Автоматизированная система ультразвукового контроля концевых участков труб САУЗК «Унискан-ЛуЧ КТ-7»

В последние годы, наблюдается тенденция стремительного развития и повышения конкурентоспособности предприятий-представителей трубной промышленности Украины. Это вполне объяснимо, т.к. производители повышают качество и объемы выпускаемой продукции, что дает им возможность оставаться монополистами на украинском рынке и завоевывать новые зарубежные рынки сбыта производимой продукции. Как уже было сказано, неоспоримый вклад в развитие данной отрасли вносит гарантия производителем качества продукции, предлагаемой заказчику, а это, в свою очередь, достижимо только в случае проведения качественного контроля продукции на выходе из производства. Раскрывая эту тему, можно сказать, что на сегодняшний день, средства автоматизированного и ручного неразрушающего контроля качества продукции, используемые на отечественных заводах, требуют глобальной модернизации и даже полной замены.

Более простым является решение проблемы, связанной с модернизацией средств ручного способа контроля, т.к. внутренний рынок Украины насыщен портативной продукцией неразрующего контроля (НК), как отечественных, так и зарубежных производителей. Учитывая то, что оборудование для проведения ручного НК имеет сравнительно доступный ценовой порог, потребителю остается только определить необходимый уровень оборудования.

Говоря о средствах автоматизированного НК, можно отметить, что модернизация имеет более сложный характер, т.к. переоснащению подлежат не только узлы автоматики, но и аппаратно-вычислительные блоки автоматизированных систем, которые создавались на элементной базе, актуальной десятки лет назад и на сегодняшний день просто не могут обеспечивать необходимый уровень проведения контроля качества продукции.

Учитывая острую потребность предприятий в модернизации имеющихся и приобретении новых автоматизированных систем контроля, Украинский Научно-исследовательский Институт неразрушающего контроля (УкрНИИНК) продолжает научно-производственную работу в данной отрасли НК. Последней разработкой Института является Система автоматизированного ультразвукового контроля (САУЗК) на базе многоканального ультразвукового дефектоскопа «Унискан-ЛуЧ» САУЗК «Унискан-ЛуЧ КТ-7», предназначенная для ультразвукового контроля концевых участков труб диаметром от 406 до 1422 мм с толщиной стенки от 6,3 до 40,7 мм и длиной до 12.5 м на наличие плоскостных дефектов типа расслоений и продольно-ориентированных трещин.

Заказчиком данной автоматизированной системы является один из крупнейших производителей труб среднего и большего диаметра на территории СНГ — ОАО «Харцизский трубный завод».

Хотелось бы напомнить читателю, что данной автоматизированной системе в послужном списке УкрНИИНК предшествовали такие системы, как:

• Установка ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных осей на базе многоканального ультразвукового дефектоскопа «Унискан-ЛуЧ», предназначенная для проведения автоматизированного контроля чистовых железнодорожных осей в соответствии с РД 32.144-2000.
  
  Заказчики: ОАО КВСЗ Украина, г. Кременчуг; ОАО ЛЛМЗ Россия, г. Москва;
• Установка ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных колес на базе многоканального ультразвукового дефектоскопа «Унискан-ЛуЧ», предназначенная для проведения автоматизированного ультразвукового контроля железнодорожных цельнокатаных колес в соответствии с РД 32.144-2000.
  
  Заказчики: НТЗ Украина, г. Днепропетровск;
• Механизированная установка ультразвукового контроля ведущего вала коробки передач СКВ-01.
  
  Заказчики: ХРП «АвтоЗАЗ-Мотор» Украина, г. Мелитополь.

Итак, вернемся к последней разработке УкрНИИНК — САУЗК «Унискан-ЛуЧ КТ-7».

«Унискан-ЛуЧ КТ-7» представляет собой автоматизированную систему, в которой заложена совокупность передовых технологий и решений, позволяющих производить высокоэффективный и качественный контроль концов труб при внедрении системы в технологическую линию производства. Обеспечиваемая производительность контроля составляет не менее 20 труб в час, при условии ритмичной подачи труб на позицию контроля и бездефектности контролируемых труб. Время контроля бездефектной трубы без учета времени загрузки-выгрузки на позицию контроля не превышает 2 минут.

