Железнодорожный транспорт

Автоматизированные средства неразрушающего контроля

Ультразвуковой дефектоскоп УД2-70

Рассмотрены возможности разработанного фирмой «Ультракон-Сервис» цифрового ультразвукового дефектоскопа УД2-70 с точки зрения обеспечения современных требований к качеству УЗК.

Современный уровень развития промышленности характеризуется не только объемом производства и ассортиментом выпускаемой продукции, но и, в первую очередь, показателями ее качества. В решении задач обеспечения качества промышленной продукции важную роль играют методы и средства ультразвукового контроля (УЗК), благодаря своей технологичности и достоверности результатов. И наиболее остро стоят вопросы воспроизводимости и документирования результатов контроля.

Зарубежными фирмами-производителями предлагается на рынке Украины широкая номенклатура дефектоскопической аппаратуры, удовлетворяющей самым современным требованиям к качеству УЗК. Однако ее высокая стоимость и отсутствие сервисных центров приводят к тому, что расходы на ее эксплуатацию превышают возможности отечественных потребителей.

Ведущим отечественным разработчиком и производителем аппаратуры УЗК является НПФ "Ультракон-Сервис".

Рассмотрим, с точки зрения обеспечения современных требований к качеству УЗК, возможности разработанного фирмой "Ультракон-Сервис" цифрового ультразвукового дефектоскопа УД2-70.

Прибор был создан НПФ "Ультракон-Сервис" в 1999 г., когда на отечественном рынке стояла проблема дефицита сравнительно недорогих приборов такого класса. В первом квартале 2000 г. УД2-70 внесен в Государственный реестр Украины.

Весной 2001 г. на Пятой конференции-выставке "Неразрушающий контроль - 2001" была впервые продемонстрирована модернизированная модель дефектоскопа УД2-70. Имея те же функциональные возможности, прибор уменьшился по весу в 2,5 раза, по объему - в 3,7 раза.

Работы по совершенствованию прибора не прекращаются, он постоянно дорабатывается и т. о. приобретает все новые и новые возможности. В настоящее время выпускаются приборы версии 5,0 (сейчас версия прибора отображается в "меню SP" внизу экрана), в которых реализованы некоторые новые функции.

Основные технические характеристики дефектоскопа УД2-70

Рабочие частоты 1,25; 1,8; 2,5; 5; 10 (0,4) МГц
Диапазон контроля (по стали) 0...5000 мм
Динамический диапазон усиления приемного тракта 100 дБ
Динамический диапазон временной регулировки чувствительности (ВРЧ) 60 дБ
Абсолютная погрешность при измерении глубины залегания дефекта Нх ± (0,5 +0,02 Нх) мм
Абсолютная погрешность при измерении отношения амплитуд сигналов Nх ± (0,2 + 0,03 Nх) дБ
Время непрерывной работы от аккумуляторной батареи, не менее 7 час
Масса дефектоскопа (с аккумуляторной батареей), не более 3,5 кг
Габаритные размеры (без ручки) 245х145х75 мм

Ультразвуковой дефектоскоп общего назначения УД2-70 предназначен для контроля продукции на наличие (обнаружение) дефектов типа нарушения сплошности и однородности материалов, изделий и полуфабрикатов, сварных соединений, измерения отношения амплитуд сигналов от дефектов, глубины и координат их залегания. Прибор может применяться в машиностроении, металлургической промышленности, на транспорте, в судостроении, энергетике, строительстве и других отраслях, где необходим УЗК изделий основного производства и технологического оборудования.

Далее рассмотрим системы и режимы УД2-70, которые позволяют значительно повысить производительность контроля при одновременном повышении его достоверности, а также обеспечивают объективное и наглядное документирование результатов контроля.

Система автоматической сигнализации дефекта - АСД

Обеспечивает автоматическое срабатывание световой или звуковой сигнализации в случае обнаружения дефекта.

Возможности:

  • два независимых строба;
  • срабатывание по превышению или не превышению эхо-сигналом уровня первого строба;
  • то же для второго строба;
  • то же для обоих стробов одновременно;
  • установка уровня срабатывания сигнализации;
  • включение и отключение звуковой сигнализации;
  • срабатывание сигнализации в зависимости от количества превышений (не превышений) эхо-сигналом уровня строба.

