ПО МАТЕРИАЛАМ XVI РОССИЙСКОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ. ДОСТИЖЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО
КОНТРОЛЯ
И. Н. Ермолов
9—12 сентября 2002 года в Санкт-Петербурге прошла Шестнадцатая российская конференция по неразрушающему контролю. Участникам конференции выдавались программа, сборник аннотаций [1] и компакт-диск с изложением докладов. Далее предлагается обзор наиболее интересных докладов по ультразвуковому контролю, представленных на этой конференции. Доклады по вибродиагностике и акустической эмиссии не включены в обзор. Некоторые доклады отсутствуют на компакт-диске. Это обстоятельство отмечено и приведена аннотация доклада.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В докладе 1Л5 В. И. Горделия и О. В. Неволина (ООО НПП "ВИ-ГОР", Москва) "Моделирование процессов распространения и дифракции плоских ультразвуковых волн с помощью нулевых нормальных волн" обращено внимание на то обстоятельство, что распространение плоских объемных волн (продольных, поперечных с горизонтальной и вертикальной поляризацией) определяется такими же уравнениями и граничными условиями, как мод 50, А0 и SS0 (соответственно) в тонкой пластине. Отсюда следует, что возможно моделирование плоских ультразвуковых волн с помощью нулевых мод нормальных волн. При отражении волн Лэмба от препятствий сохраняется возможность их трансформации в волны других типов, что невозможно при жидкостном моделировании. Справедливость этого подхода подтверждена экспериментально, например, амплитуда отражения продольной волны от цилиндрического отверстия в бруске составила 0,244 от донного сигнала, а амплитуда отражения волны SQ от такого же отверстия в пластине составила 0,263 по отношению к отражению от края образца.
Вызывает сомнение возможность моделирования всех типов отражателей. Например, после отражения от сферы расхождение объемных волн происходит в двух плоскостях, а нормальных волн — в одной плоскости.
В докладе 1Л6 Б. А. Круглова (ФГУП ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ", Санкт-Петербург) "Применение метода Монте-Карло для исследования функции выявляемое™ дефектов при ультразвуковой дефектоскопии" рассмотрены принципы и обобщенный алгоритм статистического моделирования процесса ультразвукового контроля на ЭВМ при исследовании вероятностных характеристик системы контроля методом Монте-Карло. Выполнена проверка корректности моделирования на примере поиска компактных плоских дефектов эхометодом прямым совмещенным преобразователем при ручном сканировании и визуальной индикации дефектов. Приведены результаты исследования функции выявляемое™ опасных дефектов типа поднаплавочных трещин в металле корпусов атомных реакторов ВВЭР-1000 автоматической системой.
В докладе 1.17 Д. В. Перова, А. Б. Ринкевича и Я. Г. Смородинского (Институт физики металлов УрО РАН, Екатеринбург) "Применение алгоритма быстрого вейвлет-преобразования в задачах фильтрации сигналов ультразвукового дефектоскопа" рассмотрены возможности выделения полезных сигналов на фоне структурных шумов с помощью вейвлет-преобразования. Современные возможности обработки результатов контроля на персональном компьютере, с которым соединен или в кото-
рый иногда встроен дефектоскоп, дали возможность применять новые методы обработки, в частности вейвлет-преобразование.
Как известно, любой реально существующий сигнал можно представить с помощью преобразования Фурье в виде суммы гармоник (синусоид) различной частоты. При этом предполагается, что гармоники бесконечны во времени, что не позволяет отслеживать изменения сигнала во времени. Для нестационарных сигналов, чтобы уловить непериодические изменения во времени, вместо набора гармоник берут набор коротких всплесков, вейвлетов (wavelet дословно значит "элементарная волна"), образованных из первичного, материнского вейвлета растяжением (сжатием) и последовательным перемещением сигналов по временной оси.
Набор вейвлетов образует базис, позволяющий разложить анализируемый сигнал в сумму таких всплесков разного размера и местоположения во времени. Коэффициенты разложения, являющиеся функцией длительности всплеска (имеет смысл обратной частоты) и времени, дают важную информацию об эволюции сигнала. Они также зависят от формы материнского вейвлета, который для каждой прикладной задачи выбирается соответствующим образом. Применению вейвлет-преобразова-ния в ультразвуковой дефектоскопии были посвящены многие доклады 15-й Международной конференции по неразрушающему контролю [2].
В рассматриваемом докладе для определения параметров вейвлет-преобразования, наилучшим образом подходящих для практического осуществления фильтрации сигналов ультразвукового дефектоскопа, были использованы методы математического моделирования с точки зрения достижения необходимой точности измерения амплитуд эхосигна-лов. Установлено, что нормированная несущая частота F0 должна попадать в полосу шириной порядка 30 % с центром в точке F = 0,125.
