×
29.05.2019
219.017.66ed

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ В МАТЕРИАЛЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002301420
Дата охранного документа
20.06.2007
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: для определения коэффициента затухания продольных ультразвуковых колебаний в материале. Сущность: заключается в том, что осуществляют последовательное введение импульсов ультразвуковых колебаний с помощью ультразвукового дефектоскопа и прямого пьезоэлектрического преобразователя в образцы материала перпендикулярно их поверхности, прием импульсов, отраженных от донной поверхности каждого из образцов, регистрируют многократно отраженные импульсы ультразвуковых колебаний, которым присваивают порядковые номера, расчет коэффициента затухания выполняют по двум эхо-сигналам, измеренным на каждом из образцов, отношение амплитуд которых составляет величину не более 2:3 на каждом из образцов, а минимальный по амплитуде эхо-сигнал не менее чем в 2 раза превышает амплитуду шумов в электроакустическом тракте дефектоскопа, решают систему уравнений и определяют коэффициент затухания продольных ультразвуковых колебаний в материале и коэффициент отражения УЗ колебаний от границы материал - преобразователь. Технический результат: определение коэффициента затухания на двух образцах при небольшой разности их толщин, а также возможность определения коэффициента отражения ультразвуковых колебаний от границы материал - преобразователь без проведения дополнительных измерений. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может найти применение при определении коэффициента затухания продольных ультразвуковых (УЗ) колебаний в материале, а также коэффициента отражения от границы материала и пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП), например, при расчете акустических параметров при реализации метода многократных отражений (ревербераций) УЗ колебаний в многослойных конструкциях.

Известен способ определения коэффициента затухания продольных ультразвуковых колебаний в материале путем измерения амплитуды многократно отраженных импульсов УЗ колебаний с применением акустической задержки из иммерсионной среды (жидкости) или твердого материала (Ермолов И.Н. Методики измерения затухания ультразвука (Обзор). // Заводская лаборатория. - 1992 - №6 - с.28-29).

К недостаткам способа относится следующее:

1. Большая погрешность измерения, обусловленная тем, что при вводе импульсов УЗ колебаний образуются многократно отраженные импульсы УЗ колебаний в материале задержки, которые при совпадении во времени с импульсами в исследуемом материале дают ложные значения измеряемых амплитуд за счет интерференции УЗ колебаний.

2. Невозможность определения коэффициента затухания в металле на больших частотах порядка 5...10 МГц, в связи со значительным затуханием УЗ колебаний в материале задержки.

Известен способ определения коэффициента затухания продольных ультразвуковых колебаний в материале путем измерения амплитуды многократно отраженных импульсов УЗ колебаний с применением балластного пьезоэлектрического преобразователя (Ермолов И.Н. Методики измерения затухания ультразвука (Обзор). // Заводская лаборатория. - 1992 - №6 - с.27).

В известном способе определяют коэффициент отражения от границы материала и пьезоэлектрического преобразователя по снижению амплитуды импульса, отраженного от дна, при установке на донной поверхности балластного преобразователя, аналогичного по конструкции рабочему. Затем, зная коэффициент отражения, определяют коэффициент затухания по отношению амплитуд многократно отраженных импульсов.

Недостатки способа - большая погрешность определения коэффициента отражения, а вследствие этого, и коэффициента затухания, из-за практической сложности одновременного обеспечения надежного акустического контакта рабочего и балластного ПЭП с материалом и совпадения их акустических осей, а также необходимость наличия балластного ПЭП с акустическими характеристиками, идентичными рабочему ПЭП.

Известен способ определения коэффициента затухания продольных ультразвуковых колебаний в материале на двух образцах материала различной толщины, взятый нами в качестве прототипа (Ермолов И.Н. Методики измерения затухания ультразвука (Обзор). // Заводская лаборатория. - 1992 - №6 - с.26-27). На каждом из образцов получают донный импульс УЗ колебаний от границы материал - воздух (дна образца), которые регистрируют на экране дефектоскопа в виде эхо-сигналов. Измеряют амплитуды эхо-сигналов донных импульсов на каждом образце, по соотношению которых определяют коэффициент затухания.

К недостаткам способа относится то, что для достижения точности определения затухания в стальных изделиях 10% необходимо применять образцы с существенной разностью их толщины (до 500 мм).

