УДК 620.179.162:534.87
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ ОТРАЖАТЕЛЕЙ В ПЛОСКОСТИ,
ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ СВАРНОМУ СОЕДИНЕНИЮ, ПО ЭХОСИГНАЛАМ,
ИЗМЕРЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ПО СХЕМЕ TOFD
© 2021 г. Е.Г. Базулин1,*, А.Х. Вопилкин1, Д.С. Тихонов1
1ООО «Научно-производственный центр «ЭХО+», Россия 123458 Москва, ул. Твардовского, 8,
Технопарк «Строгино»
*E-mail: bazulin@echoplus.ru
Поступила в редакцию 25.01.2021; после доработки 19.03.2021
Принята к публикации 29.03.2021
Метод TOFD, широко используемый в ультразвуковой дефектоскопии, позволяет по фазе эхосигналов отличать
трещину от объемного отражателя и с высокой точностью определять ее высоту. Однако метод TOFD без сканирова-
ния пьезопреобразователями поперек сварного соединения не позволяет определить смещение отражателя от центра
шва, что очень важно при оценке результатов контроля. Используемые для этого сканирующие устройства имеют
сложную конструкцию, цена их выше, чем у одномерных санирующих устройств, и, главное, — значительно возрас-
тает время контроля. Если использовать эхосигналы, отраженные от дна объекта контроля с учетом смены типа
волны, то по множеству парциальных изображений, восстановленных методом цифровой фокусировки антенной
(ЦФА), можно получить объединенное изображение отражателя. Если использовать эхосигналы, измеренные в совме-
щенном режиме для каждого пьезопреобразователя, то можно оценить смещение отражателя поперек сварного соеди-
нения с точностью ±1,5 мм. Численные и модельные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного
подхода.
Ключевые слова: Time of Flight Diffraction (TOFD), цифровая фокусировка антенной (ЦФА), Full Matrix Capture
(FMC), Total Focusing Method (TFM).
DOI: 10.31857/S0130308221060026
1. ВВЕДЕНИЕ
Для современной промышленности Российской Федерации характерна эксплуатация техниче-
ски сложных объектов и систем, таких как атомные электростанции, нефтехимические производ-
ства, системы транспортировки нефти и газа и т.д. Аварии на этих объектах могут привести к
катастрофам, которые могут сопровождаться не только колоссальными финансовыми потерями,
но и человеческими жертвами [1]. Большое значение в обеспечении надежной работы таких объ-
ектов имеет периодический контроль их состояния при эксплуатационном обслуживании.
Особенно это важно, когда срок эксплуатации промышленного объекта близок к завершению.
Ультразвуковые методы неразрушающего контроля (УЗК) позволяют решать задачу определения
типа отражателя, его координат и размеров и поэтому широко используются при проведении экс-
плуатационного контроля.
В 1970-х годах для контроля сварных соединений объектов атомной энергетики был разра-
ботан метод Time of Flight Diffraction (TOFD)[2]. Неоспоримым достоинством TOFD являются
[3—5]: высокая скорость проведения контроля на продольной волне двумя пьезопреобразовате-
лями (ПЭП), перемещаемыми вдоль сварного соединения (перпендикулярное сканирование),
небольшой объем памяти компьютера для хранения измеренных эхосигналов и высокая точ-
ность определения высоты трещины. Так, в статье [6], посвященной контролю турбин с исполь-
зованием ПЭП с частотой 4 МГц, достигнутая погрешность измерения высоты трещин равна
±0,31 мм, что составляет примерно четверть длины волны. А возможность проанализировать
фазу рассеянных импульсов может помочь определить тип обнаруженного отражателя. Метод
TOFD имеет и недостатки: при наличии шума обнаружить эхосигналы и определить их фазы
становится проблематичным, невозможно локализовать отражатель в направлении, поперечном
сварному соединению. Для этого нужно провести дополнительные измерения со сканированием
ПЭП поперек сварного соединения и восстановить изображение отражателей методом Synthetic
Aperture Focusing Technique (SAFT) [7, 8], что уменьшает скорость проведения контроля и
усложняет конструкцию сканирующего устройства.