Система автоматизированного ультразвукового контроля концов труб «Унискан-ЛуЧ КТ-7» позволяет одновременно проводить комплексный 100% ультразвуковой контроль по всей толщине стенки трубы на наличие продольно-ориентированных трещин и наличие плоскостных дефектов типа расслоений с ограничением зоны контроля по ближней и дальней мертвым зонам.

Система обеспечивает выявление:

• дефектов, эквивалентных по своей отражающей способности контрольному отражателю в виде плоскодонного сверления диаметром 3 мм, расположенного на любом участке контролируемой зоны, в пределах мертвых зон, по толщине стенки трубы — 2 мм от поверхности ввода ультразвуковых колебаний и 2 мм от внутренней поверхности трубы;
• дефектов, эквивалентных по своей отражающей способности контрольному отражателю продольной, относительно оси трубы, ориентации в виде прямоугольного паза шириной не более 1 мм, глубиной 5% от номинальной толщины стенки трубы и протяженностью 15 мм, выполненного на наружной и внутренней поверхностях трубы.

Контроль концов труб на наличие расслоений проводится с использованием прямых раздельно-совмещенных ультразвуковых преобразователей с рабочей частотой 5 МГц, контроль на наличие продольных дефектов — наклонными, совмещенными ультразвуковыми преобразователями с углом ввода 45? и рабочими частотами 2,5 и 5 МГц.

Для обеспечения постоянного и качественного акустического контакта между поверхностью сканирования ультразвукового датчика и внешней поверхностью контролируемой трубы разработчиками нашего предприятия предусмотрено использование в конструкции рабочего сканера специальных высокопрочных корпусов-рамок, в которых непосредственно закреплены датчики.

Конструкция рамок предусматривает:

• индивидуальную подачу контактной жидкости в создаваемый между поверхностями ультразвуковых датчиков и объекта контроля зазор;
• обеспечение строгой ориентации ультразвукового преобразователя относительно направления сканирования, что дает возможность четко определять направленность излучения;
• создание щелевого акустического контакта, что предохраняет от изнашивания рабочую поверхность ультразвукового преобразователя и гарантирует стабильность подачи контактной жидкости;

Проведение контроля делится на отдельные циклы, в каждом из которых проводится контроль полос шириной 60 мм по обоим концам трубы одновременно.

Система обеспечивает за один полный оборот трубы ультразвуковое прозвучивание зоны шириной 60 мм, отстоящей на 10 мм от торца трубы, за исключением околошовной зоны в пределах 25 мм от границ валика усиления сварного шва. При обнаружении недопустимого дефекта в проконтролированной области, система автоматически переходит на контроль соседнего участка трубы шириной 60 мм. Максимальное количество полос, подвергаемых контролю, — 9.

Такой вариант построения логики цикла контроля, реализованный в «САУЗК Унискан-ЛуЧ КТ-7», позволяет четко зафиксировать координаты забракованного участка в проконтролированном объеме тела конца трубы и выдать эти данные на рассмотрение оператора. В процессе контроля следующей полосы, при обнаружении недопустимого дефекта на предыдущей полосе, место локации найденного дефекта маркируется краской. Блок краскоотметки представлен шестью автоматическими пульверизаторами, расположенными по три с каждой стороны контролируемой трубы. В системе предусмотрена раздельная маркировка дефектов различного типа, а также маркирование «факта контроля» трубы.

Ультразвуковой контроль полосы шириной 60 мм с одного конца трубы проводится с использованием 18 ультразвуковых преобразователей, в соответствии с принятой схемой прозвучивания. Схема расположения преобразователей в сканерах позволяет обеспечить прозвучивание всего контролируемого объема по толщине стенки трубы, с учетом мертвых зон, на полосе шириной 60 мм вдоль образующей трубы с перекрытием зон контроля соседних преобразователей. Контролируемая полоса условно разделяется на 6 трасс контроля (по 10 мм каждая), в каждой из которых отрабатывают по два встречно — направленных наклонных ультразвуковых преобразователя с рабочими частотами 5 либо 2.5 МГц и углами ввода 45° и одному раздельно-совмещенному прямому ПЭП.

