Dobór głowicy typu Phased Array do inspekcji metodą TFM

Podstawowe zasady badań ultradźwiękowych nadal mają zastosowanie

Na początku warto przypomnieć, że metoda Total Focusing Method (TFM) podlega tym samym prawom fizyki, co regulowane, konwencjonalne badania ultradźwiękowe (UT) i Phased Array (PA). Elektroniczne ogniskowanie przy użyciu głowicy typu Phased Array polega na zbieganiu się wielu czół fal emitowanych z poszczególnych przetworników głowicy w małym obszarze, nazywanym ogniskiem. Czoła fal mogą zbiec się tylko wewnątrz pola bliskiego głowicy typu Phased Array.

Koniec pola bliskiego odpowiada ostatniemu maksimum ciśnienia pola wzdłuż osi propagacji niezogniskowanej wiązki ultradźwiękowej. Jest on definiowany przez parametry głowicy, takie jak rozmiar przetwornika i częstotliwość, a także prędkość dźwięku w materiale. W przypadku głowic typu PA pole bliskie to strefa, w której może zajść ogniskowanie. Obraz uzyskiwany poza tym zakresem podczas inspekcji jest uważany za nieostry, a amplituda i rozdzielczość wiązki pogarszają się wraz z drogą fali dźwiękowej, podobnie jak w przypadku konwencjonalnych badań UT. W przypadku metody TFM obowiązują takie same ograniczenia w zakresie ogniskowania i pola bliskiego, co oznacza, że zasady dotyczące metody PAUT mają zastosowanie również do metody TFM.

Kwestie dotyczące parametrów głowicy oraz możliwości ogniskowania

Częstotliwość głowicy, rozmiar przetwornika, a także liczba przetworników w głowicy to tylko niektóre z czynników, które mają wpływ na konfigurację i jakość inspekcji. Na przykład ze względu na to, że długość pola bliskiego jest wprost proporcjonalna do częstotliwości głowicy i rozmiaru apertury, głowica o wyższej częstotliwości i większej aktywnej aperturze umożliwia ogniskowanie w większej odległości od czoła głowicy, zapewniając w ten sposób większy obszar ogniskowania i lepsze obrazowanie metodą TFM. Z drugiej strony negatywnie wpływa to na rozdzielczość przy powierzchni.

Wykonywanie testów eksperymentalnych w celu wybrania idealnej głowicy do badań metodą TFM jest niepraktyczne ze względu na dużą liczbę zmiennych. Biorąc to pod uwagę, jasne jest, że do konfiguracji inspekcji wykonywanej metodą TFM niezbędne jest narzędzie do modelowania.

Konieczność korzystania z narzędzi do modelowania przy doborze głowicy do inspekcji metodą TFM

Narzędzie Acoustic Influence Map (AIM) dostępne w defektoskopie OmniScan™ X3 ułatwia przewidywanie jakości wynikowego sygnału TFM. Wyświetla ono oczekiwaną odpowiedź ultradźwiękową przy danej kombinacji głowicy i klina dla danego reflektora przy użyciu wybranego zestawu fal. Ułatwia to dobór odpowiedniej głowicy i klina do danej konfiguracji.

Jeśli spojrzeć na mapę AIM jak na mapę cieplną, wskazującą najsilniejszą odpowiedź amplitudową, to wskaźnik czułości jest jak najwyższa temperatura. Nie ma twardego ograniczenia co do tego, jak „wysoką temperaturę” może mieć ten wskaźnik, ale generalnie im większą będzie miał on wartość, tym lepiej. Porównując wartość przewidywanego wskaźnika czułości mapy AIM wygenerowaną dla danego zestawu parametrów (tj. wybranej głowicy, klina, kształtu i kąta reflektora, zestawu fal itp.) do wartości z innej mapy AIM, można łatwo określić, która konfiguracja lepiej sprawdzi się w danej inspekcji.

AIM: wpływ odstępu „pitch” na czułość metody TFM — przykład

Na poniższych zrzutach ekranu przedstawiono symulacje map AIM, w przypadku których częstotliwość głowicy (5 MHz) oraz inne ustawienia są takie same, ale rozmiary przetworników (odstępy między kolejnymi elementami głowicy — „pitch”) są różne. W tym przykładzie wraz ze wzrostem rozmiaru przetworników wzrasta również wartość wskaźnika czułości.

Model głowicy 5L64-A32: łączna aktywna apertura 32 × 10 mm, odstęp „pitch” 0,5 mm, elewacja 10 mm, zestaw fal TT impuls-echo Wskaźnik czułości: 20,14

Model głowicy 5L64-A12: łączna aktywna apertura 38,4 × 10 mm, odstęp „pitch” 0,60 mm, elewacja 10 mm, zestaw fal TT impuls-echo Wskaźnik czułości: 30,21

Model głowicy 5L64-NW1: łączna aktywna apertura 64 × 7 mm, odstęp „pitch” 1,00 mm, elewacja 7 mm, zestaw fal TT impuls-echo Wskaźnik czułości: 42,54

AIM: wpływ częstotliwości głowicy na czułość i pokrycie — przykład

Na symulację mapy AIM i w konsekwencji na inspekcję metodą TFM wpływa również częstotliwość głowicy: im wyższa częstotliwość głowicy, tym większa odległość do przejścia z pola bliskiego do pola dalekiego. Na poniższych przykładach można zauważyć, że wartość wskaźnika czułości jest wyższa w przypadku głowicy o wyższej częstotliwości, a kolorystyka mapy AIM jest bardziej spójna w całym zakresie pełnego skoku, co oznacza mniejszą zmienność amplitudy, a tym samym rozmiaru wskazania, przy wydłużającej się drodze fali dźwiękowej.

Model głowicy 5L64-A32: częstotliwość 5 MHz, łączna aktywna apertura 32 × 10 mm, odstęp „pitch” 0,5 mm, elewacja 10 mm, zestaw fal TT-TT
Wskaźnik czułości: 18,68

Model głowicy 10L64-A32: częstotliwość 10 MHz, łączna aktywna apertura 32 × 10 mm, odstęp „pitch” 0,5 mm, elewacja 10 mm, zestaw fal TT-TT
Wskaźnik czułości: 27,38

Aby zapewnić odpowiednie pokrycie obszaru zainteresowania i dobrą jakość sygnału, oprócz zastosowania praktycznego narzędzia do modelowania, takiego jak AIM, odpowiednie przygotowanie i dobry plan skanowania metodą TFM powinny zawsze obejmować analizę strategii i wykonalności badania przy użyciu głowicy.

Powiązane treści

Wybór najlepszego trybu propagacji dla reflektora za pomocą narzędzia do modelowania AIM dla inspekcji przy użyciu metody TFM (Total Focusing Method)

4 kluczowe kwestie, które należy uwzględnić podczas opracowywania strategii inspekcji spoin metodą TFM zgodnej z wymogami kodeksu

Wideo: podstawowe zasady działania metod FMC-TFM