Диагностическая система Omniscan

Ультразвуковая дефектоскопия

Получение с помощью ультразвука видимого изображения объекта, находящегося в оптически непрозрачной среде, основано на проникающей способности звука и особенно ультразвука и их визуализации. При этом обычно используются упругие колебания в диапазоне частот от 10 кгц до 100 Мгц и выше. Ультразвуковые волны хорошо проходят через металлы, пластмассы, большинство строительных материалов, живые ткани и жидкости. По отражению и преломлению ультразвуковых лучей от границ раздела твёрдое тело – газ(вследствие неодинаковых скоростей распространения ультразвуковых волн в различных средах) можно обнаруживать также трещины, раковины и пустоты в твёрдых телах, что используется для изучения и контроля структуры и геометрии внутренней неоднородностей оптически непрозрачных тел.

Ультразвуковой контроль сварных соединений является эффективным способом выявления дефектов сварных швов и металлических изделий, залегающих на глубинах от 1-2 миллиметров до 6-10 метров. В сочетании с вихретоковым контролем качества сварных соединений данный метод позволяет выполнять весь комплекс работ по диагностике сварных соединений и сокращает затраты на проведение строительной экспертизы металлоконструкций.

Фазированные решетки

Скорость звука в металлах обычно в 3 раза больше скорости звука в воде или ткани человека, поэтому требования к быстродействию электроники значительно выше. С 1990х в неразрушающем контроле начали использовать ультразвкуковые фазированные решетки. Фазированные решетки – это быстрый и надежный метод генерирования ультразвуковых волн. Метод фазированных решеток - более усовершенствованный и мощный по сравнению с традиционным ультразвуковым контролем, в котором используется одноэлементный преобразователь. Многие прикладные задачи дефектоскопии используют фазированные решетки, благодаря которым контроль осуществляется гораздо быстрее и проще. Этот метод основан на преобразовании и генерировании ультразвуковых волн. Фазированная решетка представляет собой массив небольших компактно расположенных пьезоэлектрических элементов, она подобна объединению большого количества миниатюрных обычных ПЭП в едином корпусе. Каждый элемент ФР может излучать и принимать ультразвук, при этом используется общее поле излучения-приема. Основная особенность Фазированных решеток – электронное управление излучением-приемом ультразвука. При этом могут изменятся тип волны, размер излучателя-приемника, угол ввода, точка выхода и фокусное расстояние.

Универсальная система Omniscan

Ультразвуковые фазированные решетки и вихретоковые матрицы применяются в ультразвуком дефектоскопе Omniscan, который используется для диагностики различных объектов нефтегазового комплекса в том числе в полевых и других сложных условиях. Система Omniscan прошла испытания на реальных промышленных объектах (была испытана такими компаниями как ОАО «Газпром» и ОАО «АК Транснефть»). Omniscan состоит из электронного блока, преобразователей, разработанных по техническому заданию компании Olympus, и специального программного обеспечивания.

Компанией Olympus была разработана программа BeamWizard, предназначенная для компьютерного моделирования хода УЗ-лучей в объекте контроля и выбора оптимальных схем контроля – типов электронного сканирования, углов ввода УЗ, расстояний от УЗФР до сварного шва, а также специальных характеристик УЗФР (апертуры и др.). При моделировании хода УЗ-лучей программа BeamWizard учитывает типоразмеры сварных соединений, акустические свойства контролируемого материала, конструктивные и акустические характеристики применяемых УЗФР и призм. При этом отображаются границы зон сплавления сварного шва.

В установленное на приборе ПО входит «Мастер настроек», который позволяет последовательно пройти через все этапы настройки системы на контроль конкретного объекта, автоматизируя при этом большинство настроек. В частности, автоматически по заданным параметрам производятся все настройки, связанные с управлением УЗФР, а также выравнивание чувствительности и настройки глубиномера с учетом углов ввода и точек выхода для всех применяемых при контроле УЗ-лучей.

Испытания системы Omniscan на объектах ОАО «Газпром»

Испытания системы Omniscan были проведены с учетом требований ГОСТ 14782, СТО Газпром 2 2.4 083 2006. Объектами испытаний стали тройник ТСН (участок без усиливающей накладки и участок с усиливающей накладкой), пылеуловитель ГП 105, образцы труб, металла трубы и образец врезки трубы. При проведении контроля системой Omniscan применялся так называемый режим «Мультигрупп» – возможность одновременно (за один сканирующий проход) проводить контроль по разным схемам прозвучивания и с разными параметрами. Были использованы возможности системы Omniscan по сохранению полного набора данных контроля для каждой точки ввода УЗ.

Первый объект – тройник ТСН 1400 х 1200 мм, участок без усиливающей накладки (воротника) с искусственными дефектами в угловом шве приварки штуцера к корпусу тройника: надрезами (выполнены фрезой) шириной 2 мм, глубиной до 6 мм и засверловками диаметром 3 и 5 мм, глубиной до 6 мм. Контроль был проведен с наружной стороны штуцера. Характеристики искусственных дефектов, выявленных при испытаниях, приведены в таблице No1.

