RU2801895C1 - Ultrasonic testing method - Google Patents

Abstract

FIED: non-destructive testing by ultrasonic method.

SUBSTANCE: array of acoustic transducers is installed and move them along the surface of the product, the product is probed with ultrasonic waves in the area of possible defects, ultrasonic waves and process signals are received to detect defects, the coordinates of defects are determined in accordance with the coordinates of the path travelled, the acoustic contact is controlled, at the same time, a sample is made similar to the test object, in which a defect is made in the area of geometrical inhomogeneity – an artificial reflector, the orientation and location of the artificial reflector must match the most probable orientation and location of defects found in the test object, then the acoustic unit is installed on the surface of the sample and moved until the amplitude of the reflected signal from the inhomogeneity of the geometric shape becomes minimal, and the amplitude of the signal from the artificial reflector is maximum, whereas the amplitude of the signal reflected from the artificial inhomogeneity becomes less than the amplitude of the signal reflected from the defect so that as to confidently separate the signal from the defect from the signal from the geometric inhomogeneity, the position of the acoustic unit on the scanning surface of the sample is memorized, and then the acoustic unit is installed on the surface of the test object in the same position and ultrasonic testing is carried out.

EFFECT: providing the possibility of increasing the reliability of ultrasonic testing.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий ультразвуковыми методами и может быть использовано для обнаружения дефектов в различных изделиях машиностроения и др. отраслях промышленности, в частности для обнаружения дефектов в изделиях сложной геометрической формы. Изобретение может быть применено для неразрушающего ультразвукового контроля бандажа колесных пар локомотивов, в частности для выявления развивающихся дефектов скрытого характера в районе упорного бурта. The invention relates to the field of non-destructive testing of products by ultrasonic methods and can be used to detect defects in various engineering products and other industries, in particular to detect defects in products of complex geometric shapes. The invention can be applied for non-destructive ultrasonic testing of locomotive wheel pair tyres, in particular, for detecting developing latent defects in the area of the thrust shoulder.

Требования к безопасности железнодорожного сообщения постоянно растут. Наряду с этим ужесточаются требования к испытаниям железнодорожных колес и колесных бандажей. Неразрушающий контроль таких изделий должен исключить использование в железнодорожном подвижном составе колес и колесных бандажей с такими неоднородностями материала как трещины, посторонние включения и т.п., чтобы избежать последующих поломок. Requirements for the safety of railway traffic are constantly growing. Along with this, the requirements for testing railway wheels and wheel tires are being tightened. Non-destructive testing of such products should exclude the use of wheels and wheel tires with such material inhomogeneities as cracks, foreign inclusions, etc. in railway rolling stock in order to avoid subsequent breakdowns.

Сложность обнаружения дефектов изделий сложной геометрической формы, каковой и является, например, бандаж колесной пары состоит в том, что необходимо отделить сигналы от дефектов от сигналов от геометрических неоднородностей изделия (узких галтельных переходов, выточек, углов и других конструктивных элементов). Особенно проблемным становится обнаружение дефектов в том случае, когда временное положение принятых эхосигналов от дефектов совпадает с временным положением отраженных сигналов от геометрических неоднородностей. The complexity of detecting defects in products of complex geometric shape, which is, for example, a wheel pair tire, is that it is necessary to separate signals from defects from signals from geometric inhomogeneities of the product (narrow fillet transitions, grooves, corners and other structural elements). The detection of defects becomes especially problematic in the case when the temporal position of the received echo signals from defects coincides with the temporal position of the reflected signals from geometric inhomogeneities.

Например, бандаж колесной пары локомотива имеет конструктивный концентратор напряжений [ГОСТ 58612-2019] (сопряжение поверхностей бандажа и колесного центра в области упорного бурта, угол около 71° и радиус кривизны около 3 мм), который является наиболее вероятным местом появления трещин. Это необходимо учитывать при определении углов ввода ультразвуковых волн при разработке способа надежного выявления трещин. For example, a locomotive wheel pair tire has a structural stress concentrator [GOST 58612-2019] (connection of the surfaces of the tire and the wheel center in the area of the thrust shoulder, an angle of about 71° and a radius of curvature of about 3 mm), which is the most likely place for cracks to appear. This must be taken into account when determining the angles of entry of ultrasonic waves when developing a method for reliable detection of cracks.

