Ультразвук уже около века используется для промышленного неразрушающего контроля (НК). Ранее ультразвуковой контроль (УЗК) включал только одноэлементные преобразователи — относительно простую технологию, которая используется до сих пор во многих приложениях.
Со временем технологии изменились. За счет использования многоэлементных преобразователей, более мощной электроники и программного обеспечения удалось существенно улучшить характеристики и эффективность контроля. Это привело к разработке ультразвукового контроля с фазированной решеткой (УЗК ФР), который в настоящее время является широко используемым методом, хотя для его правильного выполнения требуется больше обучения, чем при обычном УЗК.
Метод общей фокусировки (TFM) — еще один существенный шаг вперед в технологии НК. Здесь используется технология многоэлементного преобразователя, но сбор данных TFM осуществляется с помощью метода полноматричного захвата (FMC). FMC — более комплексная стратегия возбуждения и приема луча, которая позволяет получить впечатляющие объемы данных.
Посмотрите это короткое видео, чтобы узнать больше об основных принципах FMC и TFM.
Метод визуализация TFM необходим для обработки большого количества данных FMC, поэтому он более медленный и применяется чаще всего для вторичного, более детального контроля. После проведения ряда экспериментов и длительного использования TFM, я могу дать вам несколько рекомендаций, и развеять некоторые предположения относительно нового метода НК.
1. Один режим не может удовлетворить все потребности
Если вы, как и я, имеете большой опыт работы с УЗК ФР, то вы, вероятно, хорошо знакомы с эхо-импульсным методом (И/Э). Путь ультразвука довольно легко понять при использовании эхо-импульсного метода. В режиме И/Э, посланный излучателем импульс направляется к дефекту, отражается от дефекта и возвращается обратно к преобразователю. Часть импульса отражается от донной поверхности.
В режиме TFM концепция УЗ-пути не так проста. Для получения TFM-изображения, УЗ-пути синтетически регенерируются устройством сбора данных с использованием данных FMC. Комбинируя разные типы волн (продольные или поперечные) и разные отрезки УЗ-пути, дефектоскоп предоставляет вам до 10 вариантов в режиме TFM (групп волн), например, TTT, TLT или ТТТТ.
Каждая буква в группе волн TFM представляет отрезок пути и способ распространения УЗ для данного отрезка: T — поперечная волна и L — продольная волна. Группы волн TFM могут иметь дополнительные отражения, которые мы не привыкли видеть в эхо-импульсном режиме УЗК ФР. Некоторые инструменты, такие как дефектоскоп OmniScan X3, даже имеют опцию для группы волн 5T (TT-TTT).
При таком выборе опций, как выбрать правильную группу волн (или группы волн) для контроля? Вот несколько важных факторов, которые следует учитывать:
- Тип дефекта
- Местоположение дефекта
- Кривизна или геометрия объекта
Эти характеристики, как целевого дефекта, так и контролируемого объекта, влияют на способность обнаружения каждой группы волн.
Чтобы продемонстрировать это, я покажу несколько примеров TFM-изображений внутренней трещины сварного шва.
В моем первом примере, экран OmniScan X3 отображает ответный сигнал при использовании группы волн TTTT в эхо-импульсном режиме (аналогично второму отрезку луча УЗК ФР).
Несмотря на обнаружение отражателя, сигнал не является оптимальным, и есть вероятность пропуска данного отражателя. Теперь, если мы переключимся на волну TTT, установленную в самотандемном режиме на той же самой трещине ВД, на экране внезапно появится отражатель!
В этом случае звуковая волна, отраженная от донной поверхности до попадания на трещину ВД, имеет гораздо большую перпендикулярность к дефекту, поэтому группа волн TTT прекрасно отображает его! (Как и в случае традиционного УЗК, отражение должно быть максимально приближено к 90°.)
Для трещины ВД эти два разных режима TFM дали радикально разные результаты обнаружения. То же самое верно для разных отражателей на разной глубине и разной ориентации. Одного режима часто бывает недостаточно, чтобы охватить все сценарии.
Дополнительный совет: убедитесь в точности параметров скорости и толщины
Опять же, если вы исходите из опыта УЗК ФР, то вы наверняка привыкли использовать приблизительное значение скорости звука в материале. У вас может возникнуть соблазн ввести стандартное значение 5890 м/с и завершить с этим. Однако в режиме TFM, особенно при использовании режимов самотандема с дополнительными отражениями, мы не можем позволить себе делать такие предположения.
В качестве доказательства посмотрите, что происходит с отклонениями 2,5% при попытке обнаружить трещину на внутреннем диаметре с помощью группы волн TTT.