Таким образом, разработка алгоритма, позволяющего оценить по измеренным
TOFD-эхосигналам без сканирования поперек сварного соединения не только высоту трещины,
но и ее смещение относительно центра сварного соединения, является актуальной задачей.
18
Е.Г. Базулин, А.Х. Вопилкин, Д.С. Тихонов
2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОТРАЖАТЕЛЕЙ В ПЛОСКОСТИ,
ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ СВАРНОМУ СОЕДИНЕНИЮ
На рис. 1 показаны два ПЭП, расположенные с разных сторон от сварного соединения, на рас-
стоянии b друг от друга. Эхосигналы, измеренные в совмещенном режиме, будем обозначать как
измеренные по N- и P-каналам. Классические TOFD-эхосигналы, когда излучение и прием проис-
ходят разными ПЭП, будем считать измеренными по NP-каналу. Обычно в режиме TOFD измере-
ния эхосигналов происходят только при перемещении ПЭП вдоль оси y, которая перпендикулярна
плоскости рисунка (перпендикулярное сканирование).
2.1. Восстановление изображения отражателей методом SAFT
Изображение отражателей в плоскости xz можно восстановить методом SAFT по эхосигналам
p(x, t), измеренным при сканировании двумя ПЭП вдоль оси x по формуле:
ε
(r ;
as
)
= ∫ p x,
t-t x,
r
,
x+b;
as
)
+t
)dx
,
(1)
SAFT i
del
i
max
Ax
где Ax — области сканирования вдоль оси x;
(
,
)
i
i
i
i
r
=
x
z
⊂S
— координаты точки области вос-
становления изображения отражателей Si (ОВИ); b — постоянное расстояние между излучате-
лем и приемником;
(x,
,
;
)
del
i
t
r
x+b
as
— время пробега импульса от точки излучения x до точки
ri и до точки приема x + b для заданной акустической схемы as; tmax — время нарастания импуль-
са зондирующего импульса. На рис. 1 ОВИ отмечена полупрозрачным прямоугольником красно-
го цвета.
Под акустической схемой, которую обозначим как as, будем подразумевать описание луче-
вой траектории распространения импульса с учетом трансформации типа волны при отраже-
нии его от границ объекта контроля. Для описания акустических схем будем пользоваться
следующим правилом: буква d обозначает отражение от дефекта; тип волны после отражения
от границ будем обозначать буквами L (продольная) и T (поперечная). Последовательная
запись типов волны и событий будет определять акустическую схему. Подобный способ обо-
значения акустических схем используется в программе CIVA [9], предназначенной для моде-
лирования результатов неразрушающего контроля, в частности, ультразвукового. Например,
акустическая схема LLdLT описывает ситуацию, когда при излучении продольная волна при
отражении от дна не меняет тип, а при приеме продольная волна, отражаясь от дна, трансфор-
мируется в поперечную.
2.2. Замена механического сканирования на работу с множеством изображений,
восстановленных на разных акустических схемах
Однокоординатное сканирование вдоль оси y в режиме TOFD не сможет дать ответа на вопрос:
«С какой стороны сварного соединения находится отражатель УЗ волн?». Это связано с тем, что
если область сканирования состоит из одной точки, то изображение точечного отражателя, вос-
станавливаемое по формуле (1) по акустической схеме LdL, трансформируется в эллипс (рис. 2).
Иными словами, дифрагированные сигналы на продольной волне, пришедшие от рассеивателей,
находящихся на эллипсе (показан зеленым цветом1 на рис. 1), имеют одинаковое время задержки.
Если звездой зеленого цвета отмечено положение отражателя, то эхосигналы от него и от отража-
телей, показанных звездами красного цвета, будут иметь одинаковые времена задержек, но будут
отличится по амплитуде и по форме. На рис. 1 линиями разных цветов схематично показаны фраг-
менты эллипсов для разных акустических схем, название которых указано в выносках. Если вос-
становить изображения по формуле (1) с учетом трансформации типов волн и при отражении от
дна объекта контроля, то множество эллипсов должно пересечься в месте расположения отражате-
ля. Парциальные изображения на разных акустических схемах, а их — 36 для случая с однократ-
ным отражением от дна с учетом трансформации типа волны, можно объединить как сумму или
медиану модулей по формулам:
1Использование цвета для пояснения рисунков доступно только в электронном варианте статьи или в ее печатном
издании журнала «Дефектоскопия».