Ультразвуковой контроль таких изделий весьма трудоемок и сложен, и стандартные методы ультразвуковой дефектоскопии не позволяют надежно выявлять скрытые дефекты, образующиеся на неоднородностях геометрической формы. Следует отметить, что в процессе ультразвукового контроля важно следить за наличием акустического контакта между акустическим преобразователем и объектом контроля, т.к. при отсутствии такого контакта распространение упругих волн в объекте не происходит, что может привести к пропуску дефектов. Исходя из того, что дефекты типа трещин могут быть ориентированы в пространстве различным образом, для повышения их отражающей способности и с целью повышения достоверности контроля, необходимо совместно использовать различные типы волн, например продольные и сдвиговые. Это легко достигается путем совместного применения нескольких акустических преобразователей, с помощью которых можно реализовать различные схемы контроля и еще больше повысить надежность контроля. Ultrasonic testing of such products is very time-consuming and complicated, and standard methods of ultrasonic flaw detection do not allow reliable detection of hidden defects formed on geometrical irregularities. It should be noted that in the process of ultrasonic testing, it is important to monitor the presence of acoustic contact between the acoustic transducer and the test object, since in the absence of such a contact, the propagation of elastic waves in the object does not occur, which can lead to skipping defects. Based on the fact that defects such as cracks can be oriented in space in different ways, in order to increase their reflectivity and in order to increase the reliability of control, it is necessary to use different types of waves, for example, longitudinal and shear waves. This is easily achieved by using several acoustic transducers together, which can implement various control schemes and further improve the reliability of control.

Так, по патенту EP2546642, публ. 16.01.2013, МПК G01N29/04; G01N29/07; G01N29/22; G01N29/44 известен способ и устройство для обнаружения дефектов во вращающимся валу с помощью одного или нескольких ультразвуковых преобразователей, излучающих продольные ультразвуковые волны. При этом, поскольку вал может иметь сложную геометрию, отличающуюся от простой цилиндрической формы, записанный ультразвуковой эхо-сигнал сравнивается с эталонным сигналом для определения доли ультразвукового эхо-сигнала, которая основана на форме вращающегося вала. Опорный сигнал может быть зарегистрирован, например, при изготовлении вала или непосредственно после установки вала. Во время оценки ультразвуковой эхо-сигнал обычно анализируется во времени и спектрально. К недостаткам способа-аналога можно отнести невозможность точного определения углового положения и размеров дефекта, сложность обработки полученного сигнала при наличии большого количества датчиков, необходимость эталонного опорного сигнала, невозможность обнаружения дефектов, эхо-сигналы от которых совпадают по времени регистрации с сигналами от геометрических неоднородностей и отсутствие контроля акустического контакта ультразвуковых преобразователей с поверхностью вала. Кроме того, существенным недостатком известного способа является применение только одного типа волн – продольных, что существенно снижает вероятность обнаружения дефектов. So, according to the patent EP2546642, publ. 01/16/2013, IPC G01N29/04; G01N29/07; G01N29/22; G01N29/44 known method and apparatus for detecting defects in a rotating shaft using one or more ultrasonic transducers emitting longitudinal ultrasonic waves. Here, since the shaft may have a complex geometry other than a simple cylindrical shape, the recorded ultrasonic echo is compared with a reference signal to determine the fraction of the ultrasonic echo that is based on the shape of the rotating shaft. The reference signal can be registered, for example, during the manufacture of the shaft or immediately after the installation of the shaft. During evaluation, the ultrasonic echo is usually analyzed in time and spectrally. The disadvantages of the analogue method include the impossibility of accurately determining the angular position and size of the defect, the complexity of processing the received signal in the presence of a large number of sensors, the need for a reference reference signal, the impossibility of detecting defects, the echo signals from which coincide in time of registration with the signals from geometric inhomogeneities and lack of control of acoustic contact of ultrasonic transducers with the shaft surface. In addition, a significant disadvantage of the known method is the use of only one type of waves - longitudinal, which significantly reduces the probability of detecting defects.

