RU2337353C1 - Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений - Google Patents
Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2337353C1 RU2337353C1 RU2006147080/28A RU2006147080A RU2337353C1 RU 2337353 C1 RU2337353 C1 RU 2337353C1 RU 2006147080/28 A RU2006147080/28 A RU 2006147080/28A RU 2006147080 A RU2006147080 A RU 2006147080A RU 2337353 C1 RU2337353 C1 RU 2337353C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic wave
- weld
- ultrasonic
- duration
- contact
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений. Сущность заключается в том, что осуществляют неконтактное возбуждение лазерным излучением в объекте ультразвуковой волны и ее регистрацию в режиме отражения или прохождения оптоволоконным устройством с интерферометром, при этом для возбуждения ультразвуковой волны в окрестности сварного шва объекта используется мощный объемный импульсный электрический разряд, синхронизованный по времени с импульсным источником света системы регистрации ультразвуковых волн в объекте. Технический результат: увеличение глубины контроля и повышение разрешения микродефектов при неконтактной ультразвуковой диагностике сварных швов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области ультразвуковой диагностики, а именно к неконтактному по возбуждению и регистрации ультразвуковой (акустической) волны и может быть использовано в неразрушающем дистанционном контроле различных сварных силовых конструкций и ответственных деталей.
Известен способ лазерно-акустического контроля, заключающийся в генерации лазерного импульса, преобразовании его с помощью поглощающей световой импульс плоскопараллельной пластины в акустический сигнал, излучении акустического сигнала в исследуемую среду и регистрации отраженного сигнала [1]. Недостатками данного способа являются низкая чувствительность оптической регистрации отраженного сигнала.
Известен способ лазерно-акустического контроля твердых материалов, заключающийся в преобразовании посредством полимерной пьезоэлектрической пленки лазерного в акустический импульс, который направлен в среду исследуемого твердого материала и приеме решеточным пьезоприемником отраженного от исследуемого твердого материала акустического сигнала [2]. При этом акустически прозрачный распределенный оптико-акустический преобразователь, излучает акустические сигналы с обеих поверхностей - опорный и отраженный от исследуемого твердого материала. Эти акустические сигналы принимают пьезоприемником, выполненным в виде решетки из локальных пьезоэлементов, расположенным между оптико-акустическим преобразователем и исследуемым твердым материалом. На основе аналого-цифровой обработки опорного и отраженного сигналов судят о наличии структурных неоднородностей в исследуемом твердом материале. Данный метод обладает более высокой чувствительностью. Но поскольку пьезоэлектрическая полимерная пленка обладает малой лучевой устойчивостью к лазерному излучению, то имеет место ограничение по мощности, формируемой акустической волны. Кроме того, чувствительность решеточного пьезоприемника недостаточна, так как он не имеет контакта с оптико-акустическим преобразователем и исследуемым твердым материалом.
Наиболее близким техническим решением к предложенному, принятым за прототип, является способ [3] бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии, использующий метод зондирования объекта диагностики последовательностью генерируемых ультразвуковых импульсов заданной интенсивности и формы с последующей регистрацией отраженных или прошедших сигналов, в котором в качестве зондирующих и приемных устройств используют источники когерентного электромагнитного излучения (например лазеры), а для подвода и съема энергии в выбранных точках поверхности объекта диагностики применяют средства волоконной оптики. В данном способе оптико-акустическое преобразование осуществляется непосредственно в объекте исследования. Это дает возможность значительно увеличить мощность ультразвуковой волны в исследуемом объекте и позволяет оптическим методом увеличить чувствительность регистрации отраженной ультразвуковой волны. Вместе с тем, для достижения разрешающей способности групп нитевидных и объемных дефектов с поперечным сечением 10-100 мкм в стальных объектах необходимо ультразвуковое облучение с длинной волны 5-50 мкм. Это соответствует частоте ультразвуковой волны 100-1000 МГц. Акустические волны в этом частотном диапазоне эффективно поглощаются объектом. Поэтому для диагностики таких микродефектов, к примеру, в стальных объектах даже на глубине 2 см, мощность ультразвуковой волны на поверхности объекта должна достигать не менее 1-10 МВт. Учитывая, что коэффициент поглощения света, обычной поверхностью металлических образцов, составляет 20-80%, а кпд преобразования лазерного импульса в акустический не более 0,1% получим необходимую мощность лазерного импульса порядка 1-10 ГВт. При такой мощности лазерного воздействия исследуемый объект будет термически разрушаться. Это основной недостаток указанного метода.
