Основные принципы ультразвукового контроля
Для начала важно помнить, что метод общей фокусировки (TFM) подчиняется тем же физическим законам, что традиционный ультразвуковой контроль (УЗК) и УЗК с фазированной решеткой (ФР). Электронное фокусирование с фазированной решеткой — это возможность сосредоточить несколько волновых фронтов отдельных элементов ПЭП в небольшой зоне, называемой фокальной точкой. Такое сосредоточение возможно только в ближнем поле ФР-преобразователя.
Конец ближнего поля соответствует последнему максимуму поля давления вдоль оси распространения несфокусированного ультразвукового пучка. Он определяется такими параметрами преобразователя, как размер элемента и частота, а также скоростью звука в материале. При УЗК ФР, ближнее поле — это зона, где возможна фокусировка. За пределами этой зоны — область несфокусированного пучка, а разрешение и амплитуда луча будут ухудшаться по ходу УЗ-пути, как и при традиционном УЗК. При TFM-контроле, накладываются те же ограничения фокусировки и ближнего поля; таким образом, то, что верно для УЗК ФР, верно и для TFM.
Характеристики преобразователя и особенности фокусировки
Частота ПЭП, размер элемента и количество элементов — факторы, которые влияют на настройку и качество контроля. Например, поскольку длина ближнего поля прямо пропорциональна частоте ПЭП и размеру апертуры, преобразователь с более высокой частотой и большей активной апертурой способен фокусироваться дальше от преобразователя, тем самым обеспечивая более широкий диапазон фокусировки и лучшую визуализацию TFM. С другой стороны, это негативно сказывается на разрешении в приповерхностной зоне.
Опираясь на результаты экспериментов, определить оптимальный преобразователь для TFM невозможно ввиду всех задействованных переменных. Для конфигурации настроек TFM-контроля необходим инструмент моделирования.
Необходимость в инструментах моделирования для выбора преобразователя в рамках TFM-контроля
Инструмент моделирования AIM (карта акустического воздействия) дефектоскопа OmniScan™ X3 позволяет предсказать качество результирующего сигнала TFM. AIM-карта отображает ожидаемый ультразвуковой эхо-сигнал при использовании определенной комбинации ПЭП+призма для конкретного отражателя с выбранной группой волн. Таким образом, AIM позволит вам выбрать преобразователь и призму, и правильно настроить параметры.
Если рассматривать AIM как тепловую карту, показывающую зону с самой сильной амплитудой эхо-сигнала, то индекс чувствительности аналогичен максимальной температуре. Не существует предела температуры, но чем горячее, тем лучше. Сравнивая прогнозируемый индекс чувствительности AIM для заданного набора параметров (т.е. для определенного преобразователя, призмы, формы и угла отражателя, группы волн и т.д.) с другой AIM-картой, вы получите хорошее представление о том, какая конфигурация наиболее оптимальна для контроля.
AIM: Пример влияния шага преобразователя на чувствительность для TFM
На скриншотах ниже показано моделирование AIM, где частота ПЭП (5 МГц) и другие настройки одинаковые, а размеры элементов (шаг) разные. В данном примере, с увеличением размера элементов по активной оси, увеличивается и индекс чувствительности.
 |  |
Преобразователь 5L64-A32: активная апертура 32 × 10 мм, шаг 0,5 мм, подъем 10 мм, группа волн TT в режиме импульс-эхо |
 |  |
Преобразователь 5L64-A12: активная апертура 38,4 × 10 мм, шаг 0,60 мм, подъем 10 мм, группа волн TT в режиме импульс-эхо |
 |  |
Преобразователь 5L64-NW1: активная апертура 64 × 7 мм, шаг 1,00 мм, подъем 7 мм, группа волн TT в режиме импульс-эхо |
AIM: Пример влияния частоты ПЭП на чувствительность и зону покрытия
Частота ПЭП также влияет на моделирование AIM и, в конечном итоге, на TFM-контроль: чем выше частота преобразователя, тем дальше переход от ближнего поля к дальнему. Обратите внимание, что в приведенных ниже примерах значение индекса чувствительности выше при использовании более высокочастотного преобразователя, а цвет AIM более насыщенный на протяжении всего отрезка УЗ-пути, что означает меньшее колебание амплитуды, а следовательно, и размера отражателя с увеличением УЗ-пути.
Преобразователь 5L64-A32: частота 5 МГц, активная апертура 32 × 10 мм, шаг 0,5 мм, подъем 10 мм, группа волн TT-TT
Индекс чувствительности: 18,68
Преобразователь 10L64-A32: частота 10 МГц, активная апертура 32 × 10 мм, шаг 0,5 мм, подъем 10 мм, группа волн TT-TT
Индекс чувствительности: 27,38
Помимо инструмента моделирования (AIM), этап подготовки и планирования сканирования TFM должен включать проверку технической осуществимости, чтобы гарантировать адекватное покрытие исследуемой области и хорошее качество сигнала.
См. также
Видео: Базовые принципы FMC-TFM
Связаться с нами