Также известен патент CN109541039, публ. 29.03.2019, МПК B61K9/12; G01N29/22; G01N29/24, в котором для дефектоскопии колес железнодорожных локомотивов используется серия обычных ультразвуковых датчиков и датчиков с фазированной решеткой, установленных на внутренней поверхности обода колеса. Способ по патенту CN109541039 повышает производительность контроля и позволяет выявлять дефекты в разных областях сканируемого объекта, однако управление датчиками с фазированной решеткой требует применения достаточно сложной специальной дефектоскопической аппаратуры, что в целом удорожает процесс. Не решается задача контроля акустического контакта и обнаружения дефектов, эхо-сигналы от которых совпадают по времени регистрации с сигналами от геометрических неоднородностей, что также относится к недостаткам способа. Also known patent CN109541039, publ. 03/29/2019, IPC B61K9/12; G01N29/22; G01N29/24, which uses a series of conventional ultrasonic sensors and phased array sensors mounted on the inner surface of the wheel rim for flaw detection of railway locomotive wheels. The method according to patent CN109541039 improves inspection performance and allows detecting defects in different areas of the scanned object, however, controlling phased array sensors requires the use of rather complex special flaw detection equipment, which generally increases the cost of the process. The problem of acoustic contact control and detection of defects is not solved, the echo signals from which coincide in time of registration with the signals from geometric inhomogeneities, which also refers to the disadvantages of the method.

Аналогом предлагаемого способа является и способ ультразвукового контроля цилиндрических изделий, известный по патенту RU2149393, публ. 20.05.2000, МПК G01N 29/04, который заключается в обнаружении скрытых дефектов в различных цилиндрических изделиях машиностроения с помощью ультразвуковых волн. Способ-аналог заключается в том, что излучают ультразвуковые колебания в изделие, принимают эхо-сигналы из изделия, осуществляют круговое сканирование по поверхности изделия, анализируют принятые эхо-сигналы, отличающийся тем, что принятые сигналы регистрируют в прямоугольных координатах, пропорциональных пути перемещения преобразователя по траектории кругового сканирования и времени распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии, выполняют совместный анализ временных положений принятых эхо-сигналов на всем пути сканирования при полном обороте кругового сканирования и о дефектности изделия судят по результатам анализа зарегистрированных сигналов. Кроме того, угловое положение дефекта в сечении контролируемого изделия и центральный угол сектора, в котором находится дефект, определяют по зарегистрированным сигналам в соответствии с определенными выражениями. Скорость перемещения преобразователя по круговой траектории выбирают из условия получения заданного количества эхо-сигналов от подлежащего обнаружению минимального дефекта. Недостатком известного способа-аналога является применение лишь одного преобразователя, отсутствие контроля акустического контакта, невозможность обнаружения дефектов, эхо-сигналы от которых совпадают по времени регистрации с сигналами от геометрических неоднородностей, что существенно снижает надежность ультразвукового контроля. An analogue of the proposed method is the method of ultrasonic testing of cylindrical products, known from patent RU2149393, publ. 05/20/2000, IPC G01N 29/04, which consists in the detection of hidden defects in various cylindrical engineering products using ultrasonic waves. The analogue method consists in the fact that ultrasonic vibrations are emitted into the product, echo signals are received from the product, circular scanning is carried out over the surface of the product, the received echo signals are analyzed, characterized in that the received signals are recorded in rectangular coordinates proportional to the path of movement of the transducer along trajectories of circular scanning and the propagation time of ultrasonic vibrations in the controlled product, perform a joint analysis of the temporal positions of the received echo signals along the entire scanning path with a full turn of the circular scanning, and the defectiveness of the product is judged by the results of the analysis of the registered signals. In addition, the angular position of the defect in the section of the controlled product and the central angle of the sector in which the defect is located are determined from the registered signals in accordance with certain expressions. The speed of movement of the transducer along a circular path is selected from the condition of obtaining a given number of echo signals from the minimum defect to be detected. The disadvantage of the known analogue method is the use of only one transducer, the absence of acoustic contact control, the impossibility of detecting defects, the echo signals from which coincide in registration time with the signals from geometric inhomogeneities, which significantly reduces the reliability of ultrasonic testing.

