Развитие теории применения цифровых технологий при комплексной диагностики различными физическими методами неразрушающего контроля

Для повышения качества продукции и обеспечения общественной безопасности опасные производственные объекты регулярно диагностируются на наличие дефектов или неисправностей, которые снижают их структурную целостность. Среди множества существующих способов испытаний методы неразрушающего контроля имеют значительное преимущество, заключающееся в том, что после диагностирования объект контроля остается неповрежденными. Сегодня большая часть оборудования для неразрушающего контроля является автоматизированным и управляется с помощью персонального компьютера, для облегчения интерпретации сигналов. Измерения, полученные одним типом датчиков, предоставляют лишь ограниченную информацию об объекте контроля. Поскольку каждый метод неразрушающего контроля имеет свои преимущества и недостатки, для полноценного исследования контролируемого объекта требуется использование нескольких методов. Данные, полученные разными системами неразрушающего контроля, могут противоречить друг другу, быть неполными или неоднозначными в случае анализа результатов различных методов неразрушающего контроля по отдельности. Цифровые технологии слияния данных используются для объединения информации, полученной несколькими методами неразрушающего контроля и применяются для принятия решений о состоянии объекта контроля, что позволяет существенно уменьшить вероятность ошибочной интерпретации результатов, связанных с человеческим фактором. Слияние данных определяется как синергетический процесс объединения данных от различных источников для получения более согласующейся, точной и полезной информации, чем информация от одного отдельного источника. Слияние данных широко применятся в оборонной промышленности и робототехнике, а его применение в неразрушающем контроле весьма актуально в последнее время. Применение современных методов комплексного анализа данных, таких как математическая статистика, нечеткая логика, машинное обучение невозможно без применения цифровых технологий, поэтому проект соответствует направлению из Стратегии научнотехнологического развития РФ Н1. Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта. Сварные соединения, выполненные дуговыми способами сварки, содержат множество различных типов дефектов как поверхностных, так и внутренних, эксплуатационных и появляющихся во время сварки. К основным типам дефектов сварных соединений, полученных дуговой сваркой, относятся трещины, несплавления с кромкой, поры, неметаллические включения, подрезы, непровары в корне шва, дефекты геометрии шва и т.п. В настоящее время, согласно нормативной документации различных отраслей стыковые соединения подвергаются визуальному и измерительному, вихретоковому, радиографическому и ультразвуковому методам неразрушающего контроля. Анализ данных и оценка качества сварного соединения по результатам вышеперечисленных методов неразрушающего контроля происходит по отдельности, причем каждый из вышеперечисленных методов неразрушающего контроля имеет свои преимущества и недостатки. Визуальный и измерительный контроль позволяет оценить соответствие геометрических параметров сварных соединений требованиям нормативной документации, а также обнаружить поверхностные дефекты сварных соединений, такие как, несплавления, выходящие на поверхность, подрезы, не заваренные кратеры, прожоги, неметаллические включения и т.д. К недостаткам визуального и измерительного контроля можно отнести возможность обнаружения только дефектов, выходящих на поверхность, имеющих относительно широкое раскрытие, а также наличие субъективного фактора, обусловленного особенностями специалиста, проводящего контроль. Вихретоковый контроль позволяет с большой достоверностью выявить поверхностные трещины с малым раскрытием, но на ферромагнитных материалах позволяет выявлять только поверхностные дефекты. Радиографический метод неразрушающего контроля имеет высокую выявляемость внутренних объемных дефектов, но низкую выявляемость плоскостных дефектов, а также при радиографическом контроле присутствует субъективный фактор, обусловленный особенностями специалиста, производящего расшифровку результатов контроля. Существует множество методов ультразвукового контроля, но для контроля сварных швов в основном применяются эхо-импульсный, эхо-зеркальный (тандем) и дифракционный методы. Эхоимпульсный и эхо-зеркальный методы ультразвукового контроля имеют высокую выявляемость плоскостных дефектов, а также просты в расшифровке. Дифракционный метод ультразвукового контроля имеет высокую выявляемость как плоскостных, так и объемных дефектов, а также позволяет точно определять размеры дефектов, причем ориентация дефекта никак не влияет на выявляемость. К недостаткам эхо-импульсного и эхо-зеркального методов ультразвукового контроля можно отнести низкую выявляемость объемных дефектов, сильную зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта, а также возможное наличие ложных сигналов, обусловленных геометрией сварного соединения. К недостаткам дифракционного метода ультразвукового контроля можно отнести наличие «мертвых» зон у внешней и внутренней поверхности, а также наличие субъективного фактора, обусловленного особенностями специалиста, проводящего расшифровку результатов контроля. Все упомянутые методы неразрушающего контроля прекрасно дополняют и компенсируют недостатки друг друга, и в литературных данных отсутствуют разработанные алгоритмы и модели, позволяющие производить совместную обработку всего комплекса методов неразрушающего контроля сварных швов. Научная новизна исследований заключается в установлении оптимальных подходов к совместной обработке данных, полученных по результатам комплексной диагностики, построению алгоритмов и определению их оптимальных гиперпараметров. Применение результатов работы позволит значительно повысить достоверность контроля и точность оценки характеристик обнаруженных дефектов, таких как тип, координаты расположения, размеры. Применение алгоритмов автоматической обработки данных контроля приведет к увеличению производительности и снижению влияния человеческого фактора на результаты оценки качества.