Шаблон для статьи ИКД 2014 - ИжГТУ имени М.Т.Калашникова

УДК 000.000.000
И.О. Фамилия, бакалавр,
И.О. Фамилия, к.т.н., ст. преподаватель
E-mail: [email protected]
Научный руководитель: И.О. Фамилия, д.т.н., профессор
Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова
Название статьи
В настоящее время перспективным методом контроля труб является
волноводный акустический метод благодаря высокой производительности контроля и чувствительности к дефектам различного типа и ориентации. Разработанная на кафедре «Приборы и методы контроля качества» аппаратура контроля (дефектоскопы АДНШ, АДНКТ) внедрена и
успешно используется на ряде предприятий России. В дефектоскопах
используются импульсы моды T(0,1) крутильной волны, возбуждаемые в
объекте контроля на частоте 20 кГц. Лучевая разрешающая способность
при этом составляет порядка 160 мм, мертвая зона – 400 мм. Актуальной
задачей является увеличение частоты контроля, которая позволит улучшить параметры контроля: величину мертвой зоны и разрешающую способность. Для разработки аппаратуры контроля с возможностью регулировки частоты контроля необходимо оценить влияние различных факторов на частоты.
Крутильная волна – это нормальная волна, распространяющаяся
вдоль линейно-протяженного объекта и имеющая только одну угловую
компоненту смещения. На низких частотах и при малых диаметрах в
трубах может распространяться только одна мода крутильной волны
T(0,1). Уравнение движения стержня, совершающего крутильные колебания моды T(0,1) [1]:
 2
z 2

1  2
 0,
CT t 2
(1)
где CT – скорость крутильной волны,  – угол поворота сечения стержня
вокруг оси инерции стержня.
От других мод нормальных волн в стержнях моду T(0,1) отличает
отсутствие дисперсии (фазовая скорость не зависит от частоты f и диаметра стержня). При увеличении частоты и диаметра трубы свойства
волны T(0,1) не меняются [1].
ЭМАП
Объект контроля
ЭМАП
Генератор
Широкополосный
усилитель
Осциллограф
Рис. 1. Блок-схема экспериментальной установки
Экспериментальные исследования выполнены с использованием
двух установок: 1) акустического дефектоскопа АДНКТ с платой аналого-цифрового преобразования разрядностью 14 бит, частотой дискретизации 10 МГц [2]; 2) разработанной экспериментальной установки, блоксхема которой приведена на рис. 1, с возможностью подстройки частоты
импульсов 3–65 кГц и выводом сигнала на цифровой осциллограф
RIGOL DS1102C (частота дискретизации до 400 МГц).
В обеих установках используются ЭМА-преобразователи. Блок
преобразователей дефектоскопа АДНКТ состоит из шести датчиков,
жестко фиксируется на объекте контроля и позволяет регулировать степень прижатия. Для исследований разработаны два ЭМА-датчика, параметры которых приведены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики разработанных датчиков
Размер магнита, мм
Количество витков
Диаметр медного
провода, мм
Количество датчиков в
блоке ЭМАП
Экспериментальный датчик 1
12×25×5
24
Экспериментальный датчик 2
15×15×5
24
0,315
0,315
2
2
2
Донный
эхо-импульс
Точка
пересечения 1
Точка
пересечения 2
Заданный уровень
Рис. 2. Сигнал в графическом представлении
При измерении частоты в ходе экспериментов использованы две
методики:
1. Измерения с помощью программы «Монитор» (рис. 2). При измерении частоты использована следующая методика: задается определенный уровень 10 % от максимальной амплитуды эхо-импульса. Частота эхо-импульса определяется по интервалу между точками пересечения
первого и второго фронта с заданным уровнем.
2. Измерения с помощью программной среды MathCad с использованием численных данных, полученные на экспериментальных установках. Спектральное представление сигнала позволяет получить более
точную и подробную информацию о частоте зарегистрированных импульсов. Типичный спектр импульса крутильной волны в трубе показан
на рис. 3.
В результате экспериментальных исследований выявлены факторы,
влияющие и не влияющие на частоту возбуждаемых импульсов крутильных волн в трубах. В частности, установлено, что частота импульсов не зависит от положения датчика на объекте контроля: установлен
датчик на торце трубы или на небольшом (до 20 мм) расстоянии от торца.
3
Таблица 2. Объекты контроля
№
Диаметр,
мм
Длина,
мм
Толщина
стенки, мм
Тип
дефекта
Выявлен
(датчик 1)
Выявлен
(датчик 2)
1
14
4002
2,1
–
14
4002
2,1
Нет
Нет
3
18
4003
3,2
Бездеф.
Сегментный
паз
Бездеф.
–
2
–
–
Мода T
Дефект
Мода F
а
б
Рис. 4. Зарегистрированные сигналы: для трубы с дефектом (а);
для трубы малого диаметра – сигнал с изгибной модой F (б)
Установлено, что частота импульсов зависит от качества механического контакта, которое определяется жесткостью фиксации датчика на
округлой поверхности трубы. При наличии силы, прижимающей датчик
к трубе, частота возбуждаемых импульсов на дефектоскопе АДНКТ,
имеющего фиксированную номинальную частоту, увеличивается на 2–
3 кГц по сравнению с возбуждением волн при отсутствии внешней прижимающей силы.
Также экспериментально оценено влияние состояния поверхности
на частоту: чем хуже состояние поверхности, тем хуже контакт датчика с
объектом контроля, а значит и ниже частота. При зачистке поверхности
трубы (от ржавчины) в месте установки датчика частота возбуждаемых
импульсов увеличивается в 1,5 раза и достигает 33 кГц.
Таким образом, при разработке аппаратуры с возможностью регулировки частоты контроля с целью обнаружения дефектов на объектах
контроля необходимо обеспечить жесткую фиксацию датчиков на поверхности объекта. Показана возможность регистрации импульсов крутильной волны и отражений от дефекта при использовании метода многократных отражений на частоте 20 кГц в трубах диаметром 14–89 мм.
4
Работа выполнена при поддержке….
Список литературы
1. Ландау Л.Д. Теория упругости / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.:
Наука, 1965. – 204 с.
2. Муравьева О.В. Использование крутильных волн при выявлении эксплуатационных дефектов насосных штанг и насосно-компрессорных труб /
О.В. Муравьева, С.А. Мурашов // Вестник Ижевского государственного технического университета. – Ижевск : Изд-во ИжГТУ, №2(50), 2011. – С. 149–154.
3. Буденков Г.А. Взаимодействие крутильных волн с продольными трещинами труб / Г.А. Буденков, О.В. Недзвецкая, Д.В. Злобин, С.А. Мурашов // Дефектоскопия, 2006, №6. – С. 57–66.
5