Дефектоскопия
№ 6
2021
Определение координат отражателей в плоскости, перпендикулярной сварному соединению...
19
Nas
ε
(r )
ε
(r ;as
)
,
(2)
NP i
=∑
NP i
n
n=1
N
as
ε
(r )
=
M
(
T(
ε
(r ;
as l)
)
)
,
где
l=
ε
(r ;as
))
,
(3)
NP i
NP i
n
NP i
n
ò
=1
где M — операция медианы для Nas парциальных изображений, T — операция отсечки по уровню
l, равному среднему значению парциального изображения. Следует отметить, что получение объ-
единенного изображения по формуле (3) эффективно при наличии точечных отражателей, к кото-
рым можно отнести края трещин.
Если в распоряжении имеются эхосигналы, измеренные по N- и P-каналам, то количество аку-
стических схем для трех каналов увеличивается до 108. Отметим, что в классическом режиме
TOFD не предполагается измерения дополнительных эхосигналов по N- и P-каналам. Из парциаль-
ных изображений ε (r
), ε (r
)
и ε
(r
)
, восстановленных по формуле (3), можно сформировать
N i
P i
NP i
объединенное изображение для оценки смещения отражателя относительно оси x:
ε(r)
=M
(
T(
ε (r),l)
),
T
(
ε (r),l)
), T(
ε
(r ),l)
)
)
(4)
i
N i
P i
NP i
N-сторона
P-сторона
b
x
LdL
LTdTT
Отражатель
TLdL
ОВИ
z
Рис. 1. Схема регистрации эхосигналов методом TOFD.
Таким образом, идея получить информацию о координатах отражателя поперек сварного сое-
динения по TOFD-эхосигналам заключается в замене сканирования ПЭП вдоль оси x на получение
объединенного изображения по многим парциальным изображениям на разных акустическим
схемах по N-, P- и NP-каналам.
Эффективность работы такого метода связана с формой диаграммы направленности ПЭП —
чем шире диаграмма направленности, тем больше амплитуда импульсов поперечной волны при
преломлении на границе «призма—объект контроля». Поэтому целесообразно использовать ПЭП
с рабочей частотой 5 МГц и с размерами пьезоэлемента 3 мм и менее.
Из-за разных значений коэффициента отражения от границ объекта контроля, из-за разных
значений коэффициента преломления на границе «призма—объект контроля» и обратно не каж-
дая акустическая схема будет информативна — амплитуда эхосигналов для некоторых акустиче-
ских схем будет пренебрежимо малой. Поэтому важным методическим вопросом является выбор
оптимального списка акустических схем, и, конечно, он будет меньше максимального значения
36 для каждого из каналов. Дополнительно для уменьшения уровня ложных бликов изображения
отражателей в данной работе был применен следующий прием: для каждой акустической схемы
каждого канала рассчитывалась амплитуда точечного отражателя во всех точках ОВИ.
Полученные маски MN(ri), MP(ri) и MNP(ri) умножались на соответствующие парциальные изо-
бражения в формуле (3).
Дефектоскопия
№ 6
2021
20
Е.Г. Базулин, А.Х. Вопилкин, Д.С. Тихонов
3. ЧИСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Для проведения численных экспериментов использовались эхосигналы, рассчитанные про-
граммой CIVA 2020 [9].
3.1. Описание модели численного эксперимента
Моделировалась ситуация, когда объект контроля толщиной 50 мм обладает свойствами
стали марки 20, ПЭП работают на частоте 5 МГц, а призмы «сделаны» из рексолита и имеют
угол наклона 21,5 град, стрелу 6 мм и расстояние пробега по призме 4 мм. Расстояние между
передними гранями призм равно 120 мм. Рассчитывались эхосигналы для N-, P- и NP-канала,
рассеянные трещиной высотой 5 мм с центром в точке (5, 25) мм на прямом луче и при одно-
кратном отражении от дна с учетом трансформации типа волны при отражении. Объединение
парциальных изображений трех каналов в виде суммы (формула (2)) не позволило получить
изображение, пригодное для анализа, поэтому в дальнейшем объединение происходило с помо-
щью операции медиана (формула (3)).