Наиболее близким аналогом (прототип) по технической сущности предлагаемого способа является способ ультразвукового контроля и устройство для его осуществления, известный по патенту RU2137120C1, публ. 10.09.1999, МПК G01N29/04, включающий в себя установку блоков акустических преобразователей по обе стороны от контролируемого сварного соединения, перемещение их вдоль сварного соединения, прозвучивание ультразвуковыми волнами всего поперечного сечения сварного соединения, прием ультразвуковых волн и обработку сигналов для выявления дефектов, отличающийся тем, что дискретность обработки принятых сигналов задают сигналом с датчика пути, при этом на каждом шаге обработки проводят контроль акустического контакта и осуществляют нормирование принятых амплитуд сигналов от дефекта относительно уровня соответствующих сигналов акустического контакта, по измеренным амплитудам определяют размер и тип дефекта в соответствии с заданным алгоритмом, измеряют пройденный путь и определяют координаты дефекта. The closest analogue (prototype) in terms of the technical nature of the proposed method is a method of ultrasonic testing and a device for its implementation, known from patent RU2137120C1, publ. 09/10/1999, IPC G01N29 / 04, which includes the installation of blocks of acoustic transducers on both sides of the controlled welded joint, moving them along the welded joint, sounding the entire cross section of the welded joint with ultrasonic waves, receiving ultrasonic waves and processing signals to detect defects, different by the fact that the discreteness of processing the received signals is set by the signal from the path sensor, while at each processing step the acoustic contact is monitored and the received signal amplitudes from the defect are normalized relative to the level of the corresponding acoustic contact signals, the size and type of the defect are determined from the measured amplitudes in accordance with the specified algorithm, measure the distance traveled and determine the coordinates of the defect.

Однако способ-прототип имеет недостаток, который имеют все вышеперечисленные аналоги, заключающийся в том, что ультразвуковой контроль изделий с неоднородностью геометрической формы, например контроль бандажа колесной пары локомотива, затруднен, т.к. сигнал от геометрической неоднородности (например, область упорного бурта бандажа) и сигнал от дефекта могут быть близки по времени их регистрации настолько, что эти сигналы становятся неразличимыми, что приводит к снижению достоверности контроля. However, the prototype method has a drawback that all of the above analogues have, which consists in the fact that the ultrasonic control of products with heterogeneous geometric shape, for example, the control of the bandage of the locomotive wheelset, is difficult, because the signal from a geometric inhomogeneity (for example, the region of a stubborn shoulder of a bandage) and the signal from a defect can be close in terms of their registration time so that these signals become indistinguishable, which leads to a decrease in the reliability of the control.

Технической задачей, решаемой данным изобретением является повышение достоверности ультразвукового контроля. The technical problem solved by this invention is to increase the reliability of ultrasonic testing.

Технический результат в предлагаемом способе ультразвукового контроля достигается тем, что он, как и прототип включает в себя установку блока акустических преобразователей, перемещение их по поверхности изделия, прозвучивание ультразвуковыми волнами изделия в области возможных дефектов, прием ультразвуковых волн и обработку сигналов для выявления дефектов, определение координат дефектов в соответствии с координатами пройденного пути и осуществление контроля акустического контакта. The technical result in the proposed method of ultrasonic testing is achieved by the fact that, like the prototype, it includes installing a block of acoustic transducers, moving them over the surface of the product, sounding the product with ultrasonic waves in the area of possible defects, receiving ultrasonic waves and processing signals to detect defects, determining coordinates of defects in accordance with the coordinates of the path traveled and the implementation of acoustic contact control.

Новым в предлагаемом способе является то, что акустические преобразователи, входящие в акустический блок устанавливают таким образом, что амплитуда сигнала, отраженного от неоднородности геометрической формы контролируемого изделия ниже амплитуды сигнала, отраженного от дефекта настолько, что позволяет отделить сигнал от дефекта от сигнала от геометрической неоднородности, при этом осуществляют контроль положения акустических преобразователей, позволяющий исключить ложные сигналы обнаружения дефектов. New in the proposed method is that the acoustic transducers included in the acoustic unit are set in such a way that the amplitude of the signal reflected from the inhomogeneity of the geometric shape of the controlled product is lower than the amplitude of the signal reflected from the defect so much that it allows you to separate the signal from the defect from the signal from the geometric inhomogeneity , at the same time, the position of the acoustic transducers is controlled, which makes it possible to exclude false signals for detecting defects.