Вопросу применения вейвлет-преобразования посвящен также доклад 1.18 Д. В. Перова, А. Б. Ринкевича (Институт физики металлов УрО РАН, Екатеринбург) "Использование вейвлет-преобразования для локализации поверхностных дефектов при лазерном детектировании ультразвука". Способ лазерного детектирования основан на визуализации с помощью лазерного интерферометра акустических полей по порождаемому ими упругому смещению на поверхности твердого тела. При этом удается добиться разрешения деталей полей, размеры которых много меньше длины применяемой ультразвуковой волны. Применение вейвлет-преобразования позволяет отстроиться от помех, связанных с шероховатостью поверхности и нелинейными взаимодействиями в доплеровском интерферометре. Способ применен к исследованию монокристаллов алюминия. Показана возможность обнаружения поверхностных дефектов.
Доклад 1.09 В. Г. Бадаляна и Е. Г. Базулина (ООО НПЦ "ЭХО+", Москва) "Использование гомоморфной обработки данных для улучшения качества когерентных изображений дефектов" предлагает применять гомоморфную фильтрацию (то есть предварительное логарифмирование спектра сложных сигналов) для повышения качества изображения при акустической голографии. Логарифмирование спектров сложных сигналов, содержащих произведение информации о дефекте и нестабильности акустического контакта, позволяет получить вместо произведения сумму сигналов. При этом мешающий сигнал легче отфильтровать, то есть существенно ослабить влияние акустического контакта. Приведенные результаты практического применения методики убедительно подтверждают ее эффективность. Разрешение голографического изображения реальных дефектов повысилось в 1,5—2 раза при контроле по грубой поверхности. Более подробная информация направлена в журнал "Дефектоскопия".
В докладе 1.27 (на компакт-диске он имеет номер 1.28) "Новые особенности возбуждения и распространения подповерхностных волн" (М. В. Асадчая, А. Р. Баев, А. JI. Майоров, Институт прикладной физики HAH Беларуси, Минск) сообщается о существовании и возможности практического использования подповерхностных вертикально поляризованных сдвиговых волн. Их скорость почти в два раза меньше, чем скорость подповерхностных продольных (головных) волн, поэтому соответствующим образом уменьшается глубина контролируемого слоя. Наиболее эффективный способ возбуждения волн при контроле металлов — использование пьезопреобразователей с призами из плексигласа, расположенных по схеме дуэт, а для контроля пластмасс — с призами на основе магнитной жидкости. При расчете условий возбуждения по закону Снеллиуса считается, что обе подповерхностные волны имеют угол преломления, равный 90 градусам.
Рис. 1. Зависимость амплитуды продольной 1 и поперечной 2 подповерхностных волн от угла призмы Рпр; 3 — отношение сигнал — помеха:
--эксперимент;----— теория.
Зависимости амплитуд импульса от угла преобразователя для обоих типов волн показаны на рис. 1. Для возбуждения использован наклонный преобразователь с постоянным углом призмы и широкой диаграммой направленности, а для приема — преобразователь с переменным углом (3. Ввиду близости скоростей звука для поперечных и рэлеевских волн, а также из-за существования продольной подповерхностной волны возникает мощный шумовой фон. Анализ экспериментальных диаграмм направленности обоих типов подповерхностных волн показал, что максимум направленности сдвиговых волн достигается при углах 87—89 градусов (на рис. 2 — 79 градусов), а угол раскрытия для поперечной волны более узкий, чем для продольных волн.
В докладе 1.03 "Анализ работы пьезопреобразователей с композиционной пьезопластиной" В. Н. Данилов (НПО "ЦНИИТМАШ", Москва) методом компьютерного моделирования рассматривает работу пьезо-элемента, состоящего из разрезанной на большое количество фрагментов пластины ЦТС с заполнением промежутков эпоксидной смолой. Уменьшение волнового сопротивления материала позволяет добиться лучшего согласования с призмой из органического стекла, уменьшить электрическую емкость. Эти и другие факторы позволяют увеличить чувствительность преобразователя с одновременным расширением полосы частот без демпфирования пьезоэлемента. Рассчитано изменение
скорости звука и волнового сопротивления в композиционном материале в зависимости от концентрации пьезокерамики. Изготовленные наклонные преобразователи с композиционной пьезопластиной подтвердили теоретические предсказания.
30 20 Ю 0 Рд, дБ
20° 30° 40° 50° 60°
0 20 40 40 20 РА, дБ
Рис. 2. Диаграммы направленности источников подповерхностных волн в плоскости падения:
/ — поперечная волна; 2 — продольная волна; 3 — продольная волна, сопутствующая поперечной волне.
Несколько докладов посвящено вопросам теории и практического применения электромагнитно-акустических (ЭМА) и лазерных преобразователей. В докладе 1.19 "Особенности обнаружения трещин болтовых отверстий рельсов сдвиговыми волнами, возбуждаемыми ЭМА преобразователями" В. Т. Бобров (ЗАО "НИИН" МНПО "СПЕКТР", Москва) и В. Ф. Тарабрин (ЗАО "Фирма ТВЕМА", Москва) сообщают, что высокая эффективность ЭМА преобразования достигается благодаря применению мощного генератора зондирующих импульсов (амплитуда напряжения не менее 1 кВ), избира
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.