Система автоматического измерения амплитуд

Обеспечивает автоматическое измерение амплитуды эхо-сигнала относительно стандартного уровня (середины экрана).

Возможности:

  • измерение амплитуды сигнала, находящегося в первом стробе, относительно стандартного уровня;
  • то же для второго строба;
  • дополнительный вывод измеренного значения в рабочую часть экрана (правый верхний угол);

Система автоматического измерения координат - глубиномер

Обеспечивает автоматическое измерение координат обнаруженного дефекта.

Возможности:

  • измерение глубины (Н) для прямого ПЭП или трех координат для наклонного ПЭП (расстояние по лучу - S, по горизонтали - X, по вертикали - Y);
  • измерение расстояния между зондирующим импульсом и эхо-сигналом в первом стробе;
  • измерение расстояния между двумя эхо-сигналами в первом и во втором стробах;
  • измерение по пику или по фронту эхо-сигнала;
  • измерение реальных координат при контроле многократно отраженными лучами;
  • измерение скорости ультразвука в объекте контроля по известному расстоянию;
  • измерение времени задержки ультразвука в призме ПЭП по известному расстоянию и скорости ультразвука;
  • дополнительный вывод одной из измеренных координат в рабочую часть экрана (правый верхний угол).

Система временной регулировки чувствительности - ВРЧ

Предназначена для выравнивания эхо-сигналов по амплитуде, например, для компенсации затухания ультразвука в объекте контроля. Может также использоваться для "вырезания" постоянно присутствующих мешающих сигналов из зоны контроля.

Возможности:

  • глубина регулировки уровня до 60 дБ;
  • количество точек регулировки от 2 до 64, в зависимости от диапазона;
  • включение/выключение системы без сброса установленной кривой ВРЧ;
  • режим включения ВРЧ с отображением кривой на экране;
  • то же без отображения кривой ВРЧ на экране;
  • защита от случайного сброса установленной кривой.

Система автоматической регулировки усиления - АРУ

Обеспечивает автоматическую регулировку чувствительности дефектоскопа в зависимости от амплитуды опорного сигнала. Может применяться для компенсации нестабильности акустического контакта.

Возможности:

  • диапазон АРУ от 0 до 100 дБ;
  • работа по максимальному сигналу во втором стробе;
  • возможность регулировки уровня опорного сигнала от 25% до 100 % экрана дефектоскопа.

Два независимых строба:

Первый - для работы систем АСД, глубиномера и измерителя амплитуд;

Второй - кроме всего прочего для системы АРУ.

Запоминание программ настроек параметров дефектоскопа в электронной памяти.

Возможности:

  • сохранение 100 независимых настроек;
  • работа с настройками;
  • автоматическая установка даты сохранения настройки;
  • защита от случайного удаления;
  • имя настройки может иметь до 24 символов с возможностью дальнейшего переименования.

Запоминание дефектограмм (А-скан изображений).

Запоминание измеренных параметров эхо-сигнала.

Режим "стоп-кадр".

Режим "электронная лупа".

Режим ступенчатого изменения усиления (+dB).

Режим "пик" или режим "накопления сигналов".

Позволяет накапливать А-скан изображения на экране дефектоскопа по каждому циклу излучения-приема. Используется для нахождения максимальной амплитуды эхо-сигнала и оценки условной высоты дефекта. Может быть использован для документирования результатов контроля как для забракованных, так и для годных изделий, чем будет подтверждаться наличие или отсутствие дефектов по всему периметру сканирования.

Режим увеличенного экрана.

Режим "замок".

Используется для защиты дефектоскопа от случайного изменения параметров настройки. Изменение любых параметров рабочих меню блокируется, возможна только регулировка усиления.

Система работы с АРД диаграммами.

Использование АРД диаграмм для настройки дефектоскопа и оценки эквивалентной площади дефекта уже давно вошло в мировую практику. Это избавляет дефектоскописта от необходимости иметь образцы на каждую из контролируемых деталей, масса которых, при достаточной номенклатуре, могла бы исчисляться тоннами.

Самыми простыми и дешевыми в изготовлении оказались бумажные АРД диаграммы и АРД шкалы. Их использование требует от дефектоскописта ручного измерения амплитуды эхо-сигналов и расстояния до дефекта и сравнения их со значениями, найденными по графикам или шкалам.

