Ultrazvuk se pro nedestruktivní zkoušení (NDT) v průmyslu využívá přibližně jedno století. V časné fázi zkoušení ultrazvukem (UT) se používaly jednoměničové sondy, relativně jednoduchá technologie, která se používá dodnes a pro mnoho aplikací je zcela dostatečná.
S postupem času se vyvíjela i tato technologie. Pokroku bylo dosaženo využitím víceměničových sond a výkonnější elektroniky a softwaru, tím došlo ke zlepšení funkčnosti a účinnosti provádění kontroly. Tento pokrok vedl ke vzniku ultrazvukového zkoušení technikou phased array (PAUT), což je nyní široce přijímaná a používaná technika, i když k jejímu správnému provádění je zapotřebí rozsáhlejší školení než u tradičních UT technik.
Dalším skokem vpřed, pokud jde o komplexnost, je technika úplné fokusace (TFM). Tato technika využívá technologii víceměničové sondy, potřebná data se však získávají metodou snímání z úplné matice (FMC). Metoda FMC využívá strategii komplexnějšího vyzařování a přijímání svazku, která vede k impozantním objemům dat.
Zhlédněte toto krátké video, ve kterém se dozvíte o základních principech technik FMC a TFM více
TFM zobrazování spoléhá na zpracování velkého množství FMC dat, proto si tato metoda získala pověst pomalejší techniky, která je prakticky použitelná jen pro sekundární, cílenější ověřování. Po nějaké době používání a experimentování s technikou TFM mohu nabídnout několik doporučení, co dělat a nedělat, která snad uvedou na pravou míru některé domněnky o této relativně nové metodě NDT.
1. Nepředpokládejte, že jeden mód je vhodný pro všechny aplikace
Pokud se s technikou TFM setkáváte a máte přitom základy v PAUT, tak jako já, budete pravděpodobně dobře obeznámeni s impulzovou technikou (P/E). U impulzové techniky lze dráhy svazku docela dobře pochopit. Při P/E kontrole je prvním úsekem dráhy zvukový svazek pulzně vyzařován ze sondy, šíří se k vadě, odráží se od vady a šíří se zpět k sondě. U kontroly druhého úseku dráhy dochází k dalšímu odrazu, a to odrazu od zadní stěny.
U techniky TFM není koncept dráhy svazku tak přímočarý. Aby bylo možné vytvořit TFM snímek, jsou dráhy svazku uměle obnoveny nástrojem pro získávání za použití FMC dat. Kombinací různých druhů vln (podélných nebo příčných) a různých úseků drah vln přístroj poskytuje až 10 možností TFM módů (známé také jako soubory vln) – například TTT, TLT, nebo TTTT.
Abychom tyto TFM soubory vln dešifrovali, vězte, že každé písmeno reprezentuje určitý úsek dráhy a mód šíření pro tento úsek – T odpovídá příčnému módu, L podélnému. U TFM souborů vln může docházet k dalším odrazům, které v impulzové technice phased array nebyly použity k prohlížení. Některé nástroje, například defektoskop OmniScan X3, jsou vybaveny možností pro soubor vln 5T (TT-TTT).
Jak při všech těchto možnostech vybrat vhodný soubor vln (nebo soubory vln) pro konkrétní kontrolu? Zde jsou některé důležité faktory, které je potřeba vzít v úvahu:
- Typ defektu
- Umístění defektu
- Zakřivení nebo geometrie dílu
Tyto charakteristiky, jak charakteristika cílené vady, tak charakteristika kontrolovaného dílu, mají vliv na detekční schopnost každého souboru vln.
Abychom si tuto skutečnost předvedli, uvedu příklady různých TFM snímků trhliny svaru ve vnitřním průměru.
Můj první příklad ukazuje signálovou odezvu na displeji přístroje OmniScan X3 při použití souboru vln TTTT v impulzním módu (pulse-echo) (podobá se PAUT kontrole druhého úseku dráhy).
I když něco bylo detekováno, signál není optimální a existuje riziko, že by tato indikace mohla být přehlédnuta. Ale pokud u téže trhliny ve vnitřním průměru přepneme na soubor vln TTT v módu „self-tandem“, na displeji náhle „vyskočí“ indikace!
V tomto případě vykazuje zvuková vlna, která se před nárazem na reflektor trhliny ve vnitřním průměru odrazí od zadní stěny, mnohem větší kolmost vůči defektu, takže soubor vln TTT zobrazí tento defekt přímo nádherně! (Stejně jako u tradičního UT chcete mít odraz co možná nejblíže 90°.)
U trhliny vycházející z vnitřního průměru poskytly tyto dva různé režimy TFM radikálně odlišné výsledky detekce. To samé platí pro různé reflektory v různých hloubkách a s různými orientacemi. Jeden mód často nestačí k pokrytí všech těchto scénářů.
Bonusová rada: Přesvědčte se, že vaše parametry rychlosti a tloušťky jsou přesné
Opět platí, pokud přicházíte se základem v technice PAUT, můžete být zvyklí rychlost zvuku v materiálu odhadovat. Můžete být v pokušení zadat standardní hodnotu 0,2320 palců/µsec nebo 5890 m/sec a mít hotovo. Nicméně v případě techniky TFM, zejména při použití módů „self-tandem“ se všemi přídavnými odrazy, si nemůžeme dovolit riskovat použití odhadu.
Jako důkaz předchozího tvrzení se podívejme, co se stane při 2,5 % odchylce, když se budeme pokoušet detekovat trhlinu ve vnitřním průměru pomocí souboru vln TTT.