Технической задачей изобретения является определение коэффициента затухания на объектах, из которых возможно изготовить образцы с малой разностью толщины (до 8-15 мм), что требуется, например, на стальных трубопроводах с толщиной стенки до 20 мм.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения коэффициента затухания продольных ультразвуковых колебаний в материале на двух образцах материала различной толщины, включающем последовательное введение импульсов ультразвуковых колебаний с помощью ультразвукового дефектоскопа и прямого пьезоэлектрического преобразователя в образцы материала перпендикулярно их поверхности, прием импульсов отраженных от донной поверхности каждого из образцов, преобразование импульсов в эхо-сигналы, измерение амплитуды эхо-сигналов и расчет коэффициента затухания по отношению амплитуд эхо-сигналов, согласно изобретению измерение амплитуды эхо-сигналов ведут, регулируя диапазон развертки дефектоскопа и регистрируя многократно отраженные импульсы ультразвуковых колебаний, которым присваивают порядковые номера, расчет коэффициента затухания выполняют по двум эхо-сигналам, измеренным на каждом из образцов, отношение амплитуд которых составляет величину не более 2:3 на каждом из образцов, а минимальный по амплитуде эхо-сигнал не менее чем в 2 раза превышает амплитуду шумов в электроакустическом тракте дефектоскопа, решают систему уравнений и определяют коэффициент затухания продольных ультразвуковых колебаний в материале и коэффициент отражения ультразвуковых колебаний от границы материал - преобразователь:

где m, n, k, s - номера импульсов, причем m>n, k>s;

- отношение амплитуд донных импульсов на первом и втором образцах соответственно;

r1 и r2 - толщины первого и второго образцов соответственно;

ϕ(m·r1), ϕ(k·r2), ϕ(n·r1), ϕ(s·r2) - функция ослабления донного импульса в результате расширения акустического поля преобразователя для толщины m·r1, k·r2, n·r1, s·r2 соответственно;

Rм-пэп - коэффициент отражения от границы материал-преобразователь;

δ - коэффициент затухания ультразвуковых колебаний в материале.

Затухание ультразвука в материале зависит от коэффициента затухания 5 и расстояния, которое проходит ультразвуковой импульс. При введении УЗ импульса в образец материала на экране дефектоскопа можно наблюдать серию затухающих эхо-сигналов. Первый эхо-сигнал является результатом введенного импульса, отразившегося от донной поверхности образца и прошедшего путь, равный удвоенной толщине образца (2r, где r - толщина образца). Второй эхо-сигнал - результат последовательного отражения части энергии импульса от границ материал-преобразователь и материал-воздух (путь - 4r), путь третьего - 6r и т.д. Скорость затухания амплитуд эхо-сигналов преимущественно будет зависеть от коэффициента затухания и толщины образца.

В известном способе (прототипе) рассчитывают коэффициент затухания по отношению амплитуды первых эхо-сигналов, полученных на образцах разной толщины, т.к. для этого не нужно знать коэффициент отражения от границы материал - преобразователь. Однако в связи с малым коэффициентом затухания ряда материалов (например, для стали δ=5...50 дБ/м) для того, чтобы получить разность амплитуд, превышающую погрешность самих измерений, необходимо обеспечить значительную разность пути пробега импульсов применением образцов существенно различной толщины.

С этой же целью можно использовать отношение амплитуд эхо-сигналов, полученных в результате приема многократно отраженных импульсов (аналог), при этом можно использовать даже один образец, рассчитывая коэффициент затухания, например, по отношению амплитуд первого и третьего эхо-сигналов. Однако в этом случае появляется второе неизвестное - коэффициент отражения от границы материал -преобразователь Rм-пэп, т.к. импульсы будут отражаться повторно именно от нее, при этом соотношение амплитуд n- и n+1-го эхо-сигналов описывается уравнением:

где Ф - коэффициент, учитывающий неравномерность акустического поля преобразователя.

Оба неизвестных: коэффициенты отражения Rм-пэп и затухания δ, для данного вида материала и преобразователя (характеризуемого в том числе и рабочей частотой) являются величиной постоянной.

В заявляемом способе последовательно получают два уравнения на двух образцах. При этом разность толщины образцов может составлять для стали 8-15 мм, т.к. расчет ведется по отношению амплитуд эхо-сигналов от многократно отраженных импульсов. Затем из системы двух уравнений определяют сразу два неизвестных. При определенной настройке чувствительности дефектоскопа первые эхо-сигналы будут иметь амплитуду, соответствующую высоте экрана дефектоскопа, последние будут сравнимы с амплитудой шумов в электроакустическом тракте дефектоскопа. Очевидно, что для получения большей точности заявляемого способа необходимо учитывать в уравнениях эхо-сигналы, амплитуды которых различны и отношение которых составляет порядка 0,3...0,6.