Более прогрессивными, пожалуй, являлись накладные АРД шкалы. Теперь дефектоскопист лишь должен был оценить - превышает эхо-сигнал от дефекта кривую, соответствующую контрольной либо браковочной чувствительности, или нет. Неудобством этого варианта по-прежнему оставалась необходимость ручной настройки чувствительности системы дефектоскоп-ПЭП, соответствующей выбранной накладной АРД шкале, и ручной учет параметров объекта контроля, условий ввода ультразвука и т.п. при выборе нужной АРД шкалы.

Следующим шагом было введение в некоторые дефектоскопы "электронных накладных АРД шкал". Дефектоскопист должен лишь задать интересующую эквивалентную площадь, параметры объекта контроля, поправки на условия ввода ультразвука и т.п., а дефектоскоп сам выбирает нужную АРД кривую и выводит на экран. Однако вопрос допустимости дефекта опять решается дефектоскопистом путем визуального сравнения амплитуды эхо-сигнала с уровнем кривой в данной точке.

И, наконец, фирма "Ультракон-Сервис" разработала новую технологию использования АРД диаграмм с дефектоскопом УД2-70. Остановимся на ней подробнее.

При необходимости настроить прибор для работы с АРД диаграммами дефектоскопист входит в меню "Настройка АРД" (Рис. 1), вводит параметры объекта контроля и используемого преобразователя:

Рис 1. Меню "Настройка АРД"

  • угол ввода,
  • задержка в призме,
  • частота ПЭП,
  • размер пьезоэлемента (диаметр или площадь),
  • скорость ультразвука в призме ПЭП,
  • скорость ультразвука в объекте контроля,
  • тип, диаметр и глубину залегания калибровочного отражателя,
  • затухание ультразвуковых волн в контролируемом материале,
  • поправки на условия ввода ультразвука и прочие поправки.

Тут же имеется возможность автоматической настройки зоны контроля и сохранения пакета настроек исходных данных.

После установки всех необходимых параметров выходим из меню "Настройка АРД".

Рис 2.

Для окончательной настройки УД2-70 для работы с АРД необходимо откалибровать чувствительность ПЭП по отражателю в калибровочном образце и выбрать браковочный эквивалентный диаметр или площадь. Все это производится в рабочем меню АРД (Рис. 2).

Результатом этой процедуры является настройка дефектоскопа, при которой стробы ограничивают зону контроля, уровни стробов соответствуют фиксированным уровням чувствительности (поисковый, контрольный, браковочный). Эту настройку можно записать в память дефектоскопа и в дальнейшем вызывать несколькими нажатиями кнопок.

Дефектоскоп также решает и обратную задачу - вычисляет эквивалентную площадь дефекта по измеренным амплитуде эхо-сигнала и расстоянию до дефекта. Измерение производится мгновенно при попадании эхо-сигнала в измерительный строб. Измерение эквивалентной площади остается корректным при любых манипуляциях с усилением и ВРЧ, если при этом сигнал остается в пределах экрана дефектоскопа.

Возможность использования специального программного интерфейса

Получение специализированного дефектоскопа, сохранение и быстрый выбор типовых программ настройки дефектоскопа, удобство в проведении настройки и контроля.

Возможности:

  • использование типовых вариантов настроек дефектоскопа;
  • быстрый выбор требуемой настройки;
  • два отдельных режима работы - настройка браковочного уровня чувствительности и проведение контроля;
  • технологическая карта УЗК - прямо на экране дефектоскопа.

Интерфейс используется при решении специализированных задач УЗК. При контроле различных однотипных деталей или в случае, когда детали имеют много зон контроля, возникает необходимость создавать много разных настроек дефектоскопа, для их вызова нужно помнить где они находятся, перед началом работы их необходимо перепроверять или перенастраивать. Это является трудоемкой задачей для оператора. В таких случаях обычно используют специализированные дефектоскопы, но их создание и внедрение влечет за собой большие затраты. Для решения этой проблемы в УД2-70 была создана система "СПЕЦ. МЕНЮ", позволяющая использовать настройки для контроля разнообразных деталей, и, в тоже время, прибор можно использовать как обычный универсальный дефектоскоп общего назначения.