Способ осуществляют следующим образом. Определяют размер и ориентацию неоднородности геометрической формы, исходя из чего, с учетом действующих напряжений, а также статистических данных об обнаруженных дефектах, определяют наиболее вероятные расположение и ориентацию в пространстве возможных дефектов. С учетом этой информации подбирают в составе акустического блока акустические преобразователи с различным типом волн и углами ввода ультразвука в объект контроля таким образом, чтобы при прозвучивании сигнал, отраженный от дефекта, имел максимальную амплитуду. Изготавливают образец, схожий с объектом контроля, в котором, в области неоднородности геометрической формы изготавливают дефект – искусственный отражатель. Ориентация и расположение искусственного отражателя должны совпадать с наиболее вероятными ориентацией и расположением дефектов, обнаруживаемых в объекте контроля. Затем устанавливают акустический блок на поверхность объекта контроля (поверхность сканирования) и производят его перемещение до тех пор, пока амплитуда отраженного сигнала от неоднородности геометрической формы станет минимальной, а амплитуда сигнала от искусственного отражателя – максимальной. При этом амплитуда сигнала, отраженного от искусственной неоднородности становится меньше амплитуды сигнала, отраженного от дефекта настолько, что позволяет уверенно отделить сигнал от дефекта от сигнала от геометрической неоднородности. Запоминают положение акустического блока на поверхности сканирования образца, а затем устанавливают акустический блок на поверхность объекта контроля в том же положении и проводят ультразвуковой контроль, при этом проводят контроль акустического контакта и положения акустического блока с целью исключения пропуска дефектов при неудовлетворительном состоянии акустического контакта и исключения ложных сигналов о наличии дефектов при неверном положении акустического блока на поверхности. О размерах дефекта судят по амплитудам отраженных от дефекта сигналов, а протяженность и координаты дефекта определяют с помощью датчика пути. The method is carried out in the following way. The size and orientation of the heterogeneity of the geometric shape are determined, on the basis of which, taking into account the acting stresses, as well as statistical data on the detected defects, the most probable location and orientation in space of possible defects are determined. Taking into account this information, acoustic transducers with different types of waves and angles of ultrasound input into the test object are selected as part of the acoustic unit in such a way that, when sounding, the signal reflected from the defect has the maximum amplitude. A sample is made, similar to the object of control, in which, in the area of inhomogeneity of the geometric shape, a defect is made - an artificial reflector. The orientation and location of the artificial reflector should match the most likely orientation and location of defects found in the test object. Then, an acoustic block is installed on the surface of the test object (scanning surface) and it is moved until the amplitude of the reflected signal from the inhomogeneity of the geometric shape becomes minimal, and the amplitude of the signal from the artificial reflector is maximum. In this case, the amplitude of the signal reflected from the artificial inhomogeneity becomes less than the amplitude of the signal reflected from the defect so much that it allows you to confidently separate the signal from the defect from the signal from the geometric inhomogeneity. The position of the acoustic block on the scanning surface of the sample is memorized, and then the acoustic block is installed on the surface of the test object in the same position and ultrasonic testing is carried out, while the acoustic contact and the position of the acoustic block are monitored in order to exclude skipping defects in an unsatisfactory state of acoustic contact and to exclude false signals about the presence of defects in case of an incorrect position of the acoustic unit on the surface. The size of the defect is judged by the amplitudes of the signals reflected from the defect, and the length and coordinates of the defect are determined using a path sensor.

