in the deposited metal, the electrodes used give a hydrogen content in the deposited metal of 5 cm 3 / 100 g to 15 cm3 / 100g in a large concentration of hydrogen in the welds wall steel becomes brittle, which leads to loss of stability of the containers and their destruction [V. Poles. Disasters of large diameter pipelines. The role of hydrogen fields. Strength problems. 1995. - No. 1. - S. 137-146].

Известны следующие способы неразрушающего анализа материалов с помощью акустических волн, распространяющихся в металлах. Неразрушающий контроль физико-механических свойств материалов и изделий осуществляют по определению коэффициента затухания из отношения амплитуд сигналов, получившихся в результате сложения колебаний переднего и заднего фронтов эхо-импульсов с многократно отраженными импульсами [Патент RU 2047171, опубл. 27.10.1995].The following methods are known for non-destructive analysis of materials using acoustic waves propagating in metals. Non-destructive testing of the physical and mechanical properties of materials and products is carried out to determine the attenuation coefficient from the ratio of the amplitudes of the signals resulting from the addition of oscillations of the leading and trailing edges of the echo pulses with multiple reflected pulses [Patent RU 2047171, publ. 10/27/1995].

Неразрушающий контроль степени поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования проводят по измерению задержки поверхностной волны ультразвуковых колебаний на поверхности ранее неработавшего изделия из данного металла, в зоне аварийного разрушения металла элемента, и на поверхности металла в контролируемой зоне элемента, находящегося в процессе эксплуатации. [Патент RU 2231057, опубл. 20.06.2004].Non-destructive testing of the degree of damage to metals of operated elements of thermal power equipment is carried out by measuring the delay of a surface wave of ultrasonic vibrations on the surface of a previously non-working product from this metal, in the zone of emergency destruction of the metal of the element, and on the metal surface in the controlled zone of the element in operation. [Patent RU 2231057, publ. 06/20/2004].

Известен способ неразрушающего ультразвукового контроля сварных стыков железнодорожных рельсов [патент RU 2309402, опубл. 27.10.2007], заключающийся в том, что на поверхность рельса устанавливают ультразвуковой измерительный блок, содержащий несколько измерительных элементов. При зондированиях измеряют амплитуды и временное положение отраженных сигналов, вычисляют пространственное положение дефекта, объединяют и отображают результаты всех зондирований, по которым оценивают качество сварного стыка.A known method of non-destructive ultrasonic testing of welded joints of railway rails [patent RU 2309402, publ. October 27, 2007], which consists in the fact that an ultrasonic measuring unit containing several measuring elements is mounted on the rail surface. When sounding, the amplitudes and temporary position of the reflected signals are measured, the spatial position of the defect is calculated, the results of all soundings are combined and displayed, according to which the quality of the welded joint is evaluated.

Известен способ контроля ультразвуковым томографом, включающим N ультразвуковых излучателей и приемников, мультиплексор излучающей и приемной матриц на N каналов с подключением одного из излучателей к цифро-аналоговому преобразователю микроконтроллера. Микроконтроллер подключен к блоку обработки информации и визуализации, имеющему возможность восстанавливать трехмерное изображение контролируемого дефекта [RU патент на полезную модель №144100, опубл. 10.08.2014]. Оценку глубины дефектов с использованием ультразвука реализуют на основе амплитудных измерений сигнала и по оценки времени прохождения волны [RU 2532606, опубл. 10.11.2014].A known method of monitoring an ultrasound tomograph, including N ultrasonic emitters and receivers, a multiplexer emitting and receiving matrices on N channels with the connection of one of the emitters to a digital-to-analog converter microcontroller. The microcontroller is connected to the information processing and visualization unit, which has the ability to restore a three-dimensional image of a controlled defect [RU patent for utility model No. 144100, publ. 08/10/2014]. Assessment of the depth of defects using ultrasound is carried out on the basis of amplitude measurements of the signal and by estimating the wave propagation time [RU 2532606, publ. 11/10/2014].

Известен способ визуализации ультразвуковой дефектоскопии трехмерного изделия, заключающийся в том, что ультразвуковые преобразователи (УЗП) антенной решетки располагают на расстоянии больше половины длины УЗ волны, производят циклическое облучение объекта и одновременный прием эхо-сигналов по локальным областям объекта контроля. Сигналы от каждой локальной области оцифровывают и используют их для реконструкции изображения и его визуализации [RU 2532597, опубл. 10.11.2014]. Недостатком данного способа является потеря точности изображения из-за разбиение зоны на локальные области. В результате преобразования сигналов от каждой из них в совокупный сигнал происходит потеря качества информации об дефектах.There is a method of visualizing ultrasonic flaw detection of a three-dimensional product, which consists in the fact that the ultrasonic transducers (SPD) of the antenna array are located at a distance of more than half the length of the ultrasound wave, produce cyclic irradiation of the object and the simultaneous reception of echo signals in the local areas of the control object. The signals from each local area are digitized and used for image reconstruction and visualization [RU 2532597, publ. 11/10/2014]. The disadvantage of this method is the loss of image accuracy due to the division of the zone into local areas. As a result of the conversion of signals from each of them into an aggregate signal, the quality of information about defects is lost.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ ультразвукового контроля [патент US 8839673, опубл. 23.09.2014], где используется фазированная решетка, которая испускает импульсы отдельно или в комплекте с переменной частотой повторения импульсов (PRF). Дефекты объекта идентифицируются путем анализа отраженного эхо-сигнала. Размер дефекта и его расположение в контролируемом объекте соотносится с эквивалентным размером отражателя (ERS) с помощью метода «Расстояние Усиление-Размер» (Distance Gain-Size (DGS)). Используется разделение во времени УЗ импульсов, испускаемых источником излучения (преобразователя) по всей глубине (дистанции) следования импульса. Т.е. последующий импульс запускается после того как предыдущий импульс пройдет все расстояние до дефекта или полностью размер стенки детали. Используется многоканальная решетка, с помощью которой формируется фронт акустических волн, затем производят реконструкцию и визуализацию изображения дефекта.The closest analogue, selected as a prototype, is a method of ultrasonic testing [patent US 8839673, publ. 09/23/2014], where a phased array is used, which emits pulses separately or complete with a variable pulse repetition rate (PRF). Defects in an object are identified by analyzing the reflected echo. The size of the defect and its location in the controlled object is correlated with the equivalent reflector size (ERS) using the Distance Gain-Size (DGS) method. The time division of ultrasonic pulses emitted by the radiation source (transducer) over the entire depth (distance) of the pulse following is used. Those. the subsequent impulse starts after the previous impulse has passed the entire distance to the defect or the full size of the part wall. A multichannel array is used, with which the front of the acoustic waves is formed, then the defect is reconstructed and visualized.

