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可以替代射线成像的超声相控阵技术


可以替代射线成像的超声相控阵技术

综述

只要可以满足某些要求,许多规范都允许将规范中所表述的无损评估(NDE)方法替换成另一种方法。某些非基于规范的检测方法,由于可以节省成本,并具有其他一些优势特性,因而经常会受到关注和应用。目前,由超声方式替代从前使用的射线成像方式完成无损检测,已经成为大势所趋。

引言

射线成像和超声检测是两种相辅相成的无损检测技术。两种技术都可以检测焊缝和部件的整个体积,以探测到诸如裂纹、未熔合、多孔性等缺陷。选择一种技术而放弃另一种技术的决定,通常取决于外在的过程决策,或者取决于这些技术在具体检测中所表现的差异不大的探测能力。近些年来,无论在实际应用中,还是在几大主要规范中,如:ASME(美国机械工程师协会)和API(美国石油学会),使用超声方式替代射线成像方式完成无损检测的趋势都呈现出上升的势头。尽管大多数规范并没有明确提到超声检测方式,但是在检测过程中,相控阵已经成为一种很受欢迎的替代方式。相控阵技术还经常与衍射时差(TOFD)功能组合在一起使用,因为现代的采集单元和扫查器可以同时采用这两种技术完成检测。从前,基于规范的检测过程都会按照规范中的案例或附录中的指导完成,但是经过大量的行业实践并获得了成功的经验后,这些实际操作过程就被直接编入到主要规范手册的主体中,如:自2010年以后的ASME手册的第5部分条款4。如今,现代的相控阵设备与以往的设备相比,具有高度便携,节省成本,使用更为方便的特性,从而为超声技术替代射线成像技术提供了更为有利的条件。

超声方式优于射线成像方式的典型特性:

  • 高检出率(POD),特别是在探测裂纹和未熔合缺陷时
    • 大多数研究表明,超声技术在探测平面缺陷方面往往比射线成像的效果更好
  • 准确定量缺陷的高度,通过工程临界评估可以降低要报废或修理的产品数量
    • 超声技术可以对缺陷的高度进行测量,从而可以通过缺陷的体积维度,了解缺陷的严重程度,而不是只了解缺陷的类型和长度
  • 没有辐射,不会造成危险,也不需要拥有额外的许可证书或特殊的检测人员
  • 不需要隔离检测区域,超声检测现场周围的工作可以照常进行
  • 不使用化学制品,不产生废料,这点与基于胶片的射线成像检测正好相反
  • 对焊缝实时进行的超声分析可以立即向电焊工提供评估结果和反馈信息
  • 超声技术以电子格式提供设置信息和检测报告,而射线成像技术以胶片形式提供检测结果

超声技术替代射线成像技术的规范示例

  • ASME规范案例2235
  • ASME规范案例179
  • ASME规范案例168
  • ASME规范案例N-659
  • ASME规范N-713
  • API 620/650 App.U
  • ASME第5部分,强制性附录

典型的超声设备和检测要求

  • 具有保留完整的原始A扫描数据和编码能力的采集单元(OmniScan或Focus LT)
  • 表明有据可查的检测策略和基本参数的扫查计划和检测程序
  • 可以重复扫查焊缝或部件的(半自动或全自动)工业扫查器(编码器)
    • 扫查器的选择基于焊缝的数量、管道的直径,以及其它一些应用变量
  • 可以传送数据
    • 在采集单元中,或者在后分析软件OmniPC或TomoView中,对数据进行分析
  • 可以进行有关设备、程序、操作人员和检测过程的演示说明
  • 根据需求,可以使用其它验收标准
  • 探头、楔块、耦合剂供给装置,以及其它配件
  • 为相关人员提供适当的培训和证书
OmniScan MX2(提供多组功能)和OmniScan SX(提供单组功能)
OmniScan MX2(提供多组功能)和OmniScan SX(提供单组功能)

全自动WeldROVER扫查器和半自动紧凑型扫查器与OmniScan 探伤仪一起工作全自动WeldROVER扫查器和半自动紧凑型扫查器与OmniScan 探伤仪一起工作

全自动WeldROVER扫查器和半自动紧凑型扫查器与OmniScan 探伤仪一起工作

用于设计和分析的NDT SetupBuilder和OmniPC软件用于设计和分析的NDT SetupBuilder和OmniPC软件

用于设计和分析的NDT SetupBuilder和OmniPC软件

结语

超声技术替代射线成像技术,已经成为检测行业发展的必然趋势,而且超声检测也已经受到多种规范的认可。近些年来,使用更方便、价格更便宜的现代化便携式相控阵设备以及相关软件的出现,为超声检测的普及起到了推波助澜的作用。超声技术在检测行业中不断发展壮大的主要原因在于它可以节省过程成本和时间,可以保障检测人员和周围区域工作人员的安全,而且其所使用的不同的验收标准还可以降低要报废或修理的产品数量。

Olympus IMS

应用所使用的产品
NDT SetupBuilder是一个基于PC机的软件,不仅可以创建检测设置,还可以显示声束的模拟情况。这个软件具有多个功能,可以快速方便地设计和配置复杂的检测方案,而且这些检测方案可以被直接导入到OmniScan MX2仪器中。
工业扫查器根据被测表面的情况准确定位探头的能力,大大地提高了检测质量。奥林巴斯为检测人员提供了各种各样的工业扫查器和配件,为检测工作提供了很大的帮助。扫查器有多种配置,除了手动配置和电动配置,还有单轴编码和双轴编码的区别。
TomoView是一个基于PC机的性能强大、变通灵活的软件,用于设计、数据采集、视图显示,及超声信号的分析。
OmniPC软件是用于分析OmniScan数据的非常经济有效的选配项目。 软件所提供的分析工具与OmniScan的机载软件相同,而且更具灵活性,因为它可以在个人电脑中运行。
轻便的单组Omniscan SX探伤仪装有一个方便用户阅读的8.4英寸(21.3厘米)触摸屏,可提供性价比很高的检测解决方案。OmniScan SX有两种型号:SX PA和SX UT。SX PA是一个16:64PR仪器,它与仅使用UT技术的SX UT一样,配备有一个用于脉冲回波、一发一收或TOFD(衍射时差)检测的常规UT通道。
这类专用于相控阵应用的探头的频率范围在0.5 MHz到18 MHz之间,其标准配置为16、32、64或128个晶片。特殊的探头可以最多装配几百个晶片。