Evident LogoOlympus Logo
洞见博客

Zmniejszenie problemu rozproszenia wiązki ultradźwiękowej za pomocą klinów z ogniskowaniem w osi pasywnej (PAF)

作者  -
Klin z ogniskowaniem w osi pasywnej i sonda typu Phased Array używane do inspekcji półrurki, kompensujące rozbieżność wiązki wywołaną przez zakrzywienie powierzchni i tylnej ścianki rury.

Gdy do inspekcji spoin w rurach, na przykład do inspekcji spoin obwodowych, wykorzystywana jest technika ultradźwiękowa Phased Array (PAUT), powszechny problem rozpraszania wiązki jest potęgowany przez geometrię części. Każda powierzchnia zakrzywionych ścianek rury działa jak soczewki rozpraszające, rozszerzające wiązkę akustyczną w osi pasywnej (która znajduje się wzdłuż osi pionowej elementu). Szerokość wiązki wzdłuż osi pasywnej sondy typu Phased Array decyduje o dokładności wymiarowania długości wady. Jeśli inspektorzy używają technik pomiaru długości wady na podstawie amplitudy, nieostra wiązka o dużej szerokości w osi pasywnej może spowodować zwiększenie odsetka odrzutów.

Fizyczne ograniczenia dotyczące sond liniowych typu Phased Array w osi pasywnej

Inspektorzy odrzucają wady, które w rzeczywistości są na tyle małe, że spełniają wymagane wartości tolerancji, częściej niż można by przypuszczać. Czym jest to spowodowane? Kluczowa przyczyna tego problemu to ograniczenia samych urządzeń do badań ultradźwiękowych (UT). Zazwyczaj gdy używane są sondy typu Phased Array, wiązki ultradźwiękowe są ogniskowane elektronicznie w osi aktywnej za pomocą funkcji sterowania wiązką. Brakuje jednak mechanizmu do ogniskowania wiązki w osi pasywnej. Zapewnia go nasza innowacyjna seria klinów z ogniskowaniem w osi pasywnej (PAF).

Ograniczenia metody pomiaru długości wady w oparciu o amplitudę

Powszechnie stosowaną metodą pomiaru długości wady w oparciu o amplitudę jest technika spadku o 6 dB. Podczas kontroli przy użyciu standardowej liniowej sondy typu Phased Array inspektor przesuwa sondę w bok wzdłuż osi skanowania, która jest równoległa do osi pasywnej matrycy głowicy. Inspektorzy są przeszkoleni w zakresie wykorzystywania szczytów i spadków amplitudy odbitych sygnałów od wskazania do pomiaru długości wady.

Metoda spadku o 6 dB działa jednak tylko w przypadku wad, których długość jest równa szerokości wiązki lub większa od niej. Długość każdej wady krótszej od szerokości wiązki jest błędnie określana jako równa szerokości wiązki. Przykładowo, jeśli wiązka ma szerokość równą 7 mm, to nawet jeśli długość wady wynosi 5 mm, pomiar wskaże na obecność wady o długości 7 mm.

Szerokość wiązki a wzrost odsetka odrzutów

To ograniczenie techniki spadku o 6 dB staje się poważnym problemem, jeśli konieczne jest przestrzeganie kodeksów, takich jak kodeks B31 opracowany przez Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechaników (ASME), w którym określone jest, że każda wada dłuższa niż 6 mm (lub 6,4 mm w zależności od przypadku) jest uznawana za wadę kwalifikującą produkt do odrzucenia. Jeśli wiązka ma szerokość równą 7 mm, każda wada mniejsza niż 7 mm spowoduje, że produkt zostanie odrzucony, nawet jeśli rzeczywista długość wady jest krótsza niż dopuszczalna długość maksymalna.

Rozbieżność wiązki ultradźwiękowej podczas inspekcji spoiny obwodowej rury przy użyciu zwykłego klina i klina z ogniskowaniem w osi pasywnej, który kompensuje rozpraszanie wiązki

Typowa rozbieżność wiązki ultradźwiękowej w rurze (po lewej) jest minimalizowana przy użyciu klina PAF (po prawej).