Недостатком способа является то, что данное решение (как и все другие) не может быть применено для ультразвуковой томографии пеналов с отработанным ядерным топливом ввиду специфичности условий контроля и типов дефектов, а также отсутствия возможностей для реализации трехмерной визуализации дефектов в режиме реального времени. Специфичность состоит в том, что при хранении происходит наводороживание стенки. В результате скорость прохождения УЗ сигнала изменяется. Соответственно нужно изменять частоту следования УЗ импульсов. В свою очередь это ведет к искажению формируемой матрицы сигналов, которая служит банком данных для трехмерной визуализации объектов. Все перечисленные недостатки можно исключить, если измерять скорость распространения УЗВ, по величине которой изменять расположение излучателей и приемников в решетке, и выбирать частоту излучателей и приемников в нужном диапазоне частот.The disadvantage of this method is that this solution (like all others) cannot be applied for ultrasound tomography of spent nuclear fuel canisters due to the specificity of the control conditions and types of defects, as well as the lack of opportunities for realizing three-dimensional visualization of defects in real time. The specificity is that during storage, hydrogenation of the wall occurs. As a result, the speed of passage of the ultrasonic signal changes. Accordingly, it is necessary to change the repetition rate of ultrasound pulses. In turn, this leads to a distortion of the generated signal matrix, which serves as a data bank for three-dimensional visualization of objects. All of these shortcomings can be eliminated by measuring the velocity of propagation of the ultrasonic ultrasound, the magnitude of which change the location of the emitters and receivers in the array, and select the frequency of the emitters and receivers in the desired frequency range.

Теоретически задача о применении фазированной решетки описана во многих работах. Решетка представляет собой импульсный многоэлементный излучатель элементарных УЗ волн. Включают первый элемент решетки, который посылает сигнал с определенной скоростью в направлении объекта диагностирования, остальные элементы решетки принимают отраженные сигналы. Эти сигналы сохраняются в базе данных. Например, в процессе измерения излучает i-й элемент решетки. Элементы решетки с 1 по N принимают отраженные от дефекта сигналы. Из этих сигналов формируется матрица Aij. (фиг. 1). После того как последовательно включены все N элементов и получены отраженные сигналы, матрица полностью заполнена. Она содержит временные сигналы всех комбинаций излучатель-приемник на данный момент времени для данного размера и состояния дефекта. Если размер и состояние дефекта не сопоставимы с расстоянием, на которое перемещается излучатель, то происходит размывание полученного изображения дефекта. Просуммированные сигналы на результирующем искусственном А-скане соответствуют временам пробега звуковой волны от датчика до точки в объеме материала, т.е. эквивалентны временам, полученным с помощью традиционных излучателей. Этот метод носит название DFA (решетка с цифровой фокусировкой) - реконструкции объекта в форме сектор-скана. С увеличением количества датчиков многоэлементной решетки и скорости их перемещения на реконструируемом сектор-скане более отчетливо прорисовывается дефект в материале. Время пробега звуковой волны (при известной скорости распространения УЗВ) каждого элемента призмы для каждой точки объема, рассчитывается и заносится в соответствующую таблицу. Физически реализуемая зона фокусировки и разрешающая способность фазированной решетки, ограничивается толщиной деталей, и точность достигается: 1) скоростью обработки результатов измерения распространения УЗВ; 2) скоростью построения изображений. Размер области измерения дефектов определяется частотой получения информации (т.е. зависит от скорости распространения УЗВ) и скорости обработки изображений на компьютере и равен 1 килогерцу, что соответствует скорости около метра в секунду, если измерения автоматизированы по регистрации и записи. Описанная реконструкция изображения состоит в том, что в таком алгоритме складываются отдельные временные сигналы, которые быстро затухают с увеличением толщины стенки контролируемого объекта. Таким образом, фокусное пространство оказывается недостаточным для отчетливого детектирования объекта. Одновременно не решается задача фиксирования изменения дефекта во времени (например, в ходе наводороживания области детектирования). Поэтому необходимо повысить точность измерения размера дефекта и его положения в материале, качество визуализации трехмерного изображения, разрешающей способности изображения дефекта металла контейнера.Theoretically, the problem of using a phased array is described in many works. The grating is a pulsed multi-element emitter of elementary ultrasonic waves. The first element of the array is turned on, which sends a signal at a certain speed in the direction of the diagnostic object, the remaining elements of the array receive reflected signals. These signals are stored in the database. For example, during the measurement process emits the i-th element of the lattice. Lattice elements 1 through N receive signals reflected from the defect. From these signals, the matrix Aij is formed. (Fig. 1). After all N elements are connected in series and reflected signals are received, the matrix is completely filled. It contains temporary signals of all emitter-receiver combinations at a given time for a given size and defect state. If the size and condition of the defect are not comparable with the distance over which the emitter moves, then the resulting image of the defect is eroded. The summed signals on the resulting artificial A-scan correspond to the travel time of the sound wave from the sensor to a point in the volume of the material, i.e. equivalent to times obtained using traditional emitters. This method is called DFA (lattice with digital focusing) - reconstruction of an object in the form of a sector scan. With an increase in the number of sensors of the multi-element grating and the speed of their movement on the reconstructed sector-scan, the defect in the material becomes more clearly visible. The travel time of the sound wave (at a known propagation velocity of the ultrasound) of each prism element for each volume point is calculated and entered in the corresponding table. The physically feasible focusing area and the resolving power of the phased array is limited by the thickness of the parts, and accuracy is achieved: 1) the speed of processing the results of measuring the propagation of ultrasonic scanning; 2) the speed of imaging. The size of the area for measuring defects is determined by the frequency of obtaining information (i.e., depends on the speed of propagation of the ultrasound) and the speed of image processing on a computer and is equal to 1 kilohertz, which corresponds to a speed of about a meter per second, if the measurements are automated by recording and recording. The described reconstruction of the image consists in the fact that in such an algorithm separate time signals are added, which quickly decay with increasing wall thickness of the controlled object. Thus, the focal space is insufficient to clearly detect the object. At the same time, the problem of fixing the defect change over time is not solved (for example, during the hydrogenation of the detection area). Therefore, it is necessary to improve the accuracy of measuring the size of the defect and its position in the material, the quality of visualization of a three-dimensional image, the resolution of the image of the defect of the metal of the container.

Задача - создание способа определения степени поврежденности металлов контейнеров с отработанным ядерным топливом.The task is to create a method for determining the degree of damage to metals of containers with spent nuclear fuel.

