При проведении ультразвукового контроля с применением фазированной решетки (PAUT) возникает один из вопросов, фокусироваться или не фокусироваться. Первое оборудование PAUT не предоставляло информацию ближнего поля, чтобы увидеть, можно ли сфокусироваться на определенных глубинах. Таким образом, поговорка всегда заключалась в том, чтобы выполнять контроль не сфокусированными, то есть устанавливать значение фокуса на что-то значительно большее, чем толщина детали. Но это все равно, что иметь камеру и объектив с возможностью фокусировки, но не фокусироваться. Для чего нужен объектив? Что происходит с изображением, если сделать снимок не сфокусированным, а не сфокусированным: одно получается размытым, а другое — резким. Это преимущество выполнения контроля с фазированной решеткой во время фокусировки. Теперь, благодаря встроенному программному обеспечению Capture™, использующему портативные инструменты Mantis™ и Gekko®, можно получить информацию о ближнем поле для каждого отдельного луча с учетом призм, кривизны и отражений от различных поверхностей. Это позволяет операторам увидеть, могут ли они сфокусироваться, основываясь на положении своих датчиков по отношению к контролируемому объему. Давайте посмотрим поближе.
Принцип фокусировки в PAUT
Без фокусировки: по мере увеличения апертуры увеличивается ближнее поле, уменьшается расходимость луча и увеличивается размер пятна фокусного луча.
С фокусировкой: по мере увеличения апертуры увеличивается ближнее поле, увеличивается расходимость луча и уменьшается размер фокусного пятна, что дает нам лучшее боковое разрешение. Это дает нам лучшую возможность различать близкие признаки.
Без фокусировки по мере увеличения диафрагмы увеличивается ближнее поле, уменьшается расходимость луча и увеличивается размер пятна фокусного луча
На следующих изображениях показан профиль луча для датчика 64L5-G3, пытающегося сфокусироваться на расстоянии 50 миллиметров (2 дюйма) с использованием 16, 32 и 64 элементов соответственно. Видно, что 16-элементной апертуры недостаточно для фокусировки на таком расстоянии. В то время как 32 и 64 элемента могут фокусироваться на расстоянии 50 миллиметров (2 дюйма), 64-элементная апертура обеспечивает более высокую фокусировку [1,6-миллиметровое (0,06-дюймовое) фокусное пятно по сравнению с 3,2-миллиметровым (0,13-дюймовым)], позволяя различать между тремя близкими порами.
Фокусировка с различными апертурами: 16, 32 и 64 элемента
Ближнее поле и его влияние
Когда отражатель находится в ближнем поле, он кажется искаженным. Это связано с тем, что помехи в ближней зоне приводят к обширным флуктуациям интенсивности звука. По этой причине мы стараемся избегать контроля в ближней зоне, поскольку точно оценить дефекты может быть чрезвычайно сложно.
Обратите внимание на изображение ниже, что боковые отверстия (SDH) начинают выглядеть искаженными, когда они расположены в красной части лучей (32- и 64-элементные апертуры). В Capture информация о ближнем поле обозначается изменением цвета вдоль лучей: красный для ближнего поля и синий для дальнего поля.
Информация о ближнем поле в Capture с различным количеством элементов
В следующем видео мы видим взаимодействие лучей, пересекающих SDH, когда они находятся в ближней и дальней зоне, а затем мы проходим процесс фокусировки луча. Как вы можете заметить, при фокусировке есть существенная разница.
Взаимодействие лучей с SDH в ближней и дальней зоне и процесс фокусировки
Влияние апертуры на качество сигнала
Теперь давайте посмотрим на эффект применения фокусировки, настроенного на проекцию, выровненную с SDH, для разных апертур (16, 32, 64). По мере увеличения апертуры отклик SDH выглядит более определенным. Это происходит из-за меньшего фокусного пятна, связанного с более высокой фокусировкой. Другим эффектом более жесткого фокуса является улучшенная чувствительность.
Эффект фокусировки на SDH с различными апертурами
Мы рассматриваем влияние апертуры на различные дефекты: скопление пор, несплавление (LOF), трещину и шлак. Мы используем закон задержки фокусировки, установленный на проекцию и выровненный по левой стороне сварного шва, используя 16 элементов (слева), 32 элемента (посередине) и 64 элемента (справа), как показано на следующих изображениях. Усиление и напряжение остаются одинаковыми для всех изображений.