Целями данного изобретения является создание способа, позволяющего увеличить глубину контроля и повысить разрешение микродефектов при неконтактном ультразвуковой диагностике сварных швов в объекте. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «новизна».
Заявителю неизвестно из уровня техники о наличии следующих признаков:
1. Неконтактное возбуждение ультразвуковой волны посредством объемного наносекундного газового разряда (плазменного удара) в окрестности поверхности сварного шва объекта.
2. Синхронизация во времени генератора наносекундного газового разряда с импульсным источником света.
3. Длительность светового импульса не менее времени двойного прохода ультразвукового сигнала на глубину сварного шва в объекте.
4. Фотоприемник имеет временное разрешение длительности импульса объемного газового разряда.
5. Длительность импульса объемного газового разряда меньше собственной частоты колебаний ударно возбужденных дефектов.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень». Кроме того, при взаимодействии признаков получается новый технический результат - существенно увеличивается глубина контроля сварных швов и значительно повышается разрешение микродефектов в объекте.
На фигуре 1 представлена структурная схема устройства для реализации данного способа. На фигуре 2 отображена зависимость затухания наносекундного ультразвукового импульса длительностью 4 нс от толщины стального образца.
Способ осуществляется следующим образом.
Поверхность контролируемого объекта (0) облучают наносекундным ультразвуковым импульсом, формируемого генератором (1) объемного электрического разряда на воздухе в окрестности сварного шва объекта. Падающий и отраженный от дефектов ультразвуковые импульсы регистрируются информационной оптической системой, которая состоит из импульсного источника света (2), объектива (3) фотоприемника (4). Оптический импульс посредством зеркал (5) подается под углом (фиг.1) на зашлифованную поверхность сварного соединения объекта, отражается и регистрируется быстродействующим фотоприемником (4). Сигнал с фотоприемника (4) поступает на цифровой осциллограф (6). Работа мощного импульсного генератора объемного электрического разряда (плазменного генератора) - (1) и импульсного источника света - (2) синхронизованы во времени так, что генератор объемной плазмы (1) запускается после выхода импульсного источника света (2) на рабочий режим. При этом оптический импульс имеет длительность не менее времени двойного прохода ультразвуковой волны по глубине сварного шва объекта. Цифровой осциллограф (6) запускается по переднему фронту оптического импульса.
Пример 1. Контролируемый стальной объект толщиной 2 см облучают неконтактно на расстоянии 1 см в области сварного шва посредством объемного газового разряда длительностью 4 нс. Регистрацию наведенной мощной (10 МВт/см2) ультразвуковой волны до и после прохождения сварного шва в объекте производят фотоприемником с временным разрешением 5 нс, на который подается отраженный оптический импульс длительностью 3 мкс от зашлифованной поверхности сварного шва в области синхронно действующего объемного плазменного удара. Это позволило по сравнению с прототипом, не разрушая объект увеличить более чем на 5 порядков мощность ультразвуковой волны, и в прямом эксперименте при разрешении нитевидных и объемных дефектов поперечным сечением 30-40 микрон достичь глубину их регистрации до 1,5 см. При расчете предельно допустимой на объект мощности лазерного излучения (10 МВт/см2), преобразованного в ультразвуковое (0,5 кВт/см2), и с учетом измеренных данных (фиг.2) по глубине проникновения ультразвуковой волны длительностью t=4 нс (f=1/t=250 МГц) получаем, что в прототипе можно зарегистрировать дефекты диаметром 30-40 микрон лишь на глубине 0,3 см. Таким образом, по сравнению с прототипом, глубина регистрации микродефектов увеличена в 5 раз.
Пример 2. Контролируемый стальной объект толщиной 4 см облучают неконтактно на расстоянии 1 см в области сварного шва посредством объемного газового разряда длительностью 4 нс (f=1/t=250 МГц). Регистрацию наведенной мощной (10 МВт/см2) ультразвуковой волны до и после прохождения сварного шва в объекте производят фотоприемником с временным разрешением 5 нс, на который подается отраженный оптический импульс от зашлифованной поверхности сварного шва в области синхронно действующего объемного плазменного удара. Длительность светового импульса 20 мкс больше времени двойного прохода ультразвуковой волной толщины сварного объекта 14 мкс. В результате по сравнению с примером 1, не разрушая объект, зарегистрированы нитевидные и объемные дефекты поперечным сечением 30-40 микрон в сварном шве на всей толщине объекта. Глубина регистрации дефектов в сварном соединении объекта увеличилась до 4 см и по сравнению с примером 1 возросла в 2,7 раза, а по сравнению с прототипом в 13 раз.