Разница в 5% в значении скорости для полупути УЗ (TTT) привела к полной потере сигнала на вертикальной риске. Это требование к точности также относится к толщине и геометрии объекта. Если введенные значения толщины и геометрии неточны, сигнал не отражается там, где ожидалось, что приводит к неточности расчетов.
2. Убедитесь в правильном выборе преобразователя для фокусировки в зоне TFM
Метод общей фокусировки (TFM) также известен тем, что обеспечивает равномерную фокусировку во всей зоне TFM. Однако это не совсем так. TFM подчиняется тем же законам физики, что фазированная решетка и традиционный УЗК. Например, качество изображения TFM вашего прибора зависит от возможностей ФР-преобразователя.
Физические характеристики преобразователя (размер пьезоэлемента и частота) влияют на характеристики луча (например, длину ближнего поля, диаметр луча, угол рассеяния луча и т.д.), и на фокусировку в зоне TFM. Посмотрите на приведенные ниже изображения TFM боковых просверленных отверстий (SDH), полученные с помощью трех разных преобразователей:
Подробнее о выборе преобразователя для TFM читайте в блоге: «Какой ФР-преобразователь лучше всего подходит для контроля методом общей фокусировки (TFM)?»
3. Не недооценивайте важность AF (Amplitude Fidelity)
Что такое Amplitude Fidelity, или разброс амплитуд, и почему этот термин стал популярным в рамках контроля TFM?
Amplitude Fidelity (AF) — это измерение (в дБ) максимального колебания амплитуды сигнала, вызванного разрешением сетки TFM. Проще говоря: значение AF определяет, насколько крупной может быть сетка, прежде чем качество изображения станет слишком пиксельным, чтобы рассмотреть дефекты. Регулируя значение AF, убедитесь, что размер пикселя соответствует размеру длины УЗ волны. Отношение размера пикселя к длине УЗ волны крайне важно. Например, если частота оцифровки слишком низкая в режиме УЗК ФР, вы можете пропустить пик сигнала; в режиме TFM, при большем размере пикселей, вы можете не увидеть пиковую амплитуду отражателя.
На значение AF влияет множество факторов: полоса пропускания и частота преобразователя, скорость звука в материале, разрешение сетки, применяемая огибающая и т.д. Стандарты контроля, регулирующие TFM (например, ASME), обычно рекомендуют AF, не превышающую 2 дБ.
Как узнать, превысило ли AF оптимальный уровень? Легко! Просто посмотрите на значение AF — дефектоскоп OmniScan X3 рассчитывает его за вас. Кроме того, функция огибающей TFM дефектоскопа OmniScan X3 обеспечивает более высокую скорость сбора данных по сравнению со стандартной TFM-визуализацией, сохраняя при этом оптимальную настройку AF; поэтому в следующий раз, когда вы будете пытаться получить правильное значение AF, обязательно используйте огибающую!
Подробнее об огибающей TFM см. в техническом документе: «Использование метода общей фокусировки (TFM) с функцией огибающей».
4. Воспользуйтесь всеми преимуществами симулятора УЗ-пути и инструментов моделирования
Используйте все имеющиеся в вашем распоряжении программные инструменты для прогнозирования результатов контроля TFM.
Перед началом контроля TFM проверьте возможные охват и чувствительность для данного преобразователя, призмы и группы волн с помощью такого инструмента моделирования, как карта акустического воздействия (AIM). Инструмент AIM также учитывает тип дефекта и смещение угла преобразователя. Используйте его для проверки всех групп волн и тестирования каждой группы на разных отражателях для выбора наиболее оптимального варианта.
Цвета карты амплитуд AIM дают четкое представление о зоне покрытия, которое обеспечивают группы волн TFM в интересуемой зоне.
Красные зоны означают, что ультразвуковой эхо-сигнал очень хороший и колеблется в диапазоне от 0 до –3 дБ относительно максимальной амплитуды. Оранжевые зоны варьируются между 3 дБ и −6 дБ от максимальной амплитуды. Желтые зоны: между −6 дБ и −9 дБ, и т.д.
Чтобы узнать больше об использовании AIM, см. вебинар: Карта акустического воздействия (AIM) — инструмент моделирования при TFM-контроле.
5. Используйте несколько режимов для оптимизации сканирования
И последнее, но не менее важное замечание: некоторые дефектоскопы позволяют использовать несколько режимов одновременно! Например, можно использовать и отображать результаты до четырех режимов TFM одновременно на экране OmniScan X3. Теперь вы не пропустите ни одного дефекта!
Хотите узнать больше? См. Часто задаваемые вопросы по TFM.
См. также
Добавьте в закладки! Доступ к нашим ресурсам по TFM (метод общей фокусировки)
Использование метода общей фокусировки (TFM) с функцией огибающей
Связаться с нами