Wyolbrzymienie problemu: im mniejsza średnica, tym większa rozbieżność wiązki

We wszystkich zastosowaniach związanych z kontrolą ultradźwiękową rur krzywizna powierzchni działa jak soczewka rozpraszająca. Wiązka ulega dalszemu rozszerzeniu po uderzeniu w zakrzywioną tylną ściankę rury (patrz ilustracja po lewej stronie powyżej). W przypadku rur o mniejszej średnicy rozbieżność ta jest jeszcze bardziej wyraźna. Jako że szerokość wiązki ma bezpośredni wpływ na możliwości wymiarowania wady, im szersza jest wiązka, tym bardziej prawdopodobne jest, że dopuszczalna wada doprowadzi do odrzutu. Z uwagi na to, że zastosowanie klinów PAF większe korzyści może zapewnić w procesie inspekcji mniejszych rur, standardowa seria tych klinów jest przeznaczona do inspekcji rur o średnicy zewnętrznej od 4,5 cala do 8,625 cala.

Dwie istotne zalety stosowania klinów z ogniskowaniem w osi pasywnej

Nasze kliny z ogniskowaniem w osi pasywnej mogą znacznie zmniejszyć problem związany z rozbieżnością wiązki. Opatentowana konstrukcja klina ma zakrzywioną powierzchnię rozdzielającą dwa materiały, przez które dźwięk przechodzi z różną prędkością. Zakrzywiona powierzchnia wewnątrz klina ogniskuje wiązkę w osi pasywnej. Ogniskowanie wiązki wywołuje dwa korzystne skutki:

  1. Mniejsza liczba odrzutów — węższa wiązka umożliwia prawidłowe wymiarowanie mniejszych, dopuszczalnych wad.
  2. Łatwiejsza interpretacja danych — ostrzejsze obrazy wad wzdłuż osi skanowania.
Inspekcja rury o średnicy zewnętrznej 4,5 cala wykonywana ultradźwiękową techniką Phased Array przy użyciu standardowego klina i sondy ultradźwiękowej; urządzenie OmniScan MX2 wyświetla wyniki skanu A, skanu S i skanu C.
Inspekcja rury o średnicy zewnętrznej 4,5 cala wykonywana metodą PAUT przy użyciu klina z ogniskowaniem w osi pasywnej i sondy ultradźwiękowej; defektoskop OmniScan™ MX2 wyświetla wyniki skanu A, skanu S i skanu C.

Ta konfiguracja eksperymentu obrazuje różnicę w ostrości obrazu skanu C uzyskanego przy użyciu standardowego klina (na górze) i klina PAF (na dole) do inspekcji półrurki o średnicy zewnętrznej 4,5 cala.

Zaprezentowane tu wyniki pochodzą z badań eksperymentalnych przedstawionych szczegółowo w tym opracowaniu. W konfiguracji do inspekcji półrurki o średnicy zewnętrznej 4,5 cala z wywierconymi pionowymi otworami przelotowymi o średnicy 1 mm użyto sondy typu Phased Array ze standardowym klinem, a następnie z klinem PAF. W przypadku standardowego klina szerokość wiązki wynosiła 5,7 mm na średnicy wewnętrznej (ID) i 7,5 mm po powrocie do średnicy zewnętrznej (OD). W przypadku klina PAF zmierzona szerokość wiązki wynosiła 3,5 mm na średnicy wewnętrznej i 4,2 mm na średnicy zewnętrznej.

Klin PAF znacznie poprawił szerokość wiązki, zwłaszcza na średnicy zewnętrznej (4,2 mm w stosunku do 7,5 mm w przypadku standardowego klina). Gdyby w tym przypadku stosowano się do kodeksu B31 stowarzyszenia ASME (w którym określono, że długość wady nie może przekraczać 6 mm–6,4 mm), niektóre mniejsze wady wykryte przez klin standardowy doprowadziłyby do niepotrzebnego odrzutu.

Powiązane treści

Opracowanie: Seria klinów z ogniskowaniem w osi pasywnej (PAF)

Łatwa ultradźwiękowa inspekcja korozji techniką Phased Array — odporne stopy i różne materiały spawalnicze

Technika Phased Array — samouczek: Ogniskowanie przy użyciu sond typu Phased Array


Warto nawiązać kontakt
Product Manager, Scanners and Inspection Solutions

Simon has a Bachelor's degree in science and is the product manager for Inspection Solutions at Olympus. For more than 14 years, Simon has overseen the introduction of numerous innovative portable scanning devices and inspection solutions, bringing improved ultrasound data acquisition to the market.

五月 25, 2020
Sorry, this page is not available in your country
InSight Blog Sign-up
Sorry, this page is not available in your country
Let us know what you're looking for by filling out the form below.
Sorry, this page is not available in your country