Гибкий ультразвуковой ФР-преобразователь для контроля объектов сложной конфигурации

Предпосылка

Ультразвуковое высокоточное картирование толщины объектов сложной формы с изменяющимися геометрическими параметрами (например, колен трубопроводов) – крайне сложная задача. Для таких случаев, компания Olympus разработала свой первый гибкий ультразвуковой фазированный преобразователь (ПФР), способный адаптироваться к любой конфигурации объектов, открывая новые возможности для ультразвукового контроля.

Проблема

Для картирования толщины компонента, ультразвуковой преобразователь должен быть установлен перпендикулярно поверхности в каждой точке сбора данных. Это очень медленная процедура, и оператор может пропустить коррозионные язвы между точками сбора данных. Ультразвуковые фазированные преобразователи позволяют быстро и с высоким разрешением сканировать обширные зоны, но стандартные линейные ФР-преобразователи, как правило, жесткие и не приспособлены к изменениям формы компонентов. Компания Olympus нашла решение данной проблемы, разработав новый гибкий ультразвуковой фазированный преобразователь, специально предназначенный для высокоточного картирования толщины объектов сложной конфигурации. Данные преобразователи используются для контроля колен труб, патрубков, штуцеров и любых других компонентов с изменяемой геометрией.

Решение

Новый ФР-преобразователь отличается не только гибкостью, но и механической прочностью и улучшенными акустическими характеристиками. Преобразователь изготовлен из упругого композиционного материала SC 1-3, обеспечивающего гибкость, акустическое сопротивление и изменчивость.

Гибкий ультразвуковой ПФР имеет следующие параметры:

Рис. 1: Различные ракурсы гибкого ФР-преобразователя Olympus.

Механическая прочность преобразователя проверена путем его сгиба 500 раз с радиусом 5 см и частотой 10 циклов в минуту. Все элементы преобразователя полностью сохранили свою функциональность и никаких повреждений выявлено не было.

Акустические характеристики преобразователя также были протестированы. Гибкий преобразователь генерировал акустические лучи как любой стандартный ФР-преобразователь с теми же параметрами. Гибкий преобразователь показал отклонение луча на ±30 LW без побочных лепестков.

Полоса пропускания ультразвукового импульса составляет приблизительно 65% с центральной частотой 5,0 МГц. Для картирования коррозии и толщины это приемлемый компромисс, учитывая преимущества гибкого преобразователя.

Когда преобразователь находится в прямом контакте с металлическим компонентом, «мертвая» зона составляет 5 мм. При использовании линии задержки (н-р, Аквален) мертвая зона может быть уменьшена до 2–3 мм.

Результаты

Гибкий фазированный преобразователь, подключенный к OmniScan MX2, был протестирован на двух коленчатых трубах с явными признаками внутренней коррозии. Были использованы законы фокусировки с 4 элементами и выполнено линейное сканирование 0° продольными волнами (LW) по всей длине преобразователя. Разрешение сканирования: 1 мм × 1 мм.

Преобразователь был установлен на гибкую линию задержки из аквалена для обеспечения лучшего контакта с поверхностью объекта и уменьшения мертвой зоны. На обратную сторону преобразователя был нанесен слой полимерного геля для равномерного распределения нажима со стороны оператора (Рис. 2). К сборке был подсоединен кодировщик. (Имейте в виду, что держатель в сборе экспериментальный, и пока не доступен для приобретения).

Рис. 2: Экспериментальный держатель, используемый для контроля.

Колено #1

Колено #1: наружный диаметр 170 мм, толщина стенки 17 мм, явные признаки внутренней коррозии (Рис. 3). Сканирование выполнено вдоль оси преобразователя, как показано на Рис. 3.

Поверхность просканирована с разрешением 1 мм × 1 мм. Небольшие коррозионные язвины с внутренней стороны поверхности четко видны на изображениях B-скана и C-скана (Рис. 3). ПО отображает положение язвин и позволяет быстро измерить их глубину и размер.

Рис. 3: Слева: B- и C-скан развертки с отображением коррозионных язвин. Справа: Колено с НД 170 мм.

Колено #2

Колено #2: наружный диаметр 220 мм, толщина стенки 7 мм (Рис. 4). Данный компонент имеет эрозионно-коррозионное поражение.

На C-скане четко видно зону прогрессирующего коррозионного износа (Рис. 4). Красным цветом отмечена зона с малой остаточной толщиной стенки, а синим цветом отображается зона с номинальной толщиной стенки (Рис. 4). Можно легко измерить размер корродированного участка и минимальную остаточную толщину стенки.

Рис. 4: Слева: B- и C-скан развертки с отображением эрозионно-коррозионного износа колена. Справа: Колено с НД 220 мм.

Данные тесты показали, что гибкий ФР-преобразователь идеально подходит для контроля коленчатых патрубков и картирования толщины объектов сложной конфигурации.

Важное примечание

Тот факт, что гибкий ПФР разработан для контроля объектов сложной конфигурации, не говорит о том, что он приспособлен для работы в неблагоприятных условиях эксплуатации. Нажимайте на преобразователь аккуратно и равномерно для получения качественных сигналов. Поверхность преобразователя должна быть защищена во время сканирования. В противном случае, при контроле грубых поверхностей, преобразователь может быть поврежден. В случае прямого контакта с металлическими компонентами, поверхность ПФР должна быть покрыта тефлоновой лентой. Рекомендуется использовать гибкую линию задержки. На данный момент, держатель для гибкого ПФР не доступен.

Несмотря на эти ограничения, гибкий фазированный преобразователь является надежным решением, при правильном и аккуратном его использовании.

Вывод

Гибкий фазированный преобразователь приспособлен для сканирования объектов сложной формы, например, колен трубопроводов. Он прекрасно подходит для контроля объектов с изменяющимися геометрическими параметрами и высокоточного картирования толщины.

Гибкий ПФР выполняет секторное и линейное сканирование аналогично стандартному фазированному преобразователю.

Примечание: Гибкий ПФР был специально спроектирован для конкретных приложений. В своей настоящей конфигурации, преобразователь подходит не для всех приложений и случаев контроля. За дополнительной информацией обращайтесь: SCE.PM@olympus-ossa.com