Техническим результатом изобретения является создание портативного способа измерения степени поврежденности металлов контейнеров, с качеством результатов контроля, превышающим детализацию, достигаемую при рентгенографическом контроле.The technical result of the invention is the creation of a portable method for measuring the degree of damage to metal containers, with the quality of the inspection results exceeding the detail achieved with x-ray inspection.

Указанный технический результат достигается тем, что так же как и в прототипе, способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров включает размещение датчиков фазированной антенной решетки на объекте контроля, перемещение датчиков вдоль выбранного направления, измерение скорости распространения ультразвуковых волн (УЗВ) в металле, преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, обработку цифровых кодов, реконструкцию изображения. В отличие от прототипа, предварительно по измеренным скоростям и частоте датчика рассчитывают длины УЗВ с учетом преобразования ультразвуковых волн при их отражении и преломлении на границах раздела сред, делят каждое из полученных значений длин УЗВ на два, сравнивают эти величины X с размером единичного пикселя, равного 1 мм, изменяя частоту излучения датчика, выбирают то значение X, которое максимально соответствует размеру пикселя, пьезоэлементы датчика устанавливают в решетке на расстоянии не более найденного значения X, затем перемещают датчик вдоль выбранного направления с шагом X, и поперек с шагом 2Х, сигналы с датчика через каждый шаг записывают в таблицу времен пробега ультразвуковой волны от каждого датчика до каждой точки объема, и используют их для реконструкции изображения и его визуализации.The specified technical result is achieved by the fact that, as in the prototype, the method of non-destructive testing of the degree of damage to the metals of the containers includes the placement of phased array antenna sensors at the test object, moving the sensors along the selected direction, measuring the velocity of ultrasonic waves (USW) in the metal, converting to digital codes of received electrical signals, their storage, processing of digital codes, image reconstruction. Unlike the prototype, the ultrasonic wave lengths are preliminarily calculated based on the measured speeds and frequency of the sensor taking into account the conversion of ultrasonic waves when they are reflected and refracted at the media interfaces, divide each of the obtained ultrasonic wave lengths into two, compare these X values with a unit pixel size equal to 1 mm, changing the frequency of the sensor’s radiation, choose the value of X that is most suitable for the pixel size, the piezoelectric elements of the sensor are set in the lattice at a distance of not more than the found value of X, then ayut sensor along a selected direction with a step X, and transversely with 2X pitch signals from the sensor through each step is recorded in a table of run time of the ultrasonic wave from each probe to each point of the volume, and used for image reconstruction and visualization.

На фиг. 1 приведен внешний вид ультразвуковых решеток (датчиков). Номинальные параметры ультразвуковых датчиков приведены в таблице 1.In FIG. 1 shows the appearance of ultrasonic arrays (sensors). Nominal parameters of ultrasonic sensors are given in table 1.

На фиг. 2 показан внешний вид расположения фазированной решетки на стенке контейнера, 1 - стенка контейнера, 2 - шов, 3 - датчик фазированной решетки, 4 - держатель датчика, соединенный с манипулятором, 5 - кабель передачи информации в блок для сбора данных.In FIG. 2 shows the appearance of the location of the phased array on the container wall, 1 — the container wall, 2 — the seam, 3 — the phased array sensor, 4 — the sensor holder connected to the manipulator, 5 — the data transmission cable to the data collection unit.

На фиг. 3 показана схема измерения скорости распространения УЗВ в разных направлениях относительно стенки контейнера, 1 - стенка контейнера, 3 - датчик фазированной решетки, 6 - направления распространения УЗВ, 7 - скан-поле волны, отражаемой на экране компьютера.In FIG. 3 shows a diagram of measuring the velocity of propagation of ultrasonic ultrasonic waves in different directions relative to the wall of the container, 1 — the wall of the container, 3 — the phased array sensor, 6 — the directions of propagation of the ultrasonic vibrations, 7 — the scan field of the wave reflected on the computer screen.

На фиг. 4 приведена общая блок-схема передачи сигналов от фазированной решетки в блок программирования и матрица сбора данныхIn FIG. Figure 4 shows a general block diagram of the transmission of signals from a phased array to a programming unit and a data acquisition matrix

На фиг. 5 приведены блоки схемы сбора данных.In FIG. 5 shows the blocks of the data collection circuit.

На фиг. 6 показана схема перемещения датчиков по стенке контейнера, 1 - стенка, 2 - шов, 3 - многоэлементный датчик фазированной решетки, 8 - расстояние между позициями измерения (шаг), 9 - расстояние между линиями измерения.In FIG. 6 shows a diagram of the movement of sensors along the container wall, 1 - wall, 2 - seam, 3 - multi-element phased array sensor, 8 - the distance between the measurement positions (step), 9 - the distance between the measurement lines.

На фиг. 7 приведен вид сектор-скана, отображающий на экране компьютера дефекты стенок контейнера, 1 - стенка, 10 - дефекты стенок контейнера.In FIG. 7 is a view of a sector scan showing on the computer screen defects in the walls of the container, 1 — the wall, 10 — defects in the walls of the container.

На фиг. 8 приведены искусственные дефекты в виде вырезов в образце стенки контейнера толщиной 32 мм. Цифрами указан размер прорезей в стенке контейнера.In FIG. Figure 8 shows artificial defects in the form of cutouts in a 32 mm thick container wall sample. The numbers indicate the size of the slots in the container wall.

На фиг. 9 приведены восстановленные изображения дефектов, искусственно приготовленные в стенке.In FIG. Figure 9 shows the reconstructed images of defects artificially prepared in the wall.

Таблица 1. Параметры УЗ-датчиков.Table 1. Parameters of ultrasonic sensors.

Таблица 2. Технические параметры блока электроники.Table 2. Technical parameters of the electronics unit.