Настройка закона задержки фокусировки для различных дефектов
Сравнение откликов дефектов при разных апертурах
Пористость
Несплавление (LOF)
Трещина
Шлак
Отклик различных дефектов становится более резким по мере увеличения апертуры. Пористости и шлак становятся более разрешенными и имеют более высокую амплитуду. Дифракционные эхо-сигналы от различных граней трещины, особенно от ее кончика, также имеют более высокое разрешение, что позволяет лучше охарактеризовать и, следовательно, определить размер дефекта.
Метод полной фокусировки (TFM)
Мы увидели, что фокусировка при правильном использовании может принести дополнительную пользу с точки зрения характеристик и чувствительности. Однако важно правильно расположить точки фокусировки, особенно при использовании большей апертуры. Одним из способов избежать неправильного расположения этих точек является использование метода полной фокусировки (TFM), который фокусируется повсюду в интересующей области, обеспечивая оптимальное пространственное разрешение.
На следующих изображениях показана та же пористость, LOF и трещина с TFM для положения датчика близко к шапке сварного шва.
Различные дефекты, отображенные с помощью метода полной фокусировки (TFM)
Пористости разрешены должным образом, дифракция кончика от краев LOF и кончика трещины позволяет правильно охарактеризовать дефект.
Практические рекомендации по выбору оборудования
Технические специалисты, использующие Gekko или Mantis со встроенным программным обеспечением Capture, уже знают о преимуществах встроенного плана сканирования и параметров фокусировки, находящихся непосредственно на устройстве. Как показано здесь, использование большей апертуры для мощной фокусировки дает ключевые преимущества. Более того, TFM позволяет сфокусироваться везде в зоне.
Для некоторых проверок, таких как высокотемпературная водородная коррозия (HTHA), требуется большая апертура для обнаружения и устранения небольших дефектов. Большая апертура обеспечивает меньшую расходимость луча, что обеспечивает лучшее боковое разрешение и чувствительность.
Ключевые выводы
Фокусировка улучшает разрешение: Правильная фокусировка значительно улучшает способность различать близкие дефекты и повышает чувствительность.
Апертура имеет значение: Увеличение количества элементов в апертуре улучшает качество фокусировки и характеристизацию дефектов.
TFM как оптимальное решение: Метод полной фокусировки устраняет необходимость точного позиционирования точек фокусировки, обеспечивая оптимальное разрешение во всей области интереса.
Выбор правильного оборудования PAUT
При проведении контроля очень важно выбрать правильную апертуру и фокусировку. Мы можем сделать это, используя преобразователь с правильной частотой, количеством элементов, оборудованием с достаточным количеством генераторов импульсов и приемников.
Конфигурации оборудования Eddyfi Technologies
Mantis™: возможность 16:64 с вариантами TFM 16 и TFM 64.
Gekko®: конфигурации 32:128 (TFM 32), 64:64 (TFM64), 64:128 (TFM64 и TFM 128).
Panther™: может выполнять проверки с конфигурациями 32:128 (TFM 32), 64:64 (TFM64), 64:128 (TFM64), 128:128 (TFM 128) до 256:256 (TFM 256).
Много раз при проведении контроля в атомной промышленности, где материалы могут быть толстыми и поглощать затухание, необходимо использовать большую апертуру. Проверка того, что выбрано правильное оборудование PAUT, обеспечивает более широкие возможности контроля для будущих проектов.
Eddyfi Technologies действительно предлагает полный набор инструментов неразрушающего контроля для удовлетворения различных требований контроля. Вы видели модульный сканер LYNCS™ для контроля сварных швов с фазированной решеткой и картирования коррозии? В сочетании с нашими ведущими в мире передовыми приборами PAUT операторы сразу же получают выгоду от действительно универсальной системы, которая проходит между контролем сварных швов и расширенным картированием коррозии менее чем за одну минуту.
Не уверены, какое решение лучше всего удовлетворит ваши потребности? Свяжитесь с нашими специалистами, которые с радостью ответят на любые ваши вопросы.