Необходимые типовые настройки и программный интерфейс "СПЕЦ. МЕНЮ" заносятся в дефектоскоп при помощи стандартной программы связи с ПК. Введенные настройки нельзя испортить (изменить) неопытному пользователю, но при этом есть возможность создавать рабочие настройки из типовых (базовых) и изменять их. Рабочие настройки создаются в обычной памяти дефектоскопа (на 100 настроек). Чувствительность контроля настраивается в режиме "Настройка" по эхо-сигналу от калибровочного отражателя.

Специализированные дефектоскопы УД2-70 с программным интерфейсом "СПЕЦ. МЕНЮ" используются в локомотивных депо для контроля разнообразных деталей локомотивов. Остановимся более подробно на применении УД2-70 при ультразвуковом контроле деталей локомотивов.

Разнообразие типов локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава приводит к тому, что при ремонте контролю подлежит большое количество деталей. Это обстоятельство делает ультразвуковой контроль деталей локомотивов более сложным по сравнению с контролем деталей вагонов, т.к. необходимо работать с разными преобразователями, настраиваться на различные зоны контроля и уровни браковочной чувствительности. Оператору-дефектоскописту также необходимо знать особенности технологии контроля всех деталей и узлов.

Учитывая большой спектр контролируемых деталей, мы на базе универсальной модели УД2-70 сделали специализированный дефектоскоп для контроля деталей локомотивов. Этот прибор ничем не отличается от базовой модели, но имеет специально разработанное программное обеспечение, благодаря которому выгодно отличается от аналогичных импортных дефектоскопов. Это программное обеспечение было создано нашими специалистами с учетом знаний и опыта, накопленного в области неразрушающего контроля вагонного хозяйства.

Используя комплект оборудования на базе современного цифрового дефектоскопа УД2-70, с типовыми настройками и программным интерфейсом "СПЕЦ. МЕНЮ" имеется возможность ультразвукового контроля следующих деталей подвижного состава:

- оси колесных пар, которые включают контроль подступичных частей и шейки оси с надетыми или снятыми кольцами;
- ободья или бандажи колесных пар, которые включают контроль основного сечения и гребня, а также поверхности катания;
- зубья зубчатого колеса и шестерни тягового редуктора;
- болты крепления тягового электродвигателя и подвески;
- карданный вал тягового электродвигателя;
- удлиненные ступицы колесных центров;
- вал шестерни и стержень подвешивания тягового редуктора;
- серьги рессорного подвешивания.

В вагонном хозяйстве для контроля колец подшипников буксовых узлов и поверхности катания ободьев колесных пар вагонов также нашли применение специализированные дефектоскопы УД2-70 с программным интерфейсом "СПЕЦ. МЕНЮ" и комплектом специализированных преобразователей.

УЗК колец подшипников буксовых узлов на наличие поперечных дефектов.

Контроль упорных колец производится путем установки датчика волн Релея в 8 точках прозвучивания - по 4 с каждой стороны. При этом обеспечивается полная, и даже с некоторым перехлестом, проверка сплошности всего кольца. Настройка чувствительности производится на стандартном образце СО-2 (в соответствии с ГОСТ 14782-86) по отражению от торца.

УЗК наружных и внутренних колец вполне аналогично контролю упорных колец, с тем лишь различием, что прозвучивание производится не из 8-и, а из 4-х точек. Настройка чувствительности в этом случае осуществляется на Стандартных Образцах Предприятия - СОП НрК и СОП ВнК - по эхо-сигналам от торцов образцов.

Контроль колец на продольные дефекты.

Нашей последней разработкой является дополнение к методике УЗК колец подшипников, расширяющее ее для выявления также продольных трещин в наружных и внутренних кольцах.

Прозвучивание осуществляется с боковых поверхностей колец и позволяет проконтролировать 100% объема кольца. Для настройки чувствительности используется стандартный образец СО-2.

Кроме того, НПФ "Ультракон-Сервис" была модернизирована методика контроля поверхности катания. Теперь для этого используется ПЭП с частотой не 1,25, а 0,4 МГц.

Для контроля поверхности катания новым преобразователем нами была разработана соответствующая технологическая инструкция, имеющая несколько выгодных отличий от предыдущей.