Датчики фазированной решетки (фиг. 1) располагают на поверхности контейнера (фиг. 2). Датчики фазированной решетки (фиг. 3) посылают УЗВ-сигналы в различных направлениях. Направления распространения сигналов последовательно выбирает компьютерная программа управления датчиками. Измеряют датчиками фазированной решетки скорость распространения звука в стенке контейнера в различных направлениях относительно положения стенки контейнера (фиг. 3). С этой целью измеряют время прохождения УЗ волной расстояния от стенки или дефекта и обратно. По измеренным скоростям и частоте датчика фазированной решетки рассчитывают длины УЗ волн в разных направлениях 6 и т.д. (фиг 3). Делят каждое из полученных значений длин волн на два. Эту величину обозначают как X. После чего сравнивают эти величины X с размером единичного пикселя изображающего цифрового поля компьютерной программы, равного 1 мм, и выбирают то значение X, которое максимально соответствует величине 1 мм, равное размеру пикселя. Пьезоэлементы датчика располагают в решетке на расстоянии, равном найденному значению X. Устанавливают датчики фазированной решетки вдоль выбранного направления относительно стенки контейнера и перемещают датчик вдоль выбранного направления с шагом X и поперек - с шагом 2Х. Сигналы с датчика через каждый шаг записывают в таблицу времен пробега ультразвуковой волны от каждого датчика фазированной решетки до каждой точки объема (фиг 4). По этим сигналам формируют составное В-изображение, на основе которого создают объемное изображение (визуализируют) дефекта по величине и месту его положения в стенке контейнера.The phased array sensors (Fig. 1) are located on the surface of the container (Fig. 2). Phased array sensors (Fig. 3) send ultrasonic signals in various directions. The directions of signal propagation are sequentially selected by the computer program for controlling the sensors. The phased array sensors measure the speed of sound propagation in the container wall in various directions relative to the position of the container wall (Fig. 3). For this purpose, the transit time of the ultrasonic wave by measuring the distance from the wall or defect and vice versa is measured. From the measured speeds and frequency of the phased array sensor, ultrasound wavelengths are calculated in different directions 6, etc. (Fig 3). Divide each of the obtained wavelengths into two. This value is denoted as X. Then, these values of X are compared with the size of a single pixel of the digital field of the computer program equal to 1 mm, and the value of X is selected that corresponds to a maximum value of 1 mm equal to the size of the pixel. The piezoelectric elements of the sensor are placed in the lattice at a distance equal to the found value of X. Install the phased array sensors along the selected direction relative to the container wall and move the sensor along the selected direction with step X and across with step 2X. The signals from the sensor through each step are recorded in a table of travel times of the ultrasonic wave from each sensor of the phased array to each point in the volume (Fig. 4). Based on these signals, a composite B-image is formed, on the basis of which a volumetric image (visualize) of the defect is created in magnitude and its position in the container wall.

Блоки компьютерной программы (фиг. 5) позволяет реконструировать В-сканы и пошагово заполнить трехмерную матрицу (фиг. 4). Данные матрицы используют затем для получения трехмерного изображения объекта. Каждый датчик фазированной решетки одновременно является излучателем и приемником акустического сигнала. Включение и выключение датчиков осуществляют автоматизированно с помощью управляющей программы и компьютера (фиг. 5). Датчики решетки перемещают по поверхности контейнера с ОЯТ с помощью трехосевого манипулятора. Манипулятор обеспечивает трехмерное перемещение датчиков фазированной решетки по осям X, Y и Z. Информацию о конкретном положении объекта во время контроля записывают автоматически блоком определения координат и передают в блок электроники для дальнейшей обработки и реконструкции изображений.Blocks of a computer program (Fig. 5) allows you to reconstruct B-scans and step-by-step fill the three-dimensional matrix (Fig. 4). The matrix data is then used to obtain a three-dimensional image of the object. Each phased array sensor is simultaneously an emitter and receiver of an acoustic signal. Switching sensors on and off is carried out automatically using a control program and a computer (Fig. 5). The lattice sensors are moved along the surface of the SNF container using a three-axis manipulator. The manipulator provides three-dimensional movement of the phased array sensors along the X, Y, and Z axes. Information about the specific position of the object during monitoring is recorded automatically by the coordinate determination unit and transmitted to the electronics unit for further processing and reconstruction of images.

В анизотропном негомогенном материале (в т.ч. наводороженном), где акустические волны распространяются не прямолинейно, вид волнового фронта, также как и скорость распространения волны, зависит от структуры материала. В случае сварных швов это означает, что расстояние между положением датчика и шва влияет на значения сигналов в формируемой таблице данных, определяющих размер и положение дефекта. Для анализа аустенитных соединений в режиме реального времени для улучшения качества контроля проводят измерения распространения звука в материале для всех предполагаемых позиций измерения. Полученные вспомогательные таблицы сохраняют вместе с данными о координате датчика для реконструкции двухмерных и трехмерных изображений в реальном времени. Сигналы УЗВ от дефектов, измеренные датчиками фазированной решетки, передают в блок программного обеспечения для автоматической обработки данных (фиг. 4, 5). УЗ-сигналы записываются от каждого датчика, положение которого относительно изделия записывается с помощью блока определения координат. Все ультразвуковые данные сохраняются совместно с координатами местоположения датчика. Это позволяет создавать двухмерные и трехмерные изображения. Т.е. датчиками антенной решетки проводят измерение скорости распространения звука в области шва контейнера с ОЯТ или его стенки (фиг. 6). Ультразвуковые данные записывают в соответствии с принципом DFA. Шаг сканирования выбирают, исходя из свойств материала стенки контейнера. Шаг сканирования равен Х=1 мм (направление перпендикулярное шву это - скан-направление), а расстояние между дорожками 2 мм (параллельное шву - индексное направление, перпендикулярное направлению сканирования) (фиг. 6). Размер 1 мм соответствует размеру пикселя для реконструирования с помощью компьютерной программы сектор-скана. Положение каждого датчика (и соответственно время пробега сигнала) записывают во вспомогательную таблицу. Вид сектор-скана приведен на фиг. 3 и указан цифрой 7. Изображение сектор-скана формируют в составное В-изображение. С помощью В-изображения создают объемную модель дефекта с различных точек измерения. УЗ-сигналы записывают от каждого датчика фазированной решетки с учетом поправки на скорость распространения сигнала, которая изменяется в зависимости от свойств материала стенки контейнера (например, наводороженности металла). Т.е. полученный от датчика УЗВ-сигнал преобразуется методом фокусирования с синтезированной апертурой решеткой с цифровым фокусом (DFA - решетка с цифровой фокусировкой). Такое преобразование необходимо для построения томографического изображения в реальном масштабе времени. Одновременно решетка с помощью компьютерной программы обеспечивает прием (формирование) эхосигналов (отраженных от дефектов сигналов) в объекте контроля с учетом дисперсии акустических свойств материала объекта. Программа обеспечивает и учитывает связи между наборами эхосигналов, отраженных от границ деталей, и дефектов различной формы, размеров и местоположения. Все акустические сигналы автоматически записывают по всему объему контролируемого объекта. По измеренным в совокупности акустическим сигналам восстанавливается объемная конфигурация объекта анализа (стенка контейнера с ОЯТ), содержащая дефектные структуры.In anisotropic inhomogeneous material (including hydrogenated), where acoustic waves propagate in a non-linear fashion, the form of the wave front, as well as the wave propagation velocity, depends on the structure of the material. In the case of welds, this means that the distance between the position of the sensor and the seam affects the values of the signals in the generated data table that determine the size and position of the defect. For the analysis of austenitic compounds in real time, to improve the quality of control, measurements are made of the propagation of sound in the material for all intended measurement positions. The obtained auxiliary tables are stored along with the coordinate data of the sensor for reconstruction of two-dimensional and three-dimensional images in real time. Ultrasonic signals from defects, measured by phased array sensors, are transmitted to a software unit for automatic data processing (Figs. 4, 5). Ultrasound signals are recorded from each sensor, the position of which relative to the product is recorded using the coordinate determination unit. All ultrasound data is stored together with the coordinates of the location of the sensor. This allows you to create two-dimensional and three-dimensional images. Those. the sensors of the antenna array measure the speed of sound propagation in the seam area of the container with SNF or its wall (Fig. 6). Ultrasound data is recorded in accordance with the DFA principle. The scanning step is selected based on the properties of the material of the container wall. The scan step is equal to X = 1 mm (the direction perpendicular to the seam is the scan direction), and the distance between the tracks is 2 mm (parallel to the seam is the index direction perpendicular to the scan direction) (Fig. 6). The size of 1 mm corresponds to the size of a pixel for reconstruction using a sector-scan computer program. The position of each sensor (and, accordingly, the travel time of the signal) is recorded in an auxiliary table. A sector scan is shown in FIG. 3 and indicated by the number 7. An image of a sector scan is formed into a composite B-image. Using a B-image, a three-dimensional defect model is created from various measurement points. Ultrasound signals are recorded from each phased array sensor, taking into account the correction for the signal propagation velocity, which varies depending on the properties of the material of the container wall (for example, hydrogen saturation of the metal). Those. The ultrasound signal received from the sensor is converted by a focusing method with a synthesized aperture lattice with digital focus (DFA - lattice with digital focusing). Such a transformation is necessary to build a tomographic image in real time. At the same time, the lattice, using a computer program, provides reception (formation) of echo signals (reflected from signal defects) in the control object, taking into account the dispersion of the acoustic properties of the material of the object. The program provides and takes into account the relationship between the sets of echo signals reflected from the boundaries of parts, and defects of various shapes, sizes and locations. All acoustic signals are automatically recorded over the entire volume of the monitored object. Based on the measured acoustic signals in total, the volumetric configuration of the object of analysis is restored (the wall of the container with SNF) containing defective structures.