Пример 3. Контролируемый стальной объект толщиной 2 см облучают неконтактно на расстоянии 1 см в области сварного шва посредством объемного газового разряда длительностью 2 нс (f=1/t=500 МГц). Регистрацию наведенной мощной (10 МВт/см2) ультразвуковой волны до и после прохождения сварного шва в объекте производят фотоприемником с временным разрешением 0,2 нс, на который подается отраженный оптический импульс от зашлифованной поверхности сварного шва в области синхронно действующего объемного плазменного удара. Длительность светового импульса 20 мкс больше времени двойного прохода ультразвуковой волной толщины сварного объекта 7 мкс. По сравнению с примером 1, не разрушая объект по всей глубине сварного шва, увеличено разрешение нитевидных и объемных дефектов с поперечным сечением до 12-15 микрон. Это более чем в два раза превышает разрешение дефектов по сравнению с примерами 1, 2.
Пример 4. Контролируемый стальной объект толщиной 2 см облучают неконтактно на расстоянии 1 см в области сварного шва посредством объемного газового разряда длительностью 0,8 нс (f=1/t=1250 МГц). Регистрацию наведенной мощной (10 МВт/см2) ультразвуковой волны до и после прохождения сварного шва в объекте производят фотоприемником с временным разрешением 0,2 нс, на который подается отраженный оптический импульс от зашлифованной поверхности сварного шва в области синхронно действующего объемного плазменного удара. Длительность светового импульса 20 мкс, а время двойного прохода ультразвуковой волной толщины сварного объекта 7 мкс. По сравнению с примером 3, не разрушая объект, увеличено разрешение нитевидных и объемных дефектов поперечным размером до 5 микрон. При этом в отраженном от дефектов с поперечным сечением более 10 мкм ультразвуковом сигнале проявляется структура характерная для собственных колебаний этих дефектов. Как показали испытания, по структуре сигналов собственных колебаний дефектов выявляется степень их демпфирования [4] и по этому признаку выявляется пустотелый ли, или заполненный газом, флюсом или шлаком дефект сварного шва.
Пример 5. Контролируемый стальной объект толщиной 2 см облучают неконтактно на расстоянии 1 см в области сварного шва посредством объемного газового разряда длительностью 0,3 нс (f=1/t~3000 МГц). Регистрацию наведенной мощной (10 МВт/см2) ультразвуковой волны до и после прохождения сварного шва в объекте производят фотоприемником с временным разрешением 0,2 нс, на который подается отраженный оптический импульс от зашлифованной поверхности сварного шва в области синхронно действующего объемного плазменного удара. Длительность светового импульса 20 мкс, а время двойного прохода ультразвуковой волной толщины сварного объекта 7 мкс. По сравнению с примером 4, не разрушая объект, увеличено разрешение нитевидных и объемных дефектов диаметром до 2 микрон. При этом на отраженном ультразвуковом сигнале от дефектов с поперечным сечением 4 мкм и более по сравнению с примерами 3, 4 проявляется еще более сложная структура собственных колебаний этих дефектов. Это позволяет более точно определить форму и характер заполнения газом, флюсом или шлаком дефектов сварного шва.
Таким образом, достижение целей изобретения подтверждено экспериментально. Использование предлагаемого изобретения по сравнению с известным изобретением дает следующее преимущества:
- увеличение глубины контроля сварных швов в объекте;
- повышение разрешения дефектов в сварных швах объекта.
Источники информации
1. Патент США №5457997, кл. 73/643, от 17 октября 1995 г.
2. Патент США №5381695, кл. 73/643, от 17 января 1995 г.
3. Авторское свидетельство №95109005. Способ бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии и акустическое устройство дистанционной диагностики. От 10.01.1997 г. Кл. G01N 29/04. Братухин А.Б., Градов О.М. и др. (прототип).
4. А.П.Хоменко. Динамика и управление в задачах виброзащиты и виброизоляции подвижных объектов. Издательство Иркутского государственного университета, 2000 г, 292 с.