Но при этом не следует учитывать в качестве минимального эхо-сигнал, амплитуда которого менее чем в 2 раза превосходит уровень шумов в электроакустическом тракте дефектоскопа, вследствие возможного влияния интерференции и, соответственно, изменения его действительной амплитуды.

Способ поясняется фиг.1-2, где на фиг.1 изображен экран дефектоскопа, показывающий вариант индикации эхо-сигналов от многократно отраженных импульсов ультразвуковых колебаний на первом образце, а на фиг.2 - соответственно на втором образце.

Способ реализуют следующим образом.

Устанавливают пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) последовательно на образцы материала различной толщины. Регистрируют на экране 1 дефектоскопа эхо-сигналы от многократно отраженных импульсов УЗ колебаний 2, которым присваивают порядковые номера и определяют отношение амплитуды двух эхо-сигналов на каждом из образцов. При этом эхо-сигналы выбирают таким образом, чтобы отношение их амплитуды составляло не менее чем 2:3, амплитуда минимального из этих эхо-сигналов не менее чем в 2 раза превышала уровень шумов в электроакустическом тракте дефектоскопа.

Коэффициент затухания материала и коэффициент отражения от границы пьезоэлектрический преобразователь - материал являются постоянными для образцов материала и определяют из системы двух уравнений:

где m, n, k, s - номера импульсов, причем m>n, k>s;

- отношение амплитуд донных импульсов на первом и

втором образцах соответственно;

r1 и r2 - толщины первого и второго образцов соответственно;

ϕ(m·r1), ϕ(k·r2), ϕ(n·r1), ϕ(s·r2) - функция ослабления донного импульса в результате расширения акустического поля преобразователя для толщины m·r1, k·r2, n·r1, s·r2 соответственно;

Rм-пэп - коэффициент отражения ультразвуковых колебаний от границы материал - преобразователь;

δ - коэффициент затухания ультразвуковых колебаний в материале.

Пример.

Для контроля качества соединения полиэтиленового покрытия и стальной трубы методом многократных отражений (реверберации) УЗ колебаний, вводимых со стороны трубы, необходимо определить коэффициент затухания стали и коэффициент отражения от границы пьезоэлектрический преобразователь - сталь. Образцы изготавливают из труб толщиной 20 мм, размеры образцов 50×50×12 мм и 50×50×20 мм.

Применяют серийный УЗ дефектоскоп общего назначения УД2-12 и ПЭП П111-2,5-12-002. Устанавливают ПЭП на образец толщиной 12 мм через слой контактной жидкости (воды). Регистрируют многократно отраженные от поверхности металла эхо-сигналы 2 (фиг.1). Перемещением и вращением ПЭП находят такое его положение, при котором амплитуда первого эхо-сигнала максимальна. Корректируют чувствительность дефектоскопа регуляторами «АМПЛ» и «Ослабление dB», выставляя амплитуду первого эхо-сигнала на экране 1 на заданный уровень 3 - семь клеток разметки экрана. Регуляторами «Длительность развертки» и «Задержка развертки» устанавливают эхо-сигналы от многократно отраженных импульсов в пределах экрана 1. Присваивают порядковые номера эхо-сигналам 2. По показаниям экрана дефектоскопа определяют, что, например, отношение амплитуд эхо-сигналов №1 и №3 составляет величину не более чем 2:3, при этом амплитуда эхо-сигнала №3 более чем в 2 раза превышает уровень шумов 4 в электроакустическом тракте дефектоскопа, составляющий 0,6-0,8 клетки разметки экрана 1.

Эхо-сигналы №1 и №3, полученные на образце толщиной 12 мм, используют для определения коэффициента затухания, следовательно, m=3, n=1.

По показаниям экрана дефектоскопа определяют амплитуду эхо-сигналов и вычисляют их отношение:

Устанавливают ПЭП на образец толщиной 20 мм через слой контактной жидкости (воды). Регистрируют многократно отраженные от поверхности металла эхо-сигналы 2 (фиг.2). Перемещением и вращением ПЭП находят такое его положение, при котором амплитуда первого эхо-сигнала максимальна. Корректируют чувствительность дефектоскопа регуляторами «АМПЛ» и «Ослабление dB», выставляя амплитуду первого эхо-сигнала на экране 1 на заданный уровень 3 - семь клеток разметки экрана. Регуляторами «Длительность развертки» и «Задержка развертки» устанавливают все эхо-сигналы от многократно отраженных импульсов в пределах экрана 1. Присваивают порядковые номера эхо-сигналам 2. По показаниям экрана дефектоскопа определяют, что, например, отношение амплитуд эхо-сигналов №1 и №2 составляет величину не более чем 2:3, при этом амплитуда эхо-сигнала №2 более чем в 2 раза превышает уровень шумов 4 в электроакустическом тракте дефектоскопа, составляющий 0,6-0,8 клетки разметки экрана 1.

