Evident LogoOlympus Logo
Ресурсы
Application Notes
Назад к ресурсам

Раздельно-совмещенный матричный ПЭП для контроля сварных соединений с высоким уровнем шума


Раздельно-совмещенный матричный ПЭП для контроля сварных соединений с высоким уровнем шума

Краткий обзор

Cварные соединения разнородных металлов и другие материалы с высоким уровнем шума могут быть измерены путем традиционного УЗК или с использованием преобразователей продольных волн приема-передачи (TRL). Усовершенствованный метод контроля предполагает использование раздельно-совмещенных матричных ПЭП (DMA) Olympus и технологии фазированных решеток (ФР) для электронного управления и фокусировки акустических лучей в материале.

Проблематика

Сварные соединения разнородных металлов и аустенитных сталей сложно проверить ультразвуковым методом. Контроль еще более осложняется в случае одностороннего доступа к объекту, поскольку анизотропия материала сварного шва провоцирует рассеяние ультразвуковых лучей.

В этом случае, чаще всего используют раздельно-совмещенные преобразователи TRL с излучающим и принимающим элементами, разделенными звукоизоляционным материалом. Конфигурация углов отклонения и скоса позволяет сфокусироваться на одной точке объекта, создавая псевдо-фокусировку. Преобразователи TRL устраняют интерфейсный эхо-сигнал, исключают мертвые зоны, вызванные эхо-сигналами от призм, сокращают отражённые (обратно-рассеянные) сигналы и позволяют использовать более высокий коэффициент усиления.

Недостаток TRL-преобразователей в том, что они имеют фиксированный угол ввода луча и псевдо-фокальную точку, поэтому при стандартном контроле может потребоваться несколько таких преобразователей для покрытия всего диапазона конфигураций.

Решения

Преобразователи DMA Olympus, в комбинации с дефектоскопом OmniScan® или FOCUS PX, используют ультразвуковые фазированные решетки (вместо традиционного ультразвука) для обеспечения расширенного диапазона контроля крупнозернистых аустенитных сплавов, сплавов Инконель и сварных швов. Преобразователи DMA сочетают преимущества S-скана сфокусированных продольных волн и режима Р-С для выявления продольных дефектов.

Представленный здесь метод контроля DMA использует два типа стандартных ПЭП — преобразователь 2,25 МГц и преобразователь 4 МГц — которые представляют готовое решение для контроля широкого спектра аустенитных материалов и кромок сварных швов, в т.ч. сварные соединения разнородных металлов и сварные соединения из коррозионно-стойких сплавов (CRA).

Описание оборудования

Преобразователь DMA A17 Olympus (2,25 МГц) имеет «крупноэлементную» конфигурацию из 4×7 элементов в каждом корпусе и оптимизирован для контроля толстых материалов и материалов с высоким уровнем затухания. Каждая матрица имеет апертуру 12×19 мм. Поскольку преобразователь A17 DMA содержит 4 элемента на вторичной оси, фокусирование луча может регулироваться электронным образом с использованием плоской призмы, без необходимости механического угла скоса призмы.

Портативный дифрактометр TERRA Olympus
Портативный дифрактометр TERRA Olympus

Преобразователь DMA A27 Olympus (4 МГц) представляет конфигурацию из 2×16 мелких элементов в каждом корпусе и оптимизирован для контроля тонких материалов и материалов с низким уровнем затухания. Каждая матрица имеет апертуру 6×16 мм. Поскольку преобразователь A27 DMA содержит только два элемента на вторичной оси, требуется механический угол скоса призмы для каждого диаметра трубы или фокуса.

Портативный дифрактометр TERRA Olympus
Портативный дифрактометр TERRA Olympus

Портативный дифрактометр TERRA Olympus

Элементы TX и RCV звукоизолированы в призме, поэтому не обязательно использовать материал с высоким уровнем затухания и большое расстояние до поверхности. Призма DMA (небольшого размера) способна расширить глубину фокусировки и диапазон преобразователя, обеспечивая лучшее ОСШ и больший путь УЗ. Это существенное преимущество перед большими призмами, которые могут потерять значительное количество энергии по причине затухания в призме, например, в случае использования одномерных линейных матричных ПЭП при контроле в режиме импульс-эхо продольными волнами.