В систему обработки данных (фиг. 5), полученных от датчиков, входит вычислительный модуль, блок управления манипулятором (устройство, интегрированное в систему проведения измерений и получения данных), блок определения координат, обеспечивающий корректную работу электроники и получение данных, блок ультразвуковой электроники. Блок ультразвуковой электроники представляет собой автономный 64-канальный ультразвуковой прибор с функцией работы в режиме метода фазированной решетки и метода решетки с цифровой фокусировкой. Технические характеристики блока ультразвуковой электроники приведены в таблице 2. Компьютер имеет следующую конфигурацию: блок питания 1000 Вт; процессор IntelXeon (R) 2.5 ГГц, Quadcore; 16 GB RAM (на Windows ХР64 Bit); видеокарта NVidia GeForce 8800; DVD привод; ОС Windows XP Professional 64-Bit.The processing system of the data (Fig. 5) received from the sensors includes a computational module, a manipulator control unit (a device integrated into the measurement and data acquisition system), a coordinate determination unit that ensures the correct operation of the electronics and data acquisition, and an ultrasonic electronics unit. The ultrasonic electronics unit is a stand-alone 64-channel ultrasound device with the function of working in the phased array method and the digital focus array method. The technical characteristics of the ultrasonic electronics unit are given in table 2. The computer has the following configuration: 1000 W power supply; IntelXeon processor (R) 2.5 GHz, Quadcore; 16 GB RAM (on Windows XP64 Bit); NVidia GeForce 8800; DVD drive; OS Windows XP Professional 64-Bit.

Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров производят по следующему алгоритму: располагают датчик фазированной решетки на поверхности стенки контейнера (например, в области сварного шва, как наиболее уязвимого). Измеряют датчиком фазированной решетки скорость распространения звука в стенке контейнера во всех направлениях относительно оси контейнера с учетом границы изменения свойств среды. По измеренной скорости УЗВ и частоте датчика рассчитывают длину ультразвуковой волны, сравнивают половину длины волны X с величиной пикселя компьютерной программы построения изображения. Если X не соответствует величине пикселя, подбирают частоту излучения датчика так, чтобы X равно размеру пикселя. Устанавливают датчики фазированной решетки на расстояние X. Перемещают датчики с выбранной частотой вдоль и поперек оси контейнера, как показано на фиг. 6. Перемещение датчика автоматически с помощью компьютерной программы осуществляет манипулятор. УЗ-сигналы записывают от каждого датчика, положение которых относительно изделия записывается с помощью блока определения координат. Все ультразвуковые сигналы сохраняют в матрице (фиг. 4) совместно с координатами местоположения датчика для создания двухмерного и трехмерного изображения дефекта. Ультразвуковые данные записывают в соответствии с принципом DFA с шагом сканирования по длине образца равным размеру пикселя и удвоенным расстоянием между дорожками (направление, перпендикулярное направлению сканирования) (фиг. 6). Полученные сигналы компьютерная программа формирует в секторные изображения. Секторные изображения переформируют в составное В-изображение. Вид сектор-скана приведен на фиг. 7. Изображение сектор-скана формируют в составное В-изображение. На основе В-изображения создают объемное изображение (визуализируют) дефекта по величине и месту его положения в стенке контейнера (фиг. 7).The method of non-destructive testing of the degree of damage to the metals of containers is carried out according to the following algorithm: a phased array sensor is placed on the surface of the container wall (for example, in the area of the weld, as the most vulnerable). The phased array sensor measures the speed of sound propagation in the container wall in all directions relative to the axis of the container, taking into account the boundary of the change in the properties of the medium. The ultrasonic wavelength is calculated from the measured ultrasound speed and the sensor frequency, and half the wavelength X is compared with the pixel value of the computer image-building program. If X does not match the pixel size, pick up the frequency of the sensor radiation so that X is equal to the size of the pixel. The phased array sensors are mounted at distance X. The sensors are moved at a selected frequency along and across the axis of the container, as shown in FIG. 6. Moving the sensor automatically using a computer program is carried out by the manipulator. Ultrasound signals are recorded from each sensor, the position of which relative to the product is recorded using the coordinate determination unit. All ultrasonic signals are stored in the matrix (Fig. 4) together with the coordinates of the location of the sensor to create a two-dimensional and three-dimensional image of the defect. Ultrasound data is recorded in accordance with the DFA principle with a scanning step along the length of the sample equal to the pixel size and doubled the distance between the tracks (direction perpendicular to the scanning direction) (Fig. 6). The computer program generates the received signals into sector images. Sector images are transformed into a composite B-image. A sector scan is shown in FIG. 7. An image of a sector scan is formed into a composite B-image. On the basis of the B-image, a volumetric image (visualize) of the defect is created in magnitude and in the place of its position in the container wall (Fig. 7).