3.2. Использование ПЭП с одним пьезоэлементом
На рис. 2 представлено два из тридцати шести парциальных SAFT-изображений для NP-канала,
восстановленных по формуле (1) по акустическим схемам LdL (а) и TTdTT (б). Пиктограммы этих
схем показаны в правом верхнем углу каждого изображения. Зеленым цветом обозначены лучи на
продольной волне, а красным — на поперечной. Видно, что в обеих случаях эллипсоидальные
блики проходят через края трещины, которая показана линией красного цвета. Из-за умножения на
маску MNP(ri) эллипсоподобный блик уменьшает свою амплитуду при приближении к краям ОВИ.
a
б
0
0
1,5
1
10
10
Блик
верхнего
1
20
края
Блик
нижнего
30
края
Блик
0,5
40
дна объекта
контроля
0,2
50
50
0
0
-30
-20
-10
0
10
20
30
-30
-20
-10
0
10
20
30
x, мм
x, мм
Рис. 2. Парциальные изображения акустических схем LdL (a), TTdTT (б) и схематическое представление лучей акусти-
ческих схем.
На рис. 3a—в показаны объединенные по формуле (3) изображения для P-, N- и NP-каналов
соответственно. Видно, что определить смещение бликов краев трещины можно по изображениям
N- и P-каналов. Изображение, полученное по эхосигналам NP-канала, имеет симметричный вид
относительно оси x и не позволяет определить смещение трещины. Тем не менее на рис. 3в есть
блики, соответствующие краям трещины. На рис. 3г показан результат объединения по формуле
(4) изображений по трем каналам ε (r
), ε (r
)
и ε
(r
)
. В его формировании участвуют 108 пар-
N i
P i
NP i
циальных изображений (по 36 изображений для N-, P- и NP-каналов). Объединенное изображение
недостаточно высокого качества, но позволяет определить (с точностью ±0,5 мм) с какой стороны
от центра сварного соединения находится трещина. Если подобные расчеты провести при наличии
еще одной трещины, то количество ложных бликов возрастает, и это затруднит идентификацию
как бликов вершин трещин, так и их смещений по оси x.
Дефектоскопия
№ 6
2021
Определение координат отражателей в плоскости, перпендикулярной сварному соединению...
21
a
б
15
15
7
1
20
6
20
0,8
5
25
4
25
0,6
3
0,4
30
2
30
0,2
1
35
0
35
0
-10
-5
0
5
10
-10
-5
0
5
10
x, мм
x, мм
в
г
15
15
3
4
20
2,5
20
3
2
2,5
25
25
1,5
2
1,5
1
30
30
Ложные
1
0,5
блики
0,5
35
0
35
0
-10
-5
0
5
10
-10
-5
0
5
10
x, мм
x, мм
Рис. 3. Объединенные по формуле (3) изображения для N-, P- и NP-каналов (а—в), объединенное по формуле (4)
изображение (г).
При реальном контроле может возникнуть ситуация, когда толщина объекта контроля
известна с некоторой точностью. Проведенные численные эксперименты показали, что пред-
ложенный метод сохраняет работоспособность, если толщина образца задана с ошибкой мень-
ше, чем ±1 мм.
Заменив ПЭП на антенную решетку из Ne элементов, по ЦФА-изображению, восстановленно-
му по эхосигналам NP-канала, можно будет уверенно определить координаты краев трещины [10].
Но это потребует использования более сложной многоканальной аппаратуры и приведет к резкому
увеличению объема измеренных эхосигналов — в каждой точке санирования вместо одного
TOFD-эхосигнала придется измерить Ne × Ne эхосигналов в режиме двойного сканирования, в
зарубежной литературе Full Matrix Capture (FMC).
4. МОДЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Модельные эксперименты проводились с использованием дефектоскопа серии «АВГУР 5.2»,
разработанного и изготовляемого в «Научно-производственном центре «ЭХО+» [11].
Эффективность объединения парциальных изображений зависит не только от точности опре-
деления толщины объекта контроля и скорости продольной волны в нем, но и от точности опреде-
ления таких параметров призмы, как угол наклона, скорость продольной волны, стрела и расстоя-
ние пробега в призме. Поэтому для повышения эффективности предложенного алгоритма была
разработана и использована процедура калибровки призмы и ПЭП, основанная на способе кали-
бровки призмы и антенной решетки, изложенной в статье [12].
4.1. Придонная модель трещин
Объект контроля представлял собой пластину толщиной 25 мм из стали марки 20 с моделями
различных отражателей. Эхосигналы от придонного паза высотой 2,5 мм, шириной 0,3 мм и дли-
ной 20 мм, смещенного на расстояние -20 мм по оси x, регистрировались двумя ПЭП с частотой
5 МГц и с пьезопластиной диаметром 3 мм, установленные на рексолитовые призмы с углом
наклона 17,5 град. Апертура сканирования Ax излучающего ПЭП была равна 120 мм с началом в
Дефектоскопия
№ 6
2021
22
Е.Г. Базулин, А.Х. Вопилкин, Д.С. Тихонов
«Мертвая» зона
7
0
6
5
5
Блик верхнего
10
края паза
Тень от п4за
15
3
20
Зеркально
отраженный от дна
2
25
блик верхнего края
паза
1
30
Блик дна
–30 -25 -20 -15 -10 -5
0
объекта контроля
x, мм
Рис. 4. SAFT-изображения придонного паза высотой 2,5 мм (NP-канал).
точке -110 мм. Шаг сканирования был равен 0,31 мм. Приемный ПЭП был смещен относительно
излучающего ПЭП на расстояние b = 68 мм, измеряемое между передними гранями призм.
4.1.1. Получение изображения методом SAFT при сканировании вдоль оси x
Для восстановления качественного изображения отражателей в плоскости xz необходимо
зарегистрировать эхосигналы при сканировании ПЭП вдоль оси x и обработать их методом
SAFT. На рис. 4 показано SAFT-изображение паза, восстановленное по эхосигналам NP-канала.
Линиями красного цвета на изображения нанесены контуры границ объекта контроля и паза. По
SAFT-изображению можно определить местоположение придонного паза и оценить его высоту,
но достигается это ценой сканирования вдоль оси x. Следует обратить внимание на «мертвую»
зону [13], которая сформирована импульсом головной волны.
4.1.2. Получение изображения объединением различных акустических схем
На рис. 5a—в показаны объединенные по формуле (3) изображения соответственно для P-,
N- и NP-каналов для случая размещения излучателя в точке -70,3 мм, а приемника — в точке
-2,3 мм. Линией красного цвета показана граница образца и придонный паз. Видно, что блик
паза, координата которого по оси x равна -20 мм, хорошо сформировался только по N-каналу,
так как центр между ПЭП расположен в точке -36,3 мм. По изображению NP-канала виден
только ложный блик и дно образца. Однако на объединенном по формуле (4) изображении
(рис. 5г) можно уверено указать на блик паза. Точность определения смещения отражателя
можно оценить как ±1,5 мм. Так как высота трещины определяется по TOFD-эхосигналам, то
невысокая точность определения высоты паза по изображению на рис. 5г не является принци-
пиальным недостатком предлагаемого метода. В эхосигналах N- и P-каналов присутствует
реверберационный шум и нужно принять меры для его уменьшения. В данной статье измерял-
ся образец реверберационного шума для каждого ПЭП и вычитался из эхосигналов, измерен-
ных по N- и P-каналам [14].
