Ультразвуковой контроль фазированной решетки: учебное пособие

Источник: Getty Images и Birring NDE.

Фазированная решетка (ФАР), обычно называемая ультразвуком в медицинской сфере, была расширена для промышленного применения и быстро заменяет традиционный ультразвуковой контроль с наклонным лучом (UT). В то время как в обычном ультразвуковом контроле используются монокристаллические датчики с фиксированным углом луча, например 0⁰, 45⁰, 60⁰ и 70⁰, фазированная решётка за счёт применения временных задержек на нескольких кристаллах перемещает луч по диапазону углов. Эта функция обеспечивает полный охват и проверку с помощью одного датчика с фазированной решеткой вместо нескольких датчиков с фиксированным углом. Временные задержки, применяемые к отдельным кристаллам, математически рассчитываются для фокусировки и развертки луча. Это так называемые фокальные законы. Использование одного датчика PA вместо нескольких обычных датчиков позволяет упростить использование ручных, механических и автоматизированных УЗ-сканеров. Еще одним преимуществом ультразвукового контроля с фазированной решеткой по сравнению с обычным ультразвуком является то, что в то время как обычный УЗД отображает сигнал А-сканирования, основанный на времени, УЗК с фазированной решеткой отображает секторное изображение, представляющее поперечное сечение тестируемой детали. Секторное изображение гораздо легче понять и интерпретировать, чем сигнал А-скана, который требует нанесения на чертеж компонента. На рис. 1 показан зонд с фазированной решеткой, помещенный на стальной блок с тремя просверленными по бокам отверстиями и выемкой. На соответствующем изображении показано соотношение 1:1, показывающее три отверстия, что облегчает понимание и интерпретацию технического специалиста. Подобные изображения можно увидеть при проверке сварных швов и других сложных геометрических фигур.

Хотя PAUT становится популярным подходом для неразрушающего контроля, важно, чтобы пользователи понимали эту технологию, ее ограничения и то, как ее следует применять.

Сокращения фазированной решетки: Active Aperture, A — количество активных элементов x размер элемента; размер элемента - размер кристалла; F- Фокусное расстояние; f – частота в МГц; λ - длина волны; v - скорость; размер фокального пятна = F λ/A

Выбор зонда: Выбор зонда PA очень важен для тестирования фазированных решеток. Частота зонда и его активная апертура определяют фокусировку луча, что, в свою очередь, определяет разрешение изображения. Зонды с более высокой частотой и большей активной апертурой будут иметь более четкую фокусировку и изображения с более высоким разрешением. Таким образом, датчик 32 x 1,0 мм с частотой 5 МГц будет иметь лучшее разрешение, чем датчик 32 x 0,6 мм с частотой 5 МГц или датчик 32 x 1,0 мм с частотой 2 МГц. А 5 МГц 16 x 1,0 мм будет иметь тот же размер фокусного пятна, что и 5 МГц 32 x 0,5 мм. Оба имеют одинаковую активную апертуру 16 мм.

Инструмент: Прибор с фазированной решеткой должен иметь возможность подавать импульсы на все необходимые элементы зонда. Таким образом, чтобы в полной мере использовать 32-элементный датчик, прибор должен иметь соотношение минимум 32:128. При использовании сканера прибор должен иметь возможность сохранять необработанные данные вместе с информацией о местоположении от кодера.

Сканирование: Проверка PAUT может проводиться в ручном режиме или с использованием сканеров. Сканеры могут быть ручными, двухтактными или моторизованными, как в автоматизированном УЗК. Все сканеры имеют выход кодера для хранения информации о местоположении вместе с необработанными данными.

Охват сканирования: Сканирование должно показывать 100% покрытие проверяемого объема. Покрытие означает не только наполнение объема звуком, но и обеспечение отражения звука обратно на зонд. Это важно, когда ожидаются плоские отражатели, такие как отсутствие плавления. Плоские дефекты действуют как зеркала и отражают луч в зависимости от угла падения.

Калибровочные блоки: При проведении проверок норм кривизна и толщина калибровочного образца должны соответствовать применимым нормам. Например, при проведении проверок трубопроводов по стандарту ASME необходимо использовать изогнутые калибровочные блоки диаметром менее 20 дюймов с калибровочными отражателями, как указано в ASME V, статья 4.

Референтный уровень: Это значение относится к настройке усиления. Настройка усиления устанавливается на калибровочных отражателях в соответствии со спецификациями и обычно регулируется для получения 80% полной высоты экрана (FSH). Для проверок ASME усиление должно быть установлено не только для получения 80% FSH под одним углом, но и 80% FSH для всех углов в диапазоне углов развертки и диапазоне контроля. Следовательно, если диапазон углов развертки составляет от 40⁰ до 65⁰, калибровка должна гарантировать 80% полной высоты для каждого угла, а отражатели должны покрывать весь путь прохождения звука. Этот процесс выполняется путем выполнения шагов калибровки, которые регулируют усиление для каждого угла или закона фокусировки. Усиление с коррекцией по времени (TCG) применяется для регулировки усиления по всему диапазону звукового тракта.