Таким образом, для реализации способа неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров располагают датчики 3 фазированной решетки на поверхности стенки контейнера 1 (например, в области сварного шва 2). Измеряют датчиком 3 фазированной решетки скорость распространения звука в стенке контейнера во всех направлениях 6 (фиг. 3). По измеренной скорости V и частоте датчика ν рассчитывают длину λ ультразвуковой волны по формуле λ=V/ν. Делят полученное значение на два и находят величину X=λ/2. В программе построения изображения на компьютере зафиксирована величина единичного пикселя, равная 1,02±0,02 мм. Сравнивают найденную величину X с размером единичного пикселя, равного 1 мм. Если X не соответствует величине 1 мм, подбирают частоту излучения датчика так, чтобы X с точностью 0,02 мм было равно размеру пикселя 1 мм. Устанавливают датчики 3 фазированной решетки на расстояние 1 мм. Перемещают датчики 3 с выбранной частотой вдоль и поперек оси контейнера, как показано на фиг 6. Перемещение датчика с держателем 4 автоматически с помощью компьютерной программы осуществляет манипулятор (фиг. 2). УЗ-сигналы записывают от каждого датчика до каждого дефекта (D1-D2…DN, фиг. 4). Положение датчиков относительно изделия записывается с помощью блока определения координат. Все ультразвуковые сигналы сохраняют в матрице Aij (фиг. 4) совместно с координатами местоположения датчика для создания двухмерного и трехмерного изображения дефекта. Ультразвуковые данные записывают в соответствии с принципом DFA с шагом сканирования 8 по длине образца в 1 мм и расстоянии 9 между дорожками 2 мм (направление, перпендикулярное направлению сканирования) (фиг. 6). Полученные сигналы компьютерная программа формирует в секторные изображения. Секторные изображения переформируют в составное В-изображение. Вид сектор-скана приведен на фиг. 7. Изображение сектор-скана формируют в составное В-изображение. На основе В-изображения создают объемное изображение (визуализируют) дефекта по величине и месту его положения в стенке контейнера (фиг. 8).Thus, to implement the method of non-destructive testing of the degree of damage to the metals of the containers, phased array sensors 3 are placed on the wall surface of the container 1 (for example, in the region of the weld 2). Measure the phased array sensor 3 the speed of sound propagation in the container wall in all directions 6 (Fig. 3). Using the measured speed V and the frequency of the sensor ν, the ultrasound wavelength λ is calculated using the formula λ = V / ν. Divide the obtained value by two and find the value X = λ / 2. In the program for constructing an image on a computer, a unit pixel value of 1.02 ± 0.02 mm is fixed. The found value of X is compared with a unit pixel size of 1 mm. If X does not correspond to a value of 1 mm, pick up the radiation frequency of the sensor so that X with an accuracy of 0.02 mm is equal to a pixel size of 1 mm. Install sensors 3 phased array at a distance of 1 mm. The sensors 3 are moved with the selected frequency along and across the axis of the container, as shown in Fig. 6. The sensor with the holder 4 moves automatically using a computer program using the manipulator (Fig. 2). Ultrasound signals are recorded from each sensor to each defect (D1-D2 ... DN, Fig. 4). The position of the sensors relative to the product is recorded using the coordinate determination unit. All ultrasonic signals are stored in the matrix A ij (Fig. 4) together with the coordinates of the location of the sensor to create a two-dimensional and three-dimensional image of the defect. Ultrasonic data is recorded in accordance with the DFA principle with a scan step of 8 along the length of the sample 1 mm and a distance of 9 between the tracks 2 mm (direction perpendicular to the direction of scanning) (Fig. 6). The computer program generates the received signals into sector images. Sector images are transformed into a composite B-image. A sector scan is shown in FIG. 7. An image of a sector scan is formed into a composite B-image. On the basis of the B-image, a volumetric image (visualize) of the defect is created in terms of the size and place of its position in the container wall (Fig. 8).

Для реализации способа в металле контейнера (сталь марки 12Х18Н10Т, толщиной 32 мм), были подготовлены искусственные дефекты в виде наклонных вырезов с тремя различными глубинами, расположенными по всей ширине образца с углами наклона соответственно 50°, 40°, 30°, 20° и 10° с размерами вырезов по длине 10 мм, 4 мм, 2 мм. Созданные вырезы моделируют дефекты (трещины) различных направлений (фиг. 8, вырезы 10, 4, 2). Образцы из стали содержат по 3 выреза (глубиной 10, 4, 2 мм, с углами наклона 0, 10, 20, 30, 40 и 50 градусов) (фиг. 8). Глубина вырезов и их угловое положение реконструированы в В-сканы (фиг. 9).To implement the method in a container metal (steel grade 12X18H10T, 32 mm thick), artificial defects were prepared in the form of inclined cutouts with three different depths located along the entire width of the sample with inclination angles of 50 °, 40 °, 30 °, 20 °, and 10 ° with dimensions of cuts along the length of 10 mm, 4 mm, 2 mm. Created cutouts model defects (cracks) of various directions (Fig. 8, cutouts 10, 4, 2). Steel samples contain 3 cutouts (10, 4, 2 mm deep, with tilt angles of 0, 10, 20, 30, 40, and 50 degrees) (Fig. 8). The depth of the cutouts and their angular position were reconstructed into B-scans (Fig. 9).