Эхо-сигналы №1 и №2, полученные на образце толщиной 20 мм, используют для определения коэффициента затухания, следовательно, k=2, s=1.

Рассчитывают ослабление донного сигнала ϕ(r) для толщины (в мм): m·r1=3·12=36; n1·r1=1·12=12; k·r2=2·20=40; s·r2=1·20=20, при протяженности ближней зоны ПЭП П111-2,5-12-002 rб=10,5 мм по известной методике [(Ермолов И.Н. Методики измерения затухания ультразвука (Обзор). // Заводская лаборатория. - 1992 - №6 - с.26):

ϕ(36)=0,42; ϕ(12)=0,75; ϕ(40)=0,4; ϕ(20)=0,67.

Подставляют полученные значения и решают систему двух уравнений с двумя неизвестными:

Определяют, что коэффициент затухания δ=5,83 дБ/м, коэффициент отражения Rм-пэп=0,95.

Способ позволяет производить определение коэффициента затухания на двух стальных образцах при небольшой разности толщины 8-15 мм и рассчитывать коэффициент отражения ультразвуковых колебаний от границы материал - преобразователь без проведения дополнительных измерений.

Способопределениякоэффициентазатуханияпродольныхультразвуковыхколебанийвматериаленадвухобразцахматериаларазличнойтолщины,включающийпоследовательноевведениеимпульсовультразвуковыхколебанийспомощьюультразвуковогодефектоскопаипрямогопьезоэлектрическогопреобразователявобразцыматериалаперпендикулярноихповерхности,приемимпульсов,отраженныхотдоннойповерхностикаждогоизобразцов,преобразованиеимпульсоввэхо-сигналы,измерениеамплитудыэхо-сигналовирасчеткоэффициентазатуханияпоотношениюамплитудэхо-сигналов,отличающийсятем,чтоизмерениеамплитудыэхо-сигналовведут,регулируядиапазонразверткидефектоскопаирегистрируямногократноотраженныеимпульсыультразвуковыхколебаний,которымприсваиваютпорядковыеномера,расчеткоэффициентазатуханиявыполняютподвумэхо-сигналам,измереннымнакаждомизобразцов,отношениеамплитудкоторыхсоставляетвеличинунеболее2:3накаждомизобразцов,аминимальныйпоамплитудеэхо-сигналнеменеечемв2разапревышаетамплитудушумоввэлектроакустическомтрактедефектоскопа,решаютсистемууравненийиопределяюткоэффициентзатуханияпродольныхультразвуковыхколебанийвматериалеикоэффициентотраженияультразвуковыхколебанийотграницыматериал-преобразователь:337600000007.tiftifdrawing60гдеm,n,k,s-номераимпульсов,причемm>n,k>s;112100000008.tiftifdrawing62rиr-толщиныпервогоивторогообразцовсоответственно;ϕ(m·r),ϕ(k·r),ϕ(n·r),ϕ(s·r)-функцияослаблениядонногоимпульсаврезультатерасширенияакустическогополяпреобразователядлятолщиныm·r,k·r,n·r,s·r,соответственно;R-коэффициентотраженияультразвуковыхколебанийотграницыматериал-преобразователь;δ-коэффициентзатуханияультразвуковыхколебанийвматериале.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-5 из 5.
20.02.2019
№219.016.bc79

Способ выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами

Использование: для выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами. Сущность заключается в том, что осуществляют введение посредством пьезоэлектрического преобразователя ультразвукового дефектоскопа импульсов ультразвуковых колебаний в покрытие, прием и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002278378
Дата охранного документа: 20.06.2006
20.02.2019
№219.016.bcdd

Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях

Изобретение относится к области оценки технического состояния конструкций и может быть использовано для определения механических напряжений, например, в стальных трубопроводах надземной прокладки. Сущность изобретения состоит в том, что для определения механических напряжений стальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002281468
Дата охранного документа: 10.08.2006
20.02.2019
№219.016.befd