Пример применения. Объектом контроля являлся бандаж колесной пары локомотива, который имеет неоднородность геометрической формы, а именно сопряжение поверхностей бандажа и колесного центра в области упорного бурта (1), фиг. 1. Внутренний угол упорного бурта (1) α составляет примерно 71°, а радиус его закругления равен 3 мм. Известно, что упорный бурт является наиболее вероятным местом появления трещин. Анализ напряжений, возникающих при воздействии нагрузки на поверхность упорного бурта (9), показал, что наиболее вероятная ориентация трещин будет находиться в диапазоне углов β от 105° до 113°. Это учитывалось при подборе акустических преобразователей, входящих в акустический блок, и определении углов ввода ультразвуковых волн. Было решено использовать два акустических преобразователя (4, 5), излучающих под первым критическим углом, в результате чего в объекте контроля распространяются сдвиговые и подповерхностные головные упругие волны, а также два акустических преобразователя продольных волн (3, 6), фиг. 2. Причем один акустический преобразователь продольных волн (3) и два акустических преобразователя сдвиговых и головных волн (4, 5) изготовлены так, что угол ввода продольной и сдвиговых волн составляет 19°. При таком условии угол падения упругой волны на дефект (трещину) (2) составит 90°, что даст максимальную амплитуду отраженного сигнала. Подповерхностные головные упругие волны, излучаемые акустическими преобразователями (4) и (5), использовались для контроля акустического контакта. Для расширения области прозвучивания, с целью получения дополнительной информации о размерах дефекта, был использован прямой акустический преобразователь продольных волн (угол ввода 0°) (6). Для отслеживания положения акустического блока на поверхности объекта контроля был использован еще один акустический преобразователь (7), излучающий головную волну к поверхности упорного бурта (9) в перпендикулярном направлении. По времени регистрации сигнала головной волны, отраженной от поверхности упорного бурта (9), принимаемой преобразователем (7) судят о положении акустического блока. Затем был изготовлен настроечный образец – из бандажа колесной пары была вырезана небольшая часть и, в области упорного бурта методом электроэррозии, был изготовлен плоскостной искусственный отражатель (дефект) размером 3 мм×3 мм под углом β равным 109°. На наружную боковую поверхность настроечного образца была произведена установка акустического блока. Перемещение акустического блока проводилось по нормали к поверхности упорного бурта (9) до тех пор, пока амплитуда отраженного сигнала от неоднородности геометрической формы не стала минимальной, а амплитуда сигнала от искусственного отражателя – максимальной. При этом амплитуда сигнала, отраженного от дефекта на порядок превысила амплитуду сигнала от искусственной неоднородности, что позволило уверенно отделить сигнал от дефекта от сигнала от геометрической неоднородности. В результате три акустических преобразователя с углами ввода 19° (3, 4, 5) были установлены на наружной боковой поверхности на расстоянии 3 мм от края бандажа, граничащего с поверхностью упорного бурта (9), а один прямой акустический преобразователь продольных волн (6) – на расстоянии 12 мм от того же края. Затем акустические преобразователи в составе акустического блока в том же положении были установлены на объект контроля – наружную боковую поверхность бандажа колесной пары. Контроль проводился путем излучения и приема ультразвуковых волн при перемещении акустического блока параллельно краю бандажа, граничащего с наружной боковой поверхностью и поверхностью упорного бурта (9). О качестве акустического контакта судили по амплитуде сигнала принимаемых головных волн акустическим преобразователем (5), а положение акустического блока контролировали по времени регистрации сигнала головной волны, отраженной от поверхности упорного бурта (9), преобразователем (7). Для выявления дефектов проводили обработку сигналов, анализируя их амплитуду, по величине которой и судили о размерах дефекта. Определяли координаты дефектов и их протяженность в соответствии с координатами пройденного пути, согласно датчику пути (8). Контроль проводился с помощью серийного ультразвукового дефектоскопа УИУ Сканер и оригинального акустического блока. Результаты контроля отображались в программе NDT Systems, рабочее окно которой представлено на фиг 3, где по горизонтальной оси отображаются координаты датчика пути, а по вертикальной оси амплитуда сигнала упругих волн, принимаемых в процессе контроля различными акустическими преобразователями. Рабочее окно на Фиг.3 условно разделено на строки. Строка “0-ПР” (11) – соответствует схеме излучения и приема отраженной от дефекта упругой продольной волны прямым акустическим преобразователем (6), строка “1-ПР ” (12) – соответствует схеме излучения и приема отраженной от дефекта упругой продольной волны угловым акустическим преобразователем (3), строка “2-ПР ” (13) – соответствует схеме, когда упругую сдвиговую волну излучает акустический преобразователь (4), а принимает ее же, отраженной от дефекта акустический преобразователь (5), строка “3-АК” (14) – соответствует схеме контроля акустического контакта путем излучения акустическим преобразователем (4) головной волны и ее прием акустическим преобразователем (5). В строке “Дефекты” (10) графически отображаются дефекты, изображения которых рассчитываются определенным образом по данным значений амплитуд с различных схем контроля ((11), (12), (13), (14)). Серые прямоугольники в строке (10) обозначают неудовлетворительный акустический контакт в соответствующих координатах. Application example. The object of control was the locomotive wheel pair tyre, which has an inhomogeneous