Claims (3)
1. Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений, включающий неконтактное возбуждение лазерным излучением в объекте ультразвуковой волны и ее регистрацию в режиме отражения или прохождения оптоволоконным устройством с интерферометром, отличающийся тем, что для возбуждения ультразвуковой волны в окрестности сварного шва объекта используется мощный объемный импульсный электрический разряд, синхронизованный по времени с импульсным источником света системы регистрации ультразвуковых волн в объекте.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для регистрации ультразвуковых волн используется источник зондирующего света, формирующий оптический импульс длительностью не менее времени двойного прохода ультразвуковой волны по глубине сварного шва детали, и фотоприемник с временным разрешением длительности импульса объемного электрического разряда.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для возбуждения ультразвуковой волны в окрестности сварного соединения используется на воздухе мощный объемный импульсный электрический разряд, длительность которого меньше периода колебаний ударно-возбужденных дефектов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006147080/28A RU2337353C1 (ru) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006147080/28A RU2337353C1 (ru) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006147080A RU2006147080A (ru) | 2008-07-10 |
RU2337353C1 true RU2337353C1 (ru) | 2008-10-27 |
Family
ID=40042131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006147080/28A RU2337353C1 (ru) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2337353C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528578C2 (ru) * | 2009-04-15 | 2014-09-20 | Дитмар ОБЕРХОФ | Система ультразвукового контроля |
RU2635851C2 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой дефектоскопии |
CN108907456A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-11-30 | 广东工业大学 | 一种微间隙焊缝跟踪方法、***及控制终端 |
RU2725107C1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-06-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ ультразвукового исследования твёрдых материалов и устройство для его осуществления |
-
2006
- 2006-12-27 RU RU2006147080/28A patent/RU2337353C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528578C2 (ru) * | 2009-04-15 | 2014-09-20 | Дитмар ОБЕРХОФ | Система ультразвукового контроля |
RU2635851C2 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой дефектоскопии |
CN108907456A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-11-30 | 广东工业大学 | 一种微间隙焊缝跟踪方法、***及控制终端 |
CN108907456B (zh) * | 2018-08-07 | 2020-08-07 | 广东工业大学 | 一种微间隙焊缝跟踪方法、***及控制终端 |
RU2725107C1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-06-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ ультразвукового исследования твёрдых материалов и устройство для его осуществления |
WO2021137733A1 (en) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | National University of Science and Technology “MISIS” | Method and device for ultrasonic study of solid materials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006147080A (ru) | 2008-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107024542B (zh) | 用于测试对象的机载超声测试*** | |
EP2316018B1 (en) | Nondestructive testing apparatus and method | |
JP4386709B2 (ja) | レーザ超音波による材料非破壊検査方法及び装置 | |
CN102866144B (zh) | 固体材料表面疲劳裂纹的无损检测方法 | |
US20110048135A1 (en) | Continuous Laser Generation of Ultrasound | |
JP5104833B2 (ja) | 構造物内部状態計測システム及び構造物内部状態計測方法 | |
RU2337353C1 (ru) | Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений | |
Hosoya et al. | Measurements of S0 mode Lamb waves using a high-speed polarization camera to detect damage in transparent materials during non-contact excitation based on a laser-induced plasma shock wave | |
Stratoudaki et al. | Full matrix capture and the total focusing imaging algorithm using laser induced ultrasonic phased arrays | |
Hayashi | High-speed non-contact defect imaging for a plate-like structure | |
JP4595117B2 (ja) | 超音波伝搬の映像化方法および装置 | |
US4995260A (en) | Nondestructive material characterization | |
JP2007003197A (ja) | 超音波材料診断方法及び装置 | |
JP2502184B2 (ja) | レ―ザ―超音波探傷方法及び装置 | |
RU2387986C2 (ru) | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой диагностики | |
JPH1078415A (ja) | 非接触非破壊の材料評価方法とその装置及び弾性波励起方法と弾性波励起装置 | |
Nakase et al. | Nondestructive evaluation of plane crack tip in a thin plate using laser-induced pulse wave and symmetric lamb wave | |
Pelivanov et al. | Non-destructive evaluation of fiber-reinforced composites with a fast 2D fiber-optic laser-ultrasound scanner | |
Stratoudaki et al. | Cheap optical transducers (CHOTs) for generation and detection of longitudinal waves | |
RU116632U1 (ru) | Диагностическая система для измерения свободных колебаний контролируемого объекта | |
RU2635851C2 (ru) | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой дефектоскопии | |
CN104807885A (zh) | 火车车轮激光超声无损伤探伤方法 | |
Xianyu | Non-Contact Photoacoustic Wave Detection Techniques for Inspection of Metals Structures | |
Hayashi et al. | Remote defect imaging for plate-like structures based on the scanning laser source technique | |
Tse et al. | Feasibility of using a 3D laser-based transduction system for monitoring the integrity of I-beams using Rayleigh waves |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091228 |