Способ нанесения защитного покрытия на трубопровод

Изобретение относится к строительству трубопроводного транспорта и может быть использовано при нанесении защитного полимерного покрытия на магистральные трубопроводы. Очищают поверхность стального трубопровода, нагревают ее перемещением нагревателя вдоль трубопровода и наносят один или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002315899
Дата охранного документа: 27.01.2008
29.05.2019
№219.017.6481

Способ предотвращения развития дефектов стенок трубопроводов

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при ремонте трубопроводов с трещиноподобными дефектами. Определяют местоположение и характер дефекта, вскрывают трубопровод, удаляют изоляционное покрытие и зачищают дефект. Уменьшают давление в трубопроводе,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002295088
Дата охранного документа: 10.03.2007
29.05.2019
№219.017.6494

Способ восстановления исходных механических свойств металла длительно эксплуатируемых электросварных труб

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: вырезают из исследуемых труб образцы. Восстанавливают исходные свойства металла трубы путем термообработки и подготавливают образцы к механическим испытаниям. Термообработку образцов производят нагревом до 500°С, выдержкой при этой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002290620
Дата охранного документа: 27.12.2006
Показаны записи 1-10 из 80.
10.01.2013
№216.012.19a8

Способ выявления отслаиваний покрытия подземных трубопроводов

Изобретение относится к области оценки технического состояния подземных магистральных трубопроводов и может найти применение при выявлении участков трубопроводов с отслаиванием антикоррозионного покрытия. Задачей способа является снижение трудоемкости и повышение безопасности способа. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472060
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1db4

Способ определения местоположения источника блуждающего тока

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии блуждающими токами и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях промышленности для определения наличия и местоположения источника блуждающих токов. Сущность: выбирают не менее двух участков вблизи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473098
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.02.2013
№216.012.2422

Способ предотвращения развития дефектов стенок трубопроводов

Изобретение относится к строительству и эксплуатации подземных магистральных трубопроводов из стальных труб с антикоррозионным покрытием заводского нанесения и может быть использовано для его ремонта и предотвращения развития дефектов стенок трубопроводов при эксплуатации. Устанавливают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474752
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.05.2013
№216.012.41a6

Способ предохранения антикоррозионного покрытия при строительстве трубопроводов

Изобретение может быть использовано для предупреждения сдвига и отслаивания покрытия при проведении сварочно-монтажных работ. На трубопровод устанавливают фиксирующий и удерживающий хомуты, состоящие из трех криволинейных элементов. Удерживающий хомут устанавливают на кромку антикоррозионного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482376
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.06.2013
№216.012.4dc7

Способ выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами

Использование: для выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами. Сущность: заключается в том, что осуществляют возбуждение в покрытии и металле трубы посредством сухого точечного контакта упругих волн с помощью излучающего вибратора, прием и регистрацию режима...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485493
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.09.2013
№216.012.6cec

Противопехотная осколочная мина дистанционной установки

Изобретение относится к боеприпасам и может быть использовано для поражения живой силы противника. Противопехотная осколочная мина дистанционной установки содержит направляющий корпус, устройство установки, подпружиненные лапки, накидную крышку, стабилизатор в виде капроновых лент или парашюта,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493535
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.7437

Способ определения температуры кристаллизации парафинов в нефти

Изобретение относится к области определения физических параметров пластовых флюидов и может быть использовано в промышленных и научно-исследовательских лабораториях для определения температуры кристаллизации парафинов в нефти. Согласно заявленному способу выполняют нагрев образца нефти с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495408
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.11.2013
№216.012.832b

Способ выявления внутренних расслоений стенок труб

Использование: для выявления внутренних расслоений стенок труб. Сущность заключается в том, что осуществляют подготовку поверхности трубы к ультразвуковому контролю, сканирование ее ультразвуковым преобразователем, подключенным к прибору, и выявление мест расслоений по показаниям прибора, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499255
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.04.2014
№216.012.b3f6

Маркер для внутритрубной диагностики

Изобретение относится к магнитной внутритрубной диагностике и может использоваться в нефтегазовой промышленности при определении координат дефектов металла труб подземных трубопроводов. Маркер состоит из двух маркерных накладок, выполненных из ферромагнитного материала, а именно из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511787
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.04.2014
№216.012.bccd

Способ определения касательных напряжений в стальных трубопроводах

Изобретение относится к области оценки технического состояния трубопроводов и может быть использовано для определения касательных напряжений в стальных трубопроводах надземной прокладки. Техническая задача решается тем, что в способе определения касательных напряжений в стальных трубопроводах,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514072
Дата охранного документа: 27.04.2014
+ добавить свой РИД