geometric shape, namely, the mating of the surfaces of the tyre and the wheel center in the area of the thrust shoulder (1), Fig. 1. The internal angle of the stop shoulder (1) α is approximately 71° and the radius of its curvature is 3 mm. It is known that the stubborn shoulder is the most likely place for cracks to appear. An analysis of the stresses arising when a load is applied to the surface of the thrust collar (9) showed that the most probable orientation of the cracks will be in the range of angles β from 105° to 113°. This was taken into account when selecting the acoustic transducers included in the acoustic unit and determining the angles of input of ultrasonic waves. It was decided to use two acoustic transducers (4, 5) emitting at the first critical angle, as a result of which shear and subsurface head elastic waves propagate in the test object, as well as two acoustic transducers of longitudinal waves (3, 6), Fig. 2. Moreover, one acoustic transducer of longitudinal waves (3) and two acoustic transducers of shear and head waves (4, 5) are made so that the angle of input of longitudinal and shear waves is 19°. Under this condition, the angle of incidence of the elastic wave on the defect (crack) (2) will be 90°, which will give the maximum amplitude of the reflected signal. Subsurface head elastic waves emitted by acoustic transducers (4) and (5) were used to control acoustic contact. To expand the sounding area, in order to obtain additional information about the size of the defect, a direct acoustic transducer of longitudinal waves was used (input angle 0°) (6). To track the position of the acoustic block on the surface of the test object, another acoustic transducer (7) was used, which emits a bow wave to the surface of the thrust shoulder (9) in the perpendicular direction. By the time of registration of the signal of the head wave reflected from the surface of the thrust shoulder (9) received by the transducer (7), the position of the acoustic unit is judged. Then a tuning sample was made - a small part was cut out of the wheel pair tyre, and, in the area of the thrust shoulder, a planar artificial reflector (defect) 3 mm × 3 mm in size was made using the electroerosion method at an angle β equal to 109 °. An acoustic block was installed on the outer side surface of the tuning sample. The acoustic block was moved along the normal to the surface of the thrust shoulder (9) until the amplitude of the reflected signal from the geometrical inhomogeneity became minimal, and the signal amplitude from the artificial reflector became maximum. At the same time, the amplitude of the signal reflected from the defect exceeded by an order of magnitude the amplitude of the signal from the artificial inhomogeneity, which made it possible to confidently separate the signal from the defect from the signal from the geometric inhomogeneity. As a result, three acoustic transducers with input angles of 19° (3, 4, 5) were installed on the outer side surface at a distance of 3 mm from the edge of the bandage adjoining the surface of the thrust shoulder (9), and one direct acoustic transducer of longitudinal waves (6) – at a distance of 12 mm from the same edge. Then the acoustic transducers as part of the acoustic unit were installed in the same position on the test object - the outer side surface of the wheel pair tire. The control was carried out by emitting and receiving ultrasonic waves while moving the acoustic unit parallel to the edge of the bandage, adjacent to the outer side surface and the surface of the thrust shoulder (9). The quality of the acoustic contact was judged by the amplitude of the signal of the head waves received by the acoustic transducer (5), and the position of the acoustic unit was controlled by the time of registration of the head wave signal reflected from the surface of the thrust collar (9) by the transducer (7). To detect defects, the signals were processed by analyzing their amplitude, the magnitude of which was used to judge the size of the defect. The coordinates of defects and their length were determined in accordance with the coordinates of the path traveled, according to the path sensor (8). The control was carried out using a serial ultrasonic flaw detector UIU Scanner and the original acoustic unit. The control results were displayed in the NDT Systems program, the working window of which is shown in Fig. 3, where the coordinates of the path sensor are displayed along the horizontal axis, and the amplitude of the elastic wave signal received by various acoustic transducers during the control process is displayed along the vertical axis. The working window in Fig.3 is conditionally divided into lines. The line “0-PR” (11) corresponds to the scheme of emission and reception of an elastic longitudinal wave reflected from a defect by a direct acoustic transducer (6), the line “1-PR” (12) corresponds to the scheme of emission and reception of an elastic longitudinal wave reflected from a defect by an angular acoustic transducer (3), line “2-PR” (13) - corresponds to the scheme when an elastic shear wave is emitted by an acoustic transducer (4), and receives it, reflected from a defect by an acoustic transducer (5), line “3-AK” (14) - corresponds to the acoustic contact control scheme by emitting a head wave by an acoustic transducer (4) and receiving it by an acoustic transducer (5). The line “Defects” (10) graphically displays defects, the images of which are calculated in a certain way according to the amplitude values from various control schemes ((11), (12), (13), (14)). Gray rectangles in line (10) indicate unsatisfactory acoustic contact in the corresponding coordinates.