Второй объект – тройник ТСН 1400х1200 мм, участок с усиливающей накладкой (воротником) с искусственными дефектами в угловом шве приварки штуцера к корпусу тройника: надрезами (выполнены фрезой) шириной 2 мм, глубиной до 6 мм и засверловками диаметром 3 и 5 мм, глубиной до 6 мм. На участке контроля плоскостные дефекты (надрезы) углового шва приварки штуцера к корпусу тройника глубиной от 2,5 мм и выше выявлялись уверенно – при сканировании за воротником со стороны штуцера на расстоянии до сварного соединения ~ 450 мм. Контроль был проведен с наружной стороны штуцера. Характеристики искусственных дефектов, выявленных при испытаниях, приведены в таблице No2.

Таблица №1. Характеристики искусственных дефектов (ИД), выявленных при испытаниях тройника ТСН 1400 х 1200 мм, участок без усиливающей накладки

№ ИД	Характеристики ИД	Расстояние вдоль оси шва от начала зоны сканирования до центра ИД, мм
ИД-1	Надрез длиной до 50 мм, шириной 2 мм, глубиной до 6 мм, выполнен фрезой по границе сварного шва со штуцером, перпендикулярно образующей штуцера	~ 25
ИД-2	Отверстие ∅ 3 мм, глубиной до 5 мм, выполнено по границе сварного шва с корпусом, параллельно образующей штуцера	~ 60
ИД-3	Отверстие ∅ 3...5 мм, глубиной до 6 мм, выполнено по центру сварного шва, перпендикулярно образующей штуцера	~ 100
ИД-4	Надрез длиной до 50 мм, шириной 2 мм, глубиной до 6 мм, выполнен фрезой по границе сварного шва с корпусом, параллельно образующей штуцера	~ 155
ИД-5	2 отверстия ∅ 3 мм, глубиной до 5 мм, выполнены по центру сварного шва, перпендикулярно образующей штуцера	~ 180
ИД-6	2 отверстия ∅ 3...5 мм, глубиной до 6 мм, выполнены по границе сварного шва со штуцером, перпендикулярно образующей штуцера	~ 230

Таблица №2. Характеристики искусственных дефектов (ИД), выявленных при испытаниях тройника ТСН 1400 х 1200 мм, участок с усиливающей накладкой

WASSИД	Характеристики ИД	Расстояние вдоль оси шва от начала зоны сканирования до центра ИД, мм
ИД-1	Надрез длиной до 50 мм, шириной 2 мм, глубиной до 1,5 мм, выполнен фрезой по границе сварного шва с корпусом, параллельно образующей штуцера	~ 25
ИД-2	Надрез длиной до 50 мм, шириной 2 мм, глубиной до 2,5 мм, выполнен фрезой по центру сварного шва	~ 105
ИД-3	Надрез длиной до 60 мм, шириной 2 мм, глубиной до 6 мм, выполнен фрезой по границе сварного шва с корпусом, параллельно образующей штуцера	~ 180
ИД-4	Надрез длиной до 50 мм, шириной 2 мм, глубиной до 2,5 мм, выполнен фрезой по границе сварного шва со штуцером, перпендикулярно образующей штуцера	~ 315
ИД-5	Отверстие ∅ 3 мм, глубиной до 6 мм, выполнено у границы сварного шва с корпусом	~ 260
ИД-6	Отверстие ∅ 3 мм, глубиной до 6 мм, выполнено у границы сварного шва со штуцером	~ 290
ИД-7	Отверстие ∅ 3 мм, глубиной до 6 мм, выполнено по центру сварного шва	~ 350
ИД-8	Отверстие ∅ 3 мм, глубиной до 6 мм, выполнено у границы сварного шва с корпусом	~ 375

Третий объект – пылеуловитель ГП 105 (сосуд, работающий под давлением) с внутренними дефектами стыкового кольцевого сварного шва приварки обечайки к днищу. На пылеуловителе ГП 105 были выявлены внутренние дефекты кольцевого сварного шва, соответствующие данным радиографического контроля. Контроль сварного шва был выполнен со стороны обечайки. Отсчет координат дефектов по оси индекса (ViA^) был произведен от передней грани призмы УЗФР, которая совпадала с границей валика усиления сварного шва со стороны обечайки.

Таблица №3. Характеристики искусственных дефектов (ИД), выявленных при испытаниях пылеуловителя ГП 105

Запись №	Скан(мм)	Указатель(мм)	Группа	Канал	AdBA (dB)	DA^ (мм)	ViA^ (мм)	S(r) (мм)	S(m) (мм)	S(m-r) (мм)	U(m-r) (мм)
1	216.00	20.72	3	ВАД 21	3.4	30.43	29.76	0.00	398.50	398.50	4.45
2	29.00	44.99	1	ВАД 45	4.7	14.47	29.43	18.50	51.50	33.00	3.29
3	80.00	43.97	1	ВАД 44	1.4	14.47	28.43	75.50	85.50	10.00	3.02
4	137.00	32.85	2	ВАД 33	6.9	13.31	32.42	109.50	155.00	45.50	7.50
5	206.00	31.84	2	ВАД 32	2.2	8.06	37.78	190.50	220.00	29.50	4.73
6	213.00	44.99	1	ВАД 45	6.5	13.82	27.65	204.00	232.50	28.50	3.57
7	328.00	28.81	3	ВАД 29	7.9	30.28	44.70	299.00	330.00	31.00	9.74
8	77.00	24.77	3	ВАД 25	2.4	19.92	11.15	-0.50	398.00	398.50	4.21

Скан ИД-1(см. табл. №1)	Скан ИД-1(см. табл. №2)
Скан дефекта, запись №1(см. табл. №3)	Схема контроля сварного шва на тройнике с накладкой и воротником

Мои заказы