Во-первых, теперь контроль производится не из четырех, а из двух точек прозвучивания. При этом достигается полное, и даже со значительным перекрытием, прозвучивание всей поверхности катания.

Это позволяет повысить производительность контроля и дает возможность проводить контроль поверхности катания колес даже под вагоном.

Во-вторых, настройка браковочной чувствительности при контроле по новой инструкции полностью автоматизирована. Дефектоскопист лишь устанавливает ПЭП на поверхность катания, а система автоматической регулировки усиления - АРУ сама устанавливает требуемую чувствительность контроля. Таким образом, отпадает необходимость изготовления еще одного контрольного образца.

И, наконец, новая инструкция позволяет выявлять "непрозвучиваемые" колеса - колеса с изменениями в структуре металла, чего не обеспечивала предыдущая инструкция. Это достигается за счет того, что кроме поиска эхо-сигналов от дефектов, также осуществляется автоматическое отслеживание амплитуды сигнала, обошедшего по поверхности катания полный круг и, соответственно несущего интегральную информацию о состоянии металла всей поверхности катания колеса.

Таким образом, внедрение новой инструкции по контролю поверхности катания позволит:

- обеспечить выявление внутренних дефектов с глубиной залегания до 10 мм,
- обеспечить выявление "непрозвучиваемых" колес,
- повысить производительность контроля.

Специализированные дефектоскопы УД2-70 с программным интерфейсом "СПЕЦ. МЕНЮ" и комплектом специализированных преобразователей также используются в Киевском метрополитене для контроля осей колесных пар вагонов метрополитена.

Режим связи с ПК.

Необходим для передачи данных из памяти дефектоскопа в память компьютера и наоборот. Используется для передачи в ПК "А-сканов" и "Файлов" для создания отчетов по результатам контроля или баз данных. Из компьютера в дефектоскоп можно загрузить программы настроек, пакеты настроек АРД диаграмм, "Специальное меню".

Протоколирование результатов контроля.

При помощи программного обеспечения "Ultra UD2-70" под Windows - 9х имеется возможность создания и печати отчетов по результатам контроля.

Встроенные энергонезависимые часы и календарь.

Накопленный за время работы опыт НПФ "Ультракон-Сервис" в производстве преобразователей позволил укомплектовать новый дефектоскоп УД2-70 широким спектром ПЭП для различных целей, которые имеют высокое отношение сигнал/шум в зоне контроля при высокой чувствительности, малую "мертвую зону". Все преобразователи имеют изящные эргономичные корпуса, которые удобно удерживаются в руках при проведении контроля и имеют надежный и удобный разъем типа "Лемо".

К дефектоскопу УД2-70 выпускаются преобразователи, имеющие стандартный ряд частот: 0,4; 1,25; 1,8; 2,5; 5; 10 МГц. Все преобразователи имеют широкий диапазон рабочей температуры от минус 10 до 50 °С.

Далее рассмотрим более подробно различные типы преобразователей.

Преобразователи пьезоэлектрические контактные наклонные совмещенные к дефектоскопу УД2-70.

Наклонные пьезоэлектрические преобразователи предназначены для возбуждения и приема продольных и поперечных волн, распространяющихся под определенным углом к поверхности контролируемого изделия.

Серийно НПФ "Ультракон-Сервис" выпускаются наклонные ПЭП поперечных, поверхностных, головных волн. Такие преобразователи используют для контроля сварных швов листов и трубопроводов из низколегированной стали и других материалов, подобных им по акустическим свойствам, а также для контроля изделий на наличие внутренних дефектов, несплошностей, включений и т.п. в машиностроительной, энергетической, транспортной отрасли.

Преобразователи пьезоэлектрические контактные наклонные раздельно-совмещенные к дефектоскопу УД2-70.

Кроме возможности контроля малых глубин, достоинством таких ПЭП является высокое отношение С/Ш. Наибольшими являются собственные шумы, которые возникают в месте акустического контакта с объектом контроля, за счет передачи УЗК с излучающей на приемную часть через слой контактной жидкости. Но благодаря высокой чувствительности, отношение С/Ш в зоне контроля не хуже 16 дБ. Минимальный выявляемый дефект - царапина глубиной 0.2 мм.

Еще одним преимуществом этих преобразователей является очень малая стрела (3,5 4,5 мм), что делает их удобными при контроле сварных швов с валиком усиления.

