Evident LogoOlympus Logo
洞见博客

Potencjał zastosowania innowacyjnego obrazowania TFM w technicznej ocenie integralności konstrukcji — z perspektywy klienta

作者  -
Kobieta-inżynier nadzorująca budowę stalowego mostu

EWI to usługowa firma inżynierska z siedzibą w USA. Jej eksperci stosują zaawansowane narzędzia i metody, wykonując przeglądy i ekspertyzy techniczne w takich dziedzinach, jak analiza pęknięć i optymalizacja projektów. Oceniając konstrukcje o newralgicznym znaczeniu, takie jak mosty, statki powietrzne czy turbiny generatorów energii elektrycznej, inżynierowie muszą, między innymi, gruntownie przeanalizować jeden z czynników istotnie wpływających na ich trwałość użytkową: obciążenia cykliczne. Obciążenie cykliczne to powtarzające się regularnie lub w sposób zmienny działanie siły na określone miejsca konstrukcji. Na przykład most jest cyklicznie obciążany przez przejeżdżające po nim pojazdy, a skrzydła samolotu — przez zmienne ciśnienie powietrza.

Zbliżenie na dźwigary stalowej konstrukcji mostu, na którym widoczne są części poddawane obciążeniom cyklicznym

Zdjęcie wykonane z okna lądującego samolotu, na którym widoczne są obciążane cyklicznie klapy na skrzydle służące do opóźniania zniżania

Wraz z upływem czasu obciążenia cykliczne mogą doprowadzić do zmęczeniowych pęknięć konstrukcji.

Oleg Volf, naczelny inżynier w grupie ds. badań nieniszczących, EWI (Edison Welding Institute)

EWI stara się być w technicznej awangardzie i zapewniać swoim inżynierom dostęp do najbardziej skutecznych i wydajnych przyrządów. Oleg Volf, naczelny inżynier w EWI, kierował testami obrazowania techniką Total Focusing Method (TFM) za pomocą defektoskopu Phased Array OmniScan™ X3.

Zespół Olega, odpowiedzialny w EWI za badania nieniszczące, zamierzał sprawdzić, jaką wartość metoda TFM mogłaby wnieść do pomiarów pęknięć zmęczeniowych. Na przykład zwiększenie dokładności pomiaru pozwoliłoby na pogłębioną ocenę szybkości powiększania i rozchodzenia się pęknięć, a w efekcie — zwiększenie precyzji badania uszkodzeń.

Jednym z narzędzi stosowanych do wiarygodnej oceny powiększania się pęknięć jest ekstensometr. Po włożeniu ekstensometru do szczeliny będącej skutkiem pęknięcia przyrząd generuje sygnał napięciowy odpowiadający podatności materiału. W opisywanym eksperymencie użyto właśnie ekstensometru jako przyrządu referencyjnego.

Pomiar powiększania się pęknięć: porównanie technik Phased Array i TFM

W swoim laboratorium zespół EWI przygotował hydrauliczną maszynę wytrzymałościową i zaprogramował ją tak, by wywierała stopniowo coraz większy nacisk na badaną próbkę (wzorzec ASTM E1820 do badania ciągliwości) w celu zasymulowania powiększającego się pęknięcia zmęczeniowego. Więcej informacji o eksperymencie, w tym opis zastosowanego wyposażenia, można znaleźć w tym studium przypadku.

Sonda Phased Array firmy Olympus i klin z materiału Rexolite na wzorcu ASTM E1820 do badania ciągliwości

Sonda Phased Array, klin i próbka używane przez EWI w symulacji powiększającego się pęknięcia zmęczeniowego

Defektoskop OmniScan™ X3 posłużył do pomiaru powiększania się pęknięcia, a wyniki uzyskane konwencjonalną techniką Phased Array (PA) porównano z wynikami obrazowania TFM. W próbie stosowano konwencjonalny skan sektorowy PA oraz tryby propagacji TFM TT (impuls-echo) TT-T (self-tandem). Pomiary wykonywano w regularnych odstępach czasu, a wyniki porównywano ze wskazaniami ekstensometru.

Dane skanu S z głowicy PA na ekranie defektoskopu OmniScan X3 z widocznymi odbiciami od końcówki i narożnika karbu

Przy obrazowaniu metodą Total Focusing Method (TFM) stosowano tryby TT i TTT w defektoskopie OmniScan X3 typu Phased Array firmy Olympus

Skan S z głowicy PA (na górze) i obraz TFM próbki (na dole) — przy użyciu defektoskopu OmniScan™ X3

Więcej informacji o charakterze pęknięć

We wnioskach z eksperymentu Oleg tak podsumował zalety techniki TFM istotne przy ocenie pęknięć zmęczeniowych:

  • Proces zbierania danych jest prostszy w porównaniu z takimi metodami, jak ekstensometry, kamery i czujniki spadku potencjału (EPD), w których pęknięcie mierzy się na podstawie właściwości pośrednich i które zwykle wymagają szczególnie starannych przygotowań i kalibracji.
  • Dokładne i wiarygodne pomiary. Okazało się, że wyniki uzyskane metodą TFM były nieco bardziej dokładne niż wyniki uzyskane za pomocą głowicy PA i ekstensometru.
  • Dane są łatwiejsze do zinterpretowania i łatwiej dostępne ze względu na korzystną formę prezentacji, która wyraźnie uwidacznia orientację pęknięcia (kąt, stopień rozgałęzienia itd.), dostarczając inżynierom cennych informacji o jego rozchodzeniu się — nawet jeśli osoba interpretująca wynik nie jest ekspertem w dziedzinie badań ultradźwiękowych.

Oleg podkreślił znaczenie faktu, że „większa rozdzielczość i dokładność uzyskiwana przy użyciu metod FMC/TFM do badania konstrukcji wrażliwych na zużycie zmęczeniowe potencjalnie podnosi dokładność detekcji i pomiaru wielkości pęknięć zmęczeniowych, a to z kolei przekłada się na większą dokładność ocen trwałości użytkowej bazujących na pomiarach pęknięć”. 1

Inżynierowie w firmie EWI zamierzają kontynuować testy techniki TFM, aby lepiej uzasadnić powyższe spostrzeżenia i ocenić możliwość zastosowania jej do badania pęknięć zmęczeniowych o bardziej skomplikowanej geometrii. Jednak już pierwsze próby wskazują na to, że informacje uzyskiwane z pomocą techniki TFM mogą przyczyniać się do zwiększenia bezpieczeństwa eksploatacji infrastruktury i doskonalenia projektów konstrukcji.

1Volf, Oleg. EWI Technical Insights. „Crack Growth Monitoring with Phased Array Total Focusing Method (TFM)”. Lipiec 2020 r.

Powiązane treści

Studium przypadku: Zastosowanie techniki Total Focusing Method do pogłębionej oceny powiększania się pęknięć w konstrukcjach obciążanych cyklicznie.

Wpis na blogu: Kontrole sworzni mostowych techniką Phased Array

Webinarium: Podstawowa wiedza na temat techniki Total Focusing Method (TFM)

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
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