С целью автоматического нахождения системой каждого края трубы, загруженной на пост контроля, и динамического отслеживания каждого края трубы в процессе контроля применяется блок поиска края трубы, представленный четырьмя оптическими лазерными датчиками, которые определяют состояние наличия края. Расположение датчиков предусматривает анализ всех возможных положений трубы на позиции контроля и перемещение измерительного устройства в исходное рабочее положение. Также работа данного блока обеспечивает переход измерительного устройства на контроль последующего участка трубы шириной 60 мм.

Система обеспечивает измерение амплитуды сигналов, глубины залегания и угловых координат выявленных дефектов, толщины стенки трубы и оценку условной протяженности и площади выявленных дефектов.

Универсальная реализация структуры системы дает ей возможность подстраиваться под требования Заказчика относительно организации поста контроля в технологических линиях предприятия. Система может представлять собой как отдельный самостоятельный пост ультразвукового контроля, так и интегрированный в существующие на предприятии посты контроля, обслуживающие параллельные технологические линии.

Структурно система САУЗК «Унискан-ЛуЧ КТ-7» состоит из двух основных частей, связанных единой системой управления:

• механической части;
• аппаратно-вычислительной комплекса, который в свою очередь состоит из:
  • пульта оператора;
  • аппаратно-вычислительного блока;

Все органы управления системой вынесены на пульт оператора, который представлен панелью управления и панелью отображения рабочей информации. Находясь на своем рабочем месте, оператор управляет подачей трубы на позицию контроля, проведением контроля и выгрузкой отконтроллированной трубы на следующий этап технологической линии; также, на панели представлены средства автоматической сигнализации дефекта: при нахождении недопустимых дефектов на панели срабатывает световая, а также звуковая сигнализации.

Информационная панель оператора представлена двумя рабочими TFT- дисплеями, на одном из которых представляется информация, отображающая проведение текущего контроля трубы, а именно:

• информация о времени начала/окончания контроля;
• идентификация оператора, проводящего контроль;
• габаритные размеры контролируемой трубы;
• нормативная документация, согласно которой проводится контроль;
• информация о результатах контроля, представленная в виде дефектограмм и итоговых таблиц, которые отображают статистику проведенного контроля.

Второй рабочий дисплей является составной частью блока видео-наблюдения и предназначен для наблюдения оператором за работой механической части системы.

Благодаря возможности удаленного видео-наблюдения, оператор может осуществлять управление, проводить контроль и просто контролировать состояние рабочих узлов системы, находясь в отдельном помещении, что предоставляет возможность максимально удалить рабочее место (помещение) оператора от производственной линии — т.е. обезопасить и сделать удобной работу оператора.

Система автоматизированного ультразвукового контроля концов труб «Унискан-ЛуЧ КТ-7» обеспечивает 100% документирование результатов контроля, в частности:

• запись, хранение результатов и on-line отображение информации о процессе контроля в виде дефектограммы — данная информация позволяет оперативно оценивать результаты контроля непосредственно в процессе его проведения;
• выдачу результатов контроля на электронном и бумажном носителе. При помощи специального пакета программного обеспечения предусмотрена удаленная работа с архивами сохраненных данных, формирование различных форм отчетов и протоколов по полученным результатам;
• по желанию заказчика может производится передача информации о результатах контроля в систему АСУ ТП цеха.

В конце статьи хотелось бы подвести итог, и еще раз отметить основные характеристики системы автоматизированного ультразвукового контроля (САУЗК) концов труб на базе многоканального ультразвукового дефектоскопа «Унискан-ЛуЧ» САУЗК «Унискан-ЛуЧ КТ-7»:

• проведение ультразвукового контроля концевых участков труб диаметром от 406 до 1422 мм, с толщиной стенки от 6,3 до 40,7 мм.
• типы выявляемых дефектов: плоскостные дефекты типа расслоений и продольно-ориентированных трещины;
• количество ультразвуковых каналов — 48;
• рабочие частоты ультразвуковых ПЭП — 2.5, 5 МГц;
• индивидуальное отслеживание акустического контакта каждого ПЭП;
• автоматическое слежение за краем трубы в процессе контроля;
• раздельная маркировка координаты дефектного участка, а также факта контроля трубы;
• система АСД;
• возможность интегрирования системы видео-наблюдения;
• время контроля бездефектной трубы без учета времени загрузки-выгрузки на позицию контроля — не превышает 2 минут;
• 100% документирование результатов контроля.

Юрченко А.В.
инженер ЗАО «УкрНИИНК»