Конкретный пример способа неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров с отработавшим ядерным топливом. На стенку 1 контейнера (фиг. 2), изготовленную из стали марки 12Х18Н10Т с искусственными вырезами (фиг. 7) помещали многоэлементный датчик Olympus 5L16-A3, состоящий из 16 пьезодатчиков (фиг. 3, 6). Измеряли датчиком 3 фазированной решетки скорость распространения звука в стенке контейнера во всех направлениях (фиг. 3). Направления измерения показаны на фиг. 3 цифрами 6. Скорость измеряли по величине времени распространения УЗВ от датчика и обратно во всех направлениях. Для этого фиксировали время пробега УЗВ от каждого датчика до каждого дефекта и стенки контейнера. Время пробега записывали во вспомогательную таблицу (матрицу). Рассчитывали скорость распространения звука для всех позиций датчиков (фиг. 4). По измеренной скорости V и частоте датчика ν рассчитывали длины λ ультразвуковых волн, распространяющихся в отмеченных направлениях, по формуле λ=V/ν. Частота датчика 3 МГц. Скорость звука 5900 м/с. Длина волны 1,966 мм. Полученное значение делили на два и находили величину Х=λ/2. X=0,986 мм. Сравнивали полученное значение с размером пикселя для восстановления объемного изображения и положения дефекта. В программе построения изображения на компьютере зафиксирована величина единичного пикселя, равная 1,02±0,02 мм. Сравнивали найденную величину X с размером единичного пикселя, равного 1 мм. Если X не соответствует величине 1 мм, подбирали частоту излучения датчика так, чтобы X с точностью 0,02 мм было равно размеру пикселя 1 мм. Датчики 3 фазированной решетки 3 также устанавливали на расстояние 1 мм. Перемещали датчики 3 с выбранной частотой вдоль и поперек оси контейнера, как показано на фиг. 6. Перемещение датчика автоматически с помощью компьютерной программы осуществлял манипулятор 4 (фиг. 2). УЗ-сигналы записывали от каждого датчика, положение которых относительно изделия записывается с помощью блока определения координат. Все ультразвуковые сигналы сохранялись в матрице (фиг. 4) совместно с координатами местоположения датчика для создания двухмерного и трехмерного изображения дефекта. Ультразвуковые данные записывали в соответствии с принципом DFA с шагом сканирования по длине образца в 1 мм и расстоянии между дорожками 2 мм (направление, перпендикулярное направлению сканирования) (фиг. 6). Полученные сигналы компьютерная программа формирует в секторные изображения. Секторные изображения переформируют в составное В-изображение. Вид сектор-скана приведен на фиг. 7. Изображение сектор-скана формируют в составное В-изображение. На основе В-изображения создают объемное изображение (визуализируют) дефекта по величине и месту его положения в стенке контейнера В-скан образца 1 (фиг. 8). Конфигурация компьютерной программы представлена в табл. 2.A specific example of a method for non-destructive testing of the degree of damage to metals of spent nuclear fuel containers. An Olympus 5L16-A3 multi-element sensor consisting of 16 piezoelectric sensors (Fig. 3, 6) was placed on the wall 1 of the container (Fig. 2) made of steel grade 12X18H10T with artificial cutouts (Fig. 7). Measured by the phased array sensor 3, the speed of sound propagation in the container wall in all directions (Fig. 3). The measurement directions are shown in FIG. 3 in figures 6. The speed was measured by the value of the propagation time of the ultrasonic ultrasound from the sensor and back in all directions. For this, the ultrasound travel time from each sensor to each defect and container wall was recorded. Travel time was recorded in an auxiliary table (matrix). The speed of sound propagation was calculated for all positions of the sensors (Fig. 4). Using the measured velocity V and the sensor frequency ν, the lengths λ of the ultrasonic waves propagating in the indicated directions were calculated using the formula λ = V / ν. The frequency of the sensor is 3 MHz. The speed of sound is 5900 m / s. The wavelength is 1.966 mm. The obtained value was divided by two and the value X = λ / 2 was found. X = 0.986 mm. The obtained value was compared with the pixel size to restore the volumetric image and the position of the defect. In the program for constructing an image on a computer, a unit pixel value of 1.02 ± 0.02 mm is fixed. The found value of X was compared with a unit pixel size of 1 mm. If X does not correspond to a value of 1 mm, the radiation frequency of the sensor was selected so that X with an accuracy of 0.02 mm was equal to a pixel size of 1 mm. Sensors 3 of the phased array 3 were also installed at a distance of 1 mm. The sensors 3 were moved with a selected frequency along and across the axis of the container, as shown in FIG. 6. The sensor was automatically moved using a computer program by the manipulator 4 (Fig. 2). Ultrasound signals were recorded from each sensor, the position of which relative to the product is recorded using the coordinate determination unit. All ultrasonic signals were stored in the matrix (Fig. 4) together with the coordinates of the location of the sensor to create a two-dimensional and three-dimensional image of the defect. Ultrasound data was recorded in accordance with the DFA principle with a scanning step along the length of the sample of 1 mm and a distance between tracks of 2 mm (direction perpendicular to the direction of scanning) (Fig. 6). The computer program generates the received signals into sector images. Sector images are transformed into a composite B-image. A sector scan is shown in FIG. 7. An image of a sector scan is formed into a composite B-image. On the basis of the B-image, a volumetric image (visualize) of the defect is created by the size and place of its position in the wall of the container. The B-scan of sample 1 (Fig. 8). The configuration of the computer program is presented in table. 2.

Как правило, наилучший результат получают, применяя фазированные решетки фирм «Sonaxis» и «Olympus NDT». Для излучения под углом используют специальные призмы как для продольных, так и для поперечных волн с углами преломления 45 и 60 градусов.As a rule, the best result is obtained using phased arrays from Sonaxis and Olympus NDT. For prismatic radiation, special prisms are used for both longitudinal and transverse waves with refractive angles of 45 and 60 degrees.

Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров на основе предложенного способа (фазовая решетка с цифровым фокусом) обладает высокой информативностью, позволяет выполнять томографическую реконструкцию изображений дефектов в контролируемом объекте в реальном масштабе времени, обеспечивает высокую достоверность, надежность, воспроизводимость и высокую производительность методов ультразвукового неразрушающего контроля.The method of non-destructive testing of the degree of damage to metal of containers based on the proposed method (phase grating with digital focus) is highly informative, allows tomographic reconstruction of defects in a controlled object in real time, provides high reliability, reliability, reproducibility and high performance of ultrasonic non-destructive testing .