5% rozdíl v hodnotě rychlosti pro poloviční krok (TTT) vedl k úplné ztrátě signálu od svislého zářezu. Tento požadavek na přesnost se vztahuje také na tloušťku a geometrii dílu. Jestliže jsou vstupní hodnoty tloušťky a geometrie nepřesné, signál se neodráží tam, kde se předpokládá, což vede k nepřesnému výpočtu.
2. Zajistěte, abyste měli pro fokusaci dané TFM zóny správnou sondu
Zobrazování metodou úplné fokusace (TFM) má také tu pověst, že poskytuje rovnoměrnou fokusaci v celé TFM zóně. To však není úplně pravda. TFM podléhá stejným fyzikálním zákonům jako technika phased array a tradiční UT. Například TMF zobrazovací výkonnost vašeho přístroje závisí na schopnostech sondy phased array.
Stejně jako u PA a UT i zde hrají v charakteristikách svazku roli fyzikální vlastnosti sondy, například velikost a frekvence jejích měničů (tj. délka blízkého pole, průměr svazku, úhel šíření svazku atd.). Ty mají také dopady na fokusaci v TFM zóně. Podívejme se na níže uvedené TFM snímky nad sebou umístěných bočních vývrtů (SDH), které byly získány pomocí třech různých sond:
Zjistěte více o tom, jaký dopad má volba sondy na TFM, v příspěvku na blogu „Která sonda Phased Array je ta správná pro provedení vaší kontroly metodou úplné fokusace?“
3. Nepodceňujte důležitost věrnosti reprodukce amplitudy
Co je věrnost reprodukce amplitudy a proč jde v souvislosti s TMF o často používané slovo?
Věrnost reprodukce amplitudy (Amplitude Fidelity, AF) je měření maximální změny amplitudy indikace (v dB) způsobené rozlišením mřížky TFM. Jednoduše řečeno, tato hodnota určuje, jak hrubá může být mřížka, než se kvalita snímku stane příliš pixelovou na to, aby bylo možné defekty vidět zřetelně. Nastavením AF se snažíte docílit toho, aby velikost pixelů byla vhodná pro danou vlnovou délku. Důležitá je velikost poměru pixelu vůči vlnové délce ultrazvukového svazku. Jako když je vaše digitalizační frekvence v PAUT příliš nízká, můžete přehlédnout vrchol signálu, v TFM, může příliš velký pixel znamenat, že neuvidíte vrchol amplitudy.
Na věrnosti reprodukce amplitudy má vliv více faktorů: frekvence a šířka pásma sondy, rychlost šíření v materiálu, rozlišení mřížky, použitá obálka a tak dále. Předpisy pro kontrolu prováděnou metodou TFM (např. předpisy ASME) obvykle doporučují věrnost reprodukce amplitudy nepřekračující 2 decibely (dB).
Jak se dozvíte, jestli věrnost reprodukce amplitudy překročila optimální úroveň? Snadno: stačí, abyste se podívali na přístrojem udávanou hodnotu AF, protože přístroje jako defektoskop OmniScan X3 tuto hodnotu pro vaši informaci vypočítávají. Navíc funkce TFM obálky, kterou je vybavena jednotka OmniScan X3, umožňuje vyšší rychlost získávání dat než je standard a oscilační TFM překreslování při zachování nastavení optimální věrnosti reprodukce amplitudy (AF), takže až příště budete usilovat o hodnotu AF, určitě zkuste obálku!
Zjistěte více o naší inovativní TFM obálce v bílé knize „Use of the Total Focusing Method with the Envelope Feature“ (Použití metody úplné fokusace s funkcí obálky).
4. Plně využijte výhodu simulátoru dráhy vlny a nástrojů pro modelování
Využijte dostupné softwarové nástroje k predikci výstupu TMF kontroly.
Předtím než začnete provádět kontrolu metodou TFM, ověřte dosažitelné pokrytí a citlivost pro danou kombinaci sondy, klínu a souboru vln pomocí simulátoru, například nástroje pro modelování Acoustic Influence Map (AIM). Nástroj AIM bere v úvahu také cílený typ defektu a offset úhlu sondy. Využijte ho k prověření všech souborů vln a vyzkoušejte každý soubor na různých reflektorech, dokud nenaleznete ten nejlepší soubor.
Barvy amplitudové mapy AIM vám jasně ukazují indikaci pokrytí, které TFM soubory vln poskytují v oblasti zájmu (ROI).
Červené oblasti znamenají, že ultrazvuková odezva je velmi dobrá a pohybuje se v rozsahu 0 až -3 dB od maximální amplitudy. Oranžové oblasti se pohybují od 3 do -6 dB od maximální amplitudy. Žluté oblasti mezi -6 a -9 dB a tak dále.
Zhlédněte tento webinář a zjistěte více o používání AIM: Acoustic Influence Map (AIM)—The Modeling Tool for Your TFM Inspection (Mapa akustického vlivu (AIM) – Nástroj modelování pro vaši TFM kontrolu).
5. Využijte několik módů k optimalizaci pokrytí
A v neposlední řadě, některé nástroje umožňují použít více módů současně! Například na přístroji OmniScan X3 můžete spustit a zobrazit na obrazovce výsledky až čtyř TFM módů současně. Využitím této možnosti získáte výhodu, která vám pomůže se ujistit, že jste neminuli žádné neočekávané defekty!
Pokud se chcete dozvědět více, podívejte se do těchto Často kladených otázek o TFM.
Související obsah
Kontaktujte nás