На рис. 6a—в показаны объединенные по формуле (3) изображения для P-, N- и NP-каналов
для случая размещения излучателя в точке -33,1 мм, а приемника — в точке 34,9 мм, так что
центр между ПЭП расположен в точке -0,9 мм. Видно, что блик паза хорошо сформировался
на изображениях по P- и NP-каналам. На объединенном по формуле (4) изображении (рис. 6г)
можно идентифицировать блик паза. Точность определения смещения отражателя можно оце-
нить как ±1,5 мм.
Рассмотрим теперь случай, когда изображения восстанавливались с использованием эхо-
сигналов для трех положений ПЭП: к эхосигналам для двух выше рассмотренных случаев
добавлены эхосигналы, измеренные при размещении излучателя в точке -51,7 мм, а приемни-
ка — 16,3 мм. На рис. 7a—в показаны изображения по трем каналам, а на рис. 7г — объеди-
ненное по формуле (4) изображение, на котором виден всего один блик, соответствующий
придонному пазу. Один блик, но с плохим разрешением, виден и по изображению NP-канала.
Дефектоскопия
№ 6
2021
Определение координат отражателей в плоскости, перпендикулярной сварному соединению...
23
a
б
0
0
0,4
0,4
5
0,35
5
0,35
0,3
0,3
10
10
0,25
0,25
15
15
0,2
0,2
20
0,15
0,15
20
0,1
0,1
25
25
0,05
0,05
30
30
0
0
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
x, мм
x, мм
в
г
0
0
0,5
0,6
Блик паза
5
5
0,5
высотой 2,5 мм
0,4
10
10
0,4
0,3
15
15
0,3
20
0,2
20
0,2
25
0,1
25
0,1
30
Ложный блик
30
0
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
x, мм
x, мм
Рис. 5. Объединенные по формуле (3) изображения для N-, P- и NP-каналов (а—в), объединенное по формуле (4)
изображение (г) (координата излучателя -70,3 мм, приемника -2,3 мм).
a
б
0
0,6
0
0,6
5
0,5
5
0,5
10
0,4
10
0,4
15
0,3
15
0,3
20
0,2
20
0,2
25
0,1
25
0,1
30
0
30
0
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
x, мм
x, мм
в
г
0
0
0,7
0,7
Блик паза
5
5
0,6
0,6
высотой 2,5 мм
10
0,5
10
0,5
0,4
0,4
15
15
0,3
0,3
20
20
0,2
0,2
25
25
0,1
0,1
30
30
0
0
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
x, мм
x, мм
Рис. 6. Объединенные по формуле (3) изображения для N-, P- и NP-каналов (а—в), объединенное по формуле (4)
изображение (г) (координата излучателя -33,1 мм, приемника 34,9 мм).
Дефектоскопия
№ 6
2021
24
Е.Г. Базулин, А.Х. Вопилкин, Д.С. Тихонов
a
б
–5
-5
120
0
0
50
5
100
5
40
10
80
10
15
15
30
60
20
20
40
20
25
25
20
10
30
30
35
0
35
0
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
10 15
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
10 15
x, мм
x, мм
в
г
–5
-5
160
0,8
0
0
140
0,7
5
5
120
0,6
10
10
100
0,5
15
80
15
0,4
20
60
20
0,3
25
40
25
0,2
30
20
30
0,1
35
0
35
0
–30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
10 15
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
5
10 15
x, мм
x, мм
Рис. 7. Объединенные по формуле (3) изображения для N-, P- и NP-каналов (а—в), объединенное по формуле (4)
изображение (г). Для расчета использовались эхосигналы, измеренные в трех положениях ПЭП.
Качество изображений было бы выше, если использовались не 3 эхосигнала по каждому кана-
лу, а 9 эхосигналов при перекрестной работе, например, первый ПЭП по N-каналу излучил
зондирующий импульс, а третий ПЭП зарегистрировал эхосигнал. Однако такой режим скорее
характерен для работы антенной решетки в режиме двойного сканирования [10].
5. ВЫВОДЫ
Таким образом, по результатам исследований, изложенных в данной статье, можно сделать
следующие выводы.
Предложенный метод позволяет заменить механическое санирование двумя ПЭП вдоль оси
x на формирование по формулам (3) и (4) SAFT-изображения при объединении 108 парциаль-
ных изображений для одного положения ПЭП. В отличие от классического метода TOFD,
предложенный метод предполагает использование эхосигналов, когда ПЭП работают в совме-
щенном режиме.
