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洞见博客

独特创新的全聚焦方式(TFM)成像功能具有助力工程师提高结构完整性评估水平的潜力 — 客户的观点

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正在监督钢桥建设的女工程师

EWI是一家位于美国的工程服务提供商。EWI的专家们使用先进的工具和方法进行工程检测和评估,以完成故障分析,实现设计优化。在评估桥梁、飞机和发电涡轮机等关键结构时,工程师必须透彻了解一个会严重影响这些结构使用寿命的因素:循环载荷。循环载荷是指对某些位置重复施加稳定的或波动的力的过程。例如,对于桥梁来说,载荷来自于不断在其上穿越的车辆,而对于飞机的机翼而言,应力来自于气压的变化。

钢结构桥梁的横梁特写,表明了结构中承受循环载荷的部位。

透过正降落到机场的飞机的窗户拍摄的照片,承受循环载荷的机翼的襟翼起到减缓下降速度的作用。

随着时间的推移,循环载荷的应力会诱发结构中的疲劳开裂。

Oleg Volf,EWI(爱迪生焊接研究所)NDE(无损评估)技术组的首席工程师

EWI努力站在新技术的最前沿,以确保其工程师拥有高效可靠的评估工具。EWI的首席工程师Oleg Volf,最近带领他的无损评估(NDE)团队测试了OmniScan X3相控阵探伤仪的全聚焦方式(TFM)成像能力。

Oleg和他的团队希望了解全聚焦方式(TFM)是否以及如何帮助他们提高测量疲劳开裂的能力。例如,提高测量精度有助于更好地了解裂纹的增长速率和扩展情况,从而可提高故障分析的精度。

钳式量规是一种用于监测裂纹增长情况的可靠工具。将钳式量规插入到裂纹口中,可以通过电压读数测量材料柔度的变化。在这个实验中,钳式量规测到的数据用作基本的对照参考。

比较使用相控阵和全聚焦方式(TFM)测量裂纹增长情况的效果

在他们的测试实验室中,EWI团队搭建了一个液压测试框架,并为其设定程序,对被测样件(ASTM E1820断裂韧性测试标准试块)施加逐步增加的压力,以模拟疲劳裂纹的增长情况。您可以在个案分析中读到有关这个实验的更多详情,包括所用的设备、方法和检测结果。

放置在ASTM E1820断裂韧性测试标准试块上的奥林巴斯相控阵探头和Rexolite楔块

EWI在疲劳裂纹增长检测中使用的相控阵探头、楔块和样件

EWI使用OmniScan X3探伤仪测量裂纹的增长情况,然后,将采用传统相控阵(PA)技术获得的结果与采用TFM成像功能获得的结果进行比较。检测中使用了常规PA扇形扫查,及TFM的TT(脉冲回波)和TT-T(串列)声波模式。每隔一段时间就进行测量,并将测量结果与钳式量规测量的数据进行比较。

OmniScan X3探伤仪上的相控阵S扫描数据视图显示了缺口端部和边角反射的信号

在奥林巴斯OmniScan X3相控阵探伤仪上使用TT和TTT模式进行全聚焦方法(TFM)成像

使用OmniScan X3探伤仪对样件进行PA扇形扫查(上图)和TFM成像(下图)

更好地了解裂纹的性质

在实验结论中,Oleg总结了TFM在疲劳裂纹评估中的优势:

  • 与钳式量规、摄像头和电势下降(EPD)传感器之类的方法相比,TFM简化了数据收集过程,那些传统方法都是通过间接属性测量裂纹,而且往往需要进行繁琐的设置和校准。
  • 准确可靠的测量。 事实上,试验证明,采用TFM获得的结果比采用PA和钳式量规获得的结果更精确一些。
  • 方便了数据的判读和可访问性,因为TFM改进了视图呈现效果,可以清晰地显示裂纹的方向(角度、分叉程度等),从而可为工程师(即便他们不是超声检测分析专家)提供有关裂纹扩展性质的宝贵信息。

Oleg强调了TFM的重要性:“在检测疲劳敏感结构时使用FMC/TFM方法,可以获得更好的分辨率和准确性,并且有可能提高疲劳裂纹探测和定量的准确性,进而会相应地提高基于这些裂纹测量的工程寿命评估的准确性”。

EWI的工程师们表示,他们打算使用TFM进行更多的测试,以证实上述发现,并评估采用TFM对其他更复杂的疲劳裂纹几何形状进行检测的可行性。不过,这项初步研究已经充分证明了工程师通过TFM成像了解的信息有助于建造更安全的基础设施及改善结构设计。

1Volf, Oleg.EWI Technical Insights《EWI技术见解》。“Crack Growth Monitoring with Phased-Array Total Focusing Method (TFM)”(使用相控阵全聚焦方式(TFM)监测裂缝增长情况) 。2020年7月。

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在线研讨会:全聚焦方法(TFM)的基础知识

Executive Director, Global NDT Applications Engineering

Emilie Peloquin has been working in the welding/NDT industry since 2009. She holds an associate degree in applied science and is educated in a wide variety of NDT methods. She joined Evident in 2014 and has held positions ranging from technical support to product management, focusing on ultrasonic, phased array, and other advanced inspection technologies. In her current role, she supports a variety of applications across numerous industries. Emilie is also heavily involved in codes and standards development for ultrasonic techniques and was elected in 2022 to the board of directors for the American Society for Nondestructive Testing (ASNT).

二月 9, 2021
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