Результаты теста

Объемный контроль был выполнен с использованием преобразователя DMA A17 с призмой DN55L, генерирующего продольные волны под углом 55 град. «Крупноэлементная» конфигурация преобразователя A17 (2,25 МГц) подходит для контроля толстых материалов с высоким коэффициентом затухания (в данном случае, Inconel и нерж. сталь 316). Для охвата объема и корневой зоны сварных швов на тестируемых образцах был использован сфокусированный на 30–75 гр. S-скан.

Портативный дифрактометр TERRA Olympus

В ходе контроля образца из стали Inconel был использован преобразователь A17 с целью выявления риски EDM (2 мм) в материале из коррозионно-стойкого сплава Inconel CRA (толщиной 25 мм) через плакированный слой. Курсоры дефектоскопа OmniScan были использованы для определения длины риски на экране C-скана, и для измерения глубины и высоты риски на развертках A-скан и S-скан. Дельты курсора и тригонометрия были отображены в строке заголовка OmniScan и сохранены в таблице показаний, созданной на базе этого заголовка.

В случае контроля образца из нерж. стали 316, был использован преобразователь A17 для выявления бокового цилиндрического отверстия (SDH) длиной 3 мм и глубиной 25 мм в сварном шве калибровочного образца из SS316 толщиной 50 мм. Затухание в сварном шве увеличилось на 12 дБ по сравнению с основным материалом вокруг сварного шва.

Портативный дифрактометр TERRA Olympus

Единственным преимуществом преобразователя A17 является возможность отклонения луча от оси, что позволяет направлять лучи, генерирующие S-скан, в другую сторону, нежели просто напротив ПЭП. Это было возможно только с преобразователем A17, поскольку он имеет достаточное количество элементов (четыре) на вторичной оси. (Преобразователь DMA A27 не способен управлять лучом, поскольку имеет только два элемента на вторичной оси.)

Первичная цель внеосевых S-сканов – выявление и измерение продольных и поперечных межкристаллитных стресс-коррозионных трещин (IGSCC) сварных соединений труб из аустенитной стали. Максимальный угол отклонения луча от оси определяется числом элементов на вторичной оси преобразователя, а также размером элементов и частотой. Несмотря на то, что преобразователь A17 позволяет отклонять луч на 45° с использованием плоской призмы, максимальный угол отклонения и осевой наружный диаметр (AOD) уменьшаются при использовании призм AOD.

Портативный дифрактометр TERRA Olympus
Портативный дифрактометр TERRA Olympus

Преобразователь A27 DMA был использован для объемного и поверхностного контроля других сварных образцов из сплава Inconel. (Поверхностный контроль предполагает выявление, измерение и оценку дефектов, расположенных на небольшой глубине, вблизи наружной поверхности сварного шва.) Преобразователь A27 (4 МГц), содержащий элементы небольшого размера, хорошо подходит для контроля тонких материалов, с низким коэффициентом затухания. Может использоваться призма DN55L или DNCR. В данном случае была выбрана призма DNCR, поскольку она более универсальна и подходит как для объемного, так и для поверхностного контроля. Конфигурация призмы DNCR оптимизирована для поверхностного контроля, когда толщина кромок сварного шва меньше 25 мм. Поверхностный контроль проводится в комбинации с объемным контролем, обеспечивая полный охват всего объема сварного соединения.

В ходе объемного контроля был использован преобразователь A27 с призмой DNCR для контроля сварного шва из коррозионно-стойкого сплава (CRA) на базе S-скана 30–80°, сфокусированного по УЗ-пути длиной 30 мм. Скорость распространения продольной волны в сплаве Inconel 625 (сварной шов) составляет 5830 м/с, а скорость звука в углеродистой стали (основной материал) – 5890 м/с. Разница в скорости распространения звука вызвала незначительное изменение угла луча на границе шва. Точность построения глубины и высоты зависело от точности определения значений скорости звука в основном материале и материале сварного шва.