В численных экспериментах предложенный метод показал хороший результат и позволил
определить сдвиг отражателя относительно середины образца с точностью ±0,5 мм без сканирова-
ния вдоль оси x.
В модельных экспериментах предложенный метод позволил определить координаты придон-
ного паза высотой 2,5 мм относительно середины образца с точностью ±1,5 мм. Такое уменьшение
точности по сравнению с численным экспериментом можно объяснить присутствием остатков
реверберационного шума в совмещенных каналах и ошибками при задании таких параметров кон-
троля, как толщина образца, скорость продольной и поперечной волны в нем, расстояние между
ПЭП.
При создании методики для контроля конкретного объекта качество объединенного изображе-
ния можно повысить за счет определения оптимального списка акустических схем по каждому
каналу.
Дефектоскопия
№ 6
2021
Определение координат отражателей в плоскости, перпендикулярной сварному соединению...
25
Повысить качество объединенного изображения можно при использовании двух двухэлемент-
ных ПЭП или использовании четырех ПЭП, по два ПЭП с каждой стороны шва. В этом случае
можно обойтись без дополнительных N- и P-каналов и работать с эхосигналами только по
NP-каналу. Еще большее увеличение числа ПЭП позволит повысить качество объединенного изо-
бражения (см. рис. 7). Но такой способ регистрации эхосигналов будет больше напоминать работу
с антенными решетками в режиме FMC.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
25.12.2020).
2. Silk M.G., Lidington B.H. The potential of scattered or diffracted ultrasound in the determination of
crack depth // Non-Destructive Testing. 1975. V. 8. June. P. 146—151.
3. ISO 16828:2012. Неразрушающий контроль. Ультразвуковой контроль. Дифракционно-временной
метод как метод для обнаружения и оценки размеров несплошностей, 2012.
4. ISO 10863:2011. Контроль неразрушающий сварных соединений. Ультразвуковой метод.
Применение дифракционно-временного метода (TOFD), 2011.
5. Ермолов И.Н. Дифракционно-временной метод контроля // В мире НК. 2001. № 2 (12). С. 7—11.
6. Натх С.К., Баласубраманиам К., Кришнамурти С.В., Нарайна Б.Х. Определение размеров выхо-
дящих на поверхность трещин методом TOFD // В мире НК. 2007. № 3 (37). С. 10—15.
7. Doctor S.R., Hall T.E., Reid L.D. SAFT — the Evolution of a Signal Processing Technology for
Ultrasonic Testing // NDT International. 1986. V. 19. P. 163—167.
8. Mooshofer H., Boehm R., Heinrich W., Fendt K., Goldammer M., Kolk K., Vrana J. Amplitude-based
Defect Sizing of SAFT-Results - From Imaging to Quantitative Measurement / Conference: 12th European
Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT 2018). At: Gothenburg, Sweden. V. 12.
10. Базулин Е.Г. Ультразвуковой контроль сварных соединений трубопровода типа Ду800. Часть 2.
Повышение качества изображения, сравнение с результатами рентгеновского контроля // Дефектоско-
пия. 2017. № 5. С. 12—24.
12. Базулин Е.Г. Калибровка ультразвуковой антенной решетки, установленной на призму //
Дефектоскопия. 2014. № 4. C. 50—63.
13. Moles M., Robertson L., Sinclair T. Developments in time-of-flight diffraction (TOFD) / 18th World
Conference on Nondestructive Testing. Durban, South Africa. 2012.
14. Bazulin E. G. Reducing the Level of Weakly Changing Noise by the Decorrelation Method during
Ultrasonic Monitoring Using Antenna Arrays // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2020. V. 56.
No. 4. P. 310—317. [Базулин Е.Г. Уменьшение уровня слабо меняющихся помех методом декорреля-
ции при проведении ультразвукового контроля с использованием антенных решеток // Дефектоскопия.
2020. № 4. С. 14—21.]
Дефектоскопия
№ 6
2021