Специальные пьезоэлектрические преобразователи для контроля гибов труб.

Для контроля гибов труб НПФ "Ультракон-Сервис" разработаны и выпускаются специальные преобразователи.

Руководствуясь экономическими интересами потребителей и учитывая большой сортамент гибов труб, данные ПЭП изготавливаются разборными, т.е. с одним резонатором плюс несколько сменных призм на требуемые потребителю типоразмеры (диаметр и толщину контролируемой трубы).

ПЭП выпускаются согласно "Инструкции по дефектоскопии гибов трубопроводов из перлитной стали (И №23 СД-80)".

Преобразователи пьезоэлектрические контактные прямые совмещенные к дефектоскопу УД2-70.

Прямые совмещенные пьезоэлектрические преобразователи предназначены для возбуждения и приема продольных волн под прямым углом к поверхности изделия, находящейся в контакте с преобразователем, и используются для контроля качества материалов, металлоконструкций и трубопроводов в машиностроительной, энергетической, транспортной промышленности. При их помощи контролируют изделия на "прозвучиваемость" (при плоскопараллельных поверхностях), а также выявляют поперечные дефекты (ориентированные перпендикулярно оси ультразвукового луча) эхо-, теневым или зеркально-теневым методом.

Преобразователи пьезоэлектрические контактные прямые раздельно-совмещенные к дефектоскопу УД2-70.

Для контроля изделий продольными волнами на небольших глубинах (от 1 до 30 мм) используют раздельно-совмещенные преобразователи, что позволяет избавиться от реверберации присущей совмещенным ПЭП. Их широко применяют при контроле проката, тавровых сварных соединений и стыковых соединений со снятой выпуклостью шва, нахлесточных паяных соединений. Кроме задач дефектоскопии, они часто применяются для ультразвуковой толщинометрии.

НПФ "Ультракон-Сервис" выпускает не только серийные преобразователи, но и занимается разработкой специализированных ПЭП для различных прикладных задач в области ультразвукового контроля.

Все рассмотренные системы дефектоскопа работают независимо, сочетание различных систем и режимов открывает широкие возможности для работы опытного специалиста в построении разнообразных методик УЗК и, в тоже время, простота в управлении позволяет работать специалистам начального уровня. Как показывает опыт "Учебного центра неразрушающего контроля" при НПФ "Ультракон-Сервис", прибор легко осваивается дефектоскопистами разной квалификации. Большой спектр прилагаемых ПЭП, а также возможность разработки специализированных ПЭП и сканирующих устройств делают УД2-70 еще более универсальным.

В заключение необходимо отметить: c момента появления на рынке Украины дефектоскопа УД2-70 (1999 г.) и до настоящего времени, НПФ "Ультракон-Сервис" было произведено несколько сотен приборов, что свидетельствует о высокой популярности дефектоскопа и в то же время нехватке приборов такого класса на многих предприятиях. Дефектоскопы УД2-70 уже приобрели такие предприятия Украины, как:

Укрзализныця,
Лугцентрокуз,
Стахановский вагоностроительный завод,
Киевский метрополитен,
ПО "ЮМЗ",
ОАО "Мотор - Сич",
Иршанский ГОК,
Запорожский алюминиевый завод,
ЗАО "Ракс",
УкрНИИХиммаш (Харьков),
Донецкий металлургический завод,
Сумское НПО им. Фрунзе,
ЗАО "Насосэнергомаш",
ЗАО "ММЗ Истил Украина",
Международные авиалинии Украины,
ПО "Заря" (Николаев) и многие другие.

Эксплуатация в различных условиях подтвердила надежность прибора.

В предыдущих выпусках журнала публиковались некоторые отзывы потребителей о дефектоскопе УД2-70, например:

Днепропетровский ГЦСМ, Приднепровский ЭТЦ, лаборатории НК "Энергоналадка" и АК "Киевэнерго", Главное Управление вагонного хозяйства Укрзализныци, НИИ мостов и дефектоскопии, МУАЦ ИЭС им. Патона, лаборатория ПО ЮМЗ, ЗАО "Насосэнергомаш", ОАО "Мотор - Сич" и т. д., и все они оценивают работу прибора - положительно.


Наши партнеры

ASNT-banner logo