Преобразователь A27 показал высокое ОСШ на удаленной стороне кромки обнаруженного дефекта. Дефект был правильно нанесен на карту в соответствии с его известной глубиной и положением на линии сварного шва. Глубина дефекта (DA) была измерена с использованием A-скана самой высокой амплитуды. Тригонометрические показания строба для пути УЗ (SA), глубины (DA), расстояния ПЭП (PA) и пространственного положения 0° на оси индексирования (VIA) были все правильно обозначены на графике.

Портативный дифрактометр TERRA Olympus

Для поверхностного контроля, преобразователь A27 был установлен на высокий угол, показатель первого отрезка. A27 был сконфигурирован с использованием S-скана высокого угла (приблизительно 70°–85°) с коротким фокусом. Выше 70–75°, все лучи A-скана, как правило, распространяются параллельно поверхности со скоростью продольной волны. Это позволило определить поверхностные SDH, риски и другие дефекты. Форма верхушки сварного шва не повлияла на результаты поверхностного контроля.

Портативный дифрактометр TERRA Olympus

В сварном образце из сплава Inconel 625, с помощью преобразователя A27 с призмой DNCR была выявлена поверхностная риска EDM глубиной 1 мм и длиной 10 мм на расстоянии более чем 20 мм от фронта призмы.

Портативный дифрактометр TERRA Olympus

В сварном образце диам. 152 мм из сплава Inconel 800, с помощью преобразователя A27 с призмой DNCR было обнаружено три неглубоких дефекта и один дефект по наружному диаметру.

Заключение

Стандартные раздельно-совмещенные матричные преобразователи Olympus — на 2,25 МГц (A17) и 4 МГц (A27) — могут значительно улучшить возможности дефектоскопа OmniScan или Focus PX при контроле аустенитных сталей и сплавов Inconel, а также сварных соединений.

«Крупноэлементная» конфигурация 4×7 преобразователя A17 идеально подходит для контроля толстых и аустенитных материалов с высоким уровнем затухания. Преобразователь DMA A27, состоящий из более мелких элементов 2×16, оптимизирован для контроля тонких и аустенитных материалов с низким уровнем затухания.

Совместимые с OmniScan преобразователи DMA представляют собой дополнительный инструмент ФР-контроля, как для новичков так и для продвинутых пользователей.

В образце из сплава Inconel 625, преобразователь A27 с призмой DNCR обнаружил поверхностную риску EDM глубиной 1 мм и длиной 10 мм на расстоянии более чем 20 мм от фронта призмы.

Olympus IMS

Продукты, используемые для этой цели
Это новое программное обеспечение является на сегодняшний день самым эффективным и доступным по цене решением для анализа данных OmniScan. Новая программа имеет идентичные с OmniScan функции и дает возможность осуществлять анализ данных на компьютере.
TomoView – мощное и гибкое программное обеспечение на базе ПК для проектирования, сбора данных, визуализации и анализа ультразвуковых сигналов.
OmniScan MX2 теперь имеет новый модуль с фазированными решетками (PA2) и каналом UT (УЗ), а также традиционный двух-канальный ультразвуковой модуль (UT2), который можно использовать для TOFD-контроля (дифракционно-временной метод). Olympus также предлагает новые программы, расширяющие возможности OmniScan MX2.

Масштабируемый блок сбора данных FOCUS PX и программное обеспечение FocusPC используют новейшие технологии ФР и УЗ для легкой интеграции в автоматизированные/полуавтоматизированные системы. Возможности FOCUS PX и программного обеспечения генерировать и сохранять исходные данные C-скан и A-скан делают их идеальным выбором для приложений, в которых результаты контроля основаны на анализе данных. Сюда входят приложения в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность (композитный ламинат), электроэнергетика (лопасти ветрогенератора), транспорт (ж/д колеса), металлургия (кованые изделия) и др.

Дополнительные комплекты для разработки программного обеспечения (SDK) FocusControl, FocusData и OpenView, совместимые с блоком FOCUS PX, позволяют клиентам разрабатывать собственное ПО.

Специальные преобразователи с фазированными решетками, с диапазоном от 0,5 до 18 МГц и выбираемым количеством элементов 16, 32, 64 или 128. Возможно изготовление преобразователей на заказ с сотнями элементов.
К сожалению, эта страница недоступна в вашей стране.
Let us know what you're looking for by filling out the form below.
К сожалению, эта страница недоступна в вашей стране.