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (1)

Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров, включающий размещение датчиков фазированной антенной решетки на объекте контроля, перемещение датчиков вдоль выбранного направления, измерение скорости распространения ультразвуковых волн (УЗВ) в металле, преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, обработку цифровых кодов, реконструкцию изображения, отличающийся тем, что предварительно по измеренным скоростям и частоте датчика рассчитывают длины УЗВ с учетом преобразования ультразвуковых волн при их отражении и преломлении на границах раздела сред, делят каждое из полученных значений длин УЗВ на два, сравнивают эти величины X с размером единичного пикселя равного 1 мм, изменяя частоту излучения датчика, выбирают то значение X, которое максимально соответствует размеру пикселя, пьезоэлементы датчика устанавливают в решетке на расстоянии не более найденного значения X, затем перемещают датчик вдоль выбранного направления с шагом X, и поперек с шагом 2Х, сигналы с датчика через каждый шаг записывают в таблицу времен пробега ультразвуковой волны от каждого датчика до каждой точки объема, и используют их для реконструкции изображения и его визуализации.A method of non-destructive testing of the degree of damage to container metals, including the placement of sensors of a phased antenna array at a test object, moving sensors along a selected direction, measuring the propagation speed of ultrasonic waves (ultrasonic waves) in a metal, converting received electrical signals to digital codes, storing them, processing digital codes, image reconstruction, characterized in that the ultrasound lengths are preliminarily calculated based on the measured speeds and sensor frequency taking into account the conversion ultrasonic waves during their reflection and refraction at the interface, divide each of the obtained values of the ultrasound length by two, compare these values of X with a unit pixel size of 1 mm, changing the frequency of the sensor’s radiation, choose the value of X that most closely matches the size of the pixel , the piezoelectric elements of the sensor are installed in the grating at a distance of no more than the found value of X, then the sensor is moved along the selected direction with step X, and across with step 2X, the signals from the sensor through each step are recorded in the table zu run time of the ultrasonic wave from each probe to each point of the volume, and used for image reconstruction and visualization.
RU2015144933A 2015-10-19 2015-10-19 Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers RU2614186C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015144933A RU2614186C1 (en) 2015-10-19 2015-10-19 Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015144933A RU2614186C1 (en) 2015-10-19 2015-10-19 Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2614186C1 true RU2614186C1 (en) 2017-03-23

Family

ID=58453258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015144933A RU2614186C1 (en) 2015-10-19 2015-10-19 Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2614186C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723368C1 (en) * 2019-11-21 2020-06-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Ultrasonic inspection method of metal article defectiveness
RU2733704C2 (en) * 2018-12-24 2020-10-06 Публичное акционерное общество "Газпром" Acoustic antenna and method of its operation
CN114384156A (en) * 2022-01-13 2022-04-22 西安交通大学 Acoustic emission signal feature extraction and crack damage identification method based on information entropy theory

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2404427C2 (en) * 2006-05-23 2010-11-20 Сентрал Рисерч Инститьют Оф Электрик Пауэр Индастри Ultrasonic flaw detection device and ultrasonic flaw detection program
JP2011007702A (en) * 2009-06-26 2011-01-13 Central Res Inst Of Electric Power Ind Ultrasonic flaw detection method and apparatus
RU2492462C2 (en) * 2008-05-01 2013-09-10 Эйрбас Оперэйшнз Лимитед Method and apparatus for ultrasonic inspection
JP2014055885A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Nippon Steel & Sumitomo Metal Ultrasonic flaw detection device and method
US8839673B2 (en) * 2012-05-02 2014-09-23 Siemens Energy, Inc. System and method for industrial ultrasonic inspection using phased array probe and distance-gain-size flaw sizing
RU2532597C1 (en) * 2013-07-03 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for rendering ultrasonic flaw detection of three-dimensional article

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2404427C2 (en) * 2006-05-23 2010-11-20 Сентрал Рисерч Инститьют Оф Электрик Пауэр Индастри Ultrasonic flaw detection device and ultrasonic flaw detection program
RU2492462C2 (en) * 2008-05-01 2013-09-10 Эйрбас Оперэйшнз Лимитед Method and apparatus for ultrasonic inspection
JP2011007702A (en) * 2009-06-26 2011-01-13 Central Res Inst Of Electric Power Ind Ultrasonic flaw detection method and apparatus
US8839673B2 (en) * 2012-05-02 2014-09-23 Siemens Energy, Inc. System and method for industrial ultrasonic inspection using phased array probe and distance-gain-size flaw sizing
JP2014055885A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Nippon Steel & Sumitomo Metal Ultrasonic flaw detection device and method
RU2532597C1 (en) * 2013-07-03 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for rendering ultrasonic flaw detection of three-dimensional article

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2733704C2 (en) * 2018-12-24 2020-10-06 Публичное акционерное общество "Газпром" Acoustic antenna and method of its operation
RU2723368C1 (en) * 2019-11-21 2020-06-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Ultrasonic inspection method of metal article defectiveness
CN114384156A (en) * 2022-01-13 2022-04-22 西安交通大学 Acoustic emission signal feature extraction and crack damage identification method based on information entropy theory
CN114384156B (en) * 2022-01-13 2024-05-07 西安交通大学 Acoustic emission signal characteristic extraction and crack damage identification method based on information entropy theory

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2639581B1 (en) Ultrasonic inspection method
US4210028A (en) Method and apparatus for ultrasonically measuring concentrations of stress
CN103969335B (en) A kind of weld seam sidewall incomplete fusion Auto-ultrasonic imaging and method for visualizing
CN106680374A (en) Phased array ultrasonic imaging detection method for large-diameter and thick-wall alloy steel weld with stainless steel surfacing layer
Prager et al. SAFT and TOFD—a comparative study of two defect sizing techniques on a reactor pressure vessel mock-up
Subbaratnam et al. Immersion and TOFD (I-TOFD): a novel combination for examination of lower thicknesses
Harvey et al. Finite element analysis of ultrasonic phased array inspections on anisotropic welds
JP6342498B2 (en) Method for processing signals from ultrasound probe collection, corresponding computer program and ultrasound probe device
RU2614186C1 (en) Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers
JP5910641B2 (en) Ultrasonic imaging method and ultrasonic imaging apparatus
Spencer et al. FMC/TFM experimental comparisons
JPH0352825B2 (en)
JP2004150875A (en) Method and system for imaging internal flaw using ultrasonic waves
Khazanovich et al. Quantitative ultrasonic evaluation of concrete structures using one-sided access
Schmitz Nondestructive acoustic imaging techniques
TEN GROTENHUIS et al. Application of a FMC/TFM ultrasonic system to inspection of austenitic welds
Zhao Enhanced ultrasonic techniques for inspection of pressure tubes
Boller et al. Quantitative ultrasonic testing of acoustically anisotropic materials with verification on austenitic and dissimilar weld joints
Liu Phased Array Ultrasonic Testing of Corrosive Resistant Alloy Girth Weld of Cladded Pipes using the Total Focusing Method
Duxbury et al. Designing a calibrated full matrix capture based inspection
Dugan et al. Ultrasonic inspection of austenitic stainless steel welds with artificially produced stress corrosion cracks
Russell et al. Development of a twin crystal membrane coupled conformable phased array for the inspection of austenitic welds
Kitze et al. SAFT and TOFD–Compared in Ultrasonic Defect Detection
Raišutis The simulation of ultrasonic imaging in the case of internal defects
Pörtzgen et al. Advances in imaging of NDT results

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181009

Effective date: 20181009