Введение. Начало использования ультразвукового контроля в промышленности относится примерно к 50-м годам прошлого века

Начало использования ультразвукового контроля в промышленности относится примерно к 50-м годам прошлого века. Техническая реализация методов в то время была обусловлена созданием первых серийных ламповых дефектоскопов и разработкой ультразвуковых преобразователей на основе пьезокерамических элементов. За прошедший достаточно большой срок накоплен богатый опыт использования методов ультразвукового контроля.

Ультразвуковой контроль нашел широкое применение в практике дефектоскопии изделий. Согласно отчету института доктора Ферстера (INSTITUTE DR. FORSTER) в восточно-европейских странах из всех методов неразрушающего контроля ультразвуковой контроль занимает главенствующее положение. На его долю приходится 32% объема контроля всех изделий. В отчете также отмечается, что, не смотря на высокий уровень автоматизации труда в развитых странах, доля ручного ультразвукового контроля остается наибольшей. Это связано с тем, что большие объемы работ проводятся на объектах, находящихся в эксплуатации: атомные и тепловые электростанции, трубопроводы различного назначения, металлоконструкции, транспортные средства и т.д. Характерной чертой указанных объектов является большое разнообразие конструкций, и, следовательно, методик ультразвукового контроля, поэтому работы по контролю плохо поддаются автоматизации.

Во многих областях Российской промышленности ультразвуковой контроль занимает одно из ведущих положений. Об этом можно судить по количеству специалистов, занимающихся ультразвуковым контролем. Например, по данным Уральского центра аттестации за период 1994-2000г. аттестовано 1475 дефектоскопистов 2 уровня, из них 38% являются специалистами по ультразвуковым методам контроля. Характерной особенностью профиля работы дефектоскопистов в России является то обстоятельство, что 98% дефектоскопистов (из 38% общего их числа) работают по методикам ультразвукового контроля сварных соединений. Вторым, наиболее массовым методом контроля является радиационный метод, 26% дефектоскопистов используют его в своей деятельности.

Анализ применения ультразвуковой дефектоскопии на различных объектах показывает, что наибольшая часть работ проводится на сварных соединениях, причем в большинстве случаев контроль выполняется вручную.

Ультразвуковой контроль в технологии сварки имеет ряд особенностей. Прозвучивание наплавленного металла и околошовной зоны осуществляется с поверхностей прилегающих сталей. Для этого используются наклонные ультразвуковые преобразователи. Контроль осуществляется в стесненных условиях, когда выявление дефектов производится не только прямым прозвучиванием, но и лучами, отраженными от донной стенки детали. В сварных соединениях наблюдается ряд эхосигналов от конструктивных особенностей шва, которые попадают в зону контроля. Существует проблема распознавания эхосигналов от дефектов.

Учитывая массовый характер контроля в технологии сварки можно говорить об отдельной технологии ультразвукового контроля сварных соединений.

Типовые средства ультразвукового контроля предназначены для измерения информативных параметров дефектов, таких как амплитуда эхосигнала, координаты дефекта, условные размеры. Совершенствование ультразвуковых дефектоскопов и методик на протяжении уже 3-х десятилетий проводится в рамках указанных информативных параметров. Со временем улучшались характеристики дефектоскопа - уменьшились его габариты и вес, появились сервисные функции, такие как временная регулировка чувствительности, запоминание настроек и данных контроля, связь с ЭВМ и т.д. В методиках контроля стали использоваться новые схемы прозвучивания, например, контроль головными волнами, схемой корневой тандем и контроль с помощью хордовых преобразователей [21]. Однако, решение о годности изделия принимается на основе анализа все тех же параметров - амплитуды, координат, условных размеров. В настоящее время такие традиционные методы контроля наиболее широко используются в практике.

Дальнейшее улучшение ультразвуковой аппаратуры определялось в первую очередь достижениями микроэлектроники. Создание технологии интегральных схем, появление микропроцессоров стимулировало реализацию новых идей в ультразвуковой аппаратуре. В 70-х и 80-х годах преобладало направление создания приборов с развертками типа В (B-scan) и С (C-scan). В развертке В детектированные эхосигналы отображаются на плоскости, а в развертке С формируется объемное изображение. В этих приборах не применяется пространственная обработка эхосигналов, поэтому изображения получаются сильно размытыми. Главное преимущество здесь в том, что изображение дефектов, даже сильно искаженное, лучше воспринимается оператором, чем эхосигнал. Кроме того, прибор выдает протокол контроля.

В начале 90-х годов разработчики ультразвуковой аппаратуры стали изучать пути повышения качества изображений. Аналогичные задачи были решены в радиолокационной технике, применяемой в военных целях. Возможно, какое-то влияние оказала информация о военной технике, ставшая открытой в конце 80-х в связи с уменьшением военной напряженности. По крайней мере, имеется полная аналогия многоэлементных ультразвуковых преобразователей, созданных в этот период, с фазированными антенными решетками.

Методы обработки эхосигналов, повышающие качество изображений, имеют общее название - метод синтезированной апертуры (Synthetic Aperture Focusing Technique). Данный метод впервые был создан для получения изображений в радарах. Позднее использовался в медицинских ультразвуковых сканерах. А в последние годы ведутся исследования по его использованию в приборах ультразвукового контроля металла.

В мире имеется общая тенденция разработки средств визуализации несплошностей, основанных на различных физических методах - ультразвуковой, радиографический, феррозондовый, вихретоковый и т.д. Это и не удивительно, так как представление данных о внутренней структуре изделий в виде изображения позволяет определить местоположение, размеры и форму дефектов, а следовательно позволяет оценить их реальную опасность. На основе анализа изображений решаются вопросы происхождения дефектов и может быть скорректирована технология изготовления, принимаются решения о возможности ремонта или о возможности дальнейшей эксплуатации оборудования.

Ультразвуковой метод является, пожалуй, самым плодотворным с точки зрения формирования изображений. Высокая чувствительность, безопасность применения и оперативность ультразвукового метода делает его наиболее конкурентоспособным по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.