На фиг. 1 изображена схема ультразвукового контроля и расположение датчиков по предлагаемому способу в разрезе в вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения для частного случая бандажа колесной пары. In FIG. 1 shows a diagram of ultrasonic testing and the location of sensors according to the proposed method in a section in a vertical plane passing through the axis of rotation for a particular case of a wheel pair tyre.

На фиг. 2 изображена схема ультразвукового контроля и расположение датчиков по предлагаемому способу, вид с торца, для частного случая бандажа колесной пары. In FIG. 2 shows a diagram of ultrasonic testing and the location of sensors according to the proposed method, end view, for a particular case of a wheel pair tyre.

На фиг. 3 изображен скан рабочего окна программы NDT Systems, представляющий результаты контроля, для частного случая бандажа колесной пары. In FIG. 3 shows a scan of the working window of the NDT Systems program, representing the results of the control, for a particular case of a wheel pair tire.

Обозначения: Designations:

1 – упорный бурт1 - persistent collar

2 – дефект (трещина) 2 - defect (crack)

3 – акустический преобразователь продольных волн 3 – acoustic transducer of longitudinal waves

4 – акустический преобразователь сдвиговых и головных волн (источник) 4 – acoustic transducer of shear and head waves (source)

5 – акустический преобразователь сдвиговых и головных волн (приемник) 5 – acoustic transducer of shear and head waves (receiver)

6 – прямой акустический преобразователь продольных волн 6 - direct acoustic transducer of longitudinal waves

7 – акустический преобразователь головных волн 7 – acoustic transducer of head waves

8 – датчик пути 8 - path sensor

9 – поверхность упорного бурта 9 - the surface of the thrust collar

10 – строка “Дефекты” результатов контроля 10 - line "Defects" of control results

11 – строка “0-ПР” результатов контроля 11 - line "0-PR" control results

12 – строка “1-ПР ” результатов контроля 12 - line "1-PR" control results

13 – строка “2-ПР ” результатов контроля 13 - line "2-PR" control results

14 – строка “3-АК” результатов контроля. 14 – line “3-AK” of control results.

Claims (1)

Способ ультразвукового контроля, включающий в себя установку блока акустических преобразователей, перемещение их по поверхности изделия, прозвучивание ультразвуковыми волнами изделия в области возможных дефектов, прием ультразвуковых волн и обработку сигналов для выявления дефектов, определение координат дефектов в соответствии с координатами пройденного пути, осуществление контроля акустического контакта, отличающийся тем, что изготавливают образец, схожий с объектом контроля, в котором в области неоднородности геометрической формы изготавливают дефект – искусственный отражатель, ориентация и расположение искусственного отражателя должны совпадать с наиболее вероятными ориентацией и расположением дефектов, обнаруживаемых в объекте контроля, затем устанавливают акустический блок на поверхность образца и производят его перемещение до тех пор, пока амплитуда отраженного сигнала от неоднородности геометрической формы станет минимальной, а амплитуда сигнала от искусственного отражателя максимальной, при этом амплитуда сигнала, отраженного от искусственной неоднородности, становится меньше амплитуды сигнала, отраженного от дефекта настолько, что позволяет уверенно отделить сигнал от дефекта от сигнала от геометрической неоднородности, запоминают положение акустического блока на поверхности сканирования образца, а затем устанавливают акустический блок на поверхность объекта контроля в том же положении и проводят ультразвуковой контроль.The method of ultrasonic testing, which includes installing a block of acoustic transducers, moving them along the surface of the product, sounding the product with ultrasonic waves in the area of possible defects, receiving ultrasonic waves and processing signals to detect defects, determining the coordinates of defects in accordance with the coordinates of the path traveled, monitoring acoustic contact, characterized in that a sample is made that is similar to the test object, in which a defect is made in the region of inhomogeneity of the geometric shape - an artificial reflector, the orientation and location of the artificial reflector must match the most probable orientation and location of defects found in the control object, then an acoustic block to the surface of the sample and move it until the amplitude of the reflected signal from the inhomogeneity of the geometric shape becomes minimal, and the amplitude of the signal from the artificial reflector is maximum, while the amplitude of the signal reflected from the artificial inhomogeneity becomes less than the amplitude of the signal reflected from the defect so , which allows you to confidently separate the signal from the defect from the signal from the geometric inhomogeneity, remember the position of the acoustic block on the scanning surface of the sample, and then install the acoustic block on the surface of the test object in the same position and carry out ultrasonic testing.