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可以替代射线成像的相控阵超声技术


使用扫查器为碳钢管道的腐蚀区域完成成像操作的示例

综述

无损评估(NDE)或无损检测(NDT)行业中的很多规范,都允许检测人员使用一种检测方式替代另一种检测方式,当然,替代的前提是要满足某些特定的要求。此外,还要经常对一些不是基于规范的检测方式进行审核,以完善检测过程,降低检测成本。在检测行业中,超声方式已经成功取代了先前使用的射线成像方式,成为一种广受欢迎、普遍接受的检测方式。

引言

射线成像和超声检测是相辅相成的两种无损检测技术。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。选择一种技术而不选择另一种技术的决定,通常取决于外在的过程决策,或者取决于在具体检测中探测性能方面的微小差别。但是,无论在实际检测中,还是在各大主要机构的规范中,如:ASME(美国机械工程师协会)和API(美国石油学会),超声技术都表现出强劲的发展势头,进而逐步取代了射线成像。尽管大多数规范并没有明确提到超声方式,但是在检测过程中,特别是相控阵(PA)超声,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,条件是检测人员使用了可以同时采用这两种方式进行检测的采集单元和扫查器。在过去,基于规范的检测过程一般都被放在规范的案例或附录的后面。但是,随着超声检测越来越多地应用于工业中,并被广泛地接受后,超声检测过程便被直接添加到主要规范的正文中,如:ASME的第V部分条款4,自2010年以后。经过不断改进更新的相控阵超声设备变得越来越轻便,价格越来越便宜、使用起来也更加方便,所有这些因素都促使超声技术成为一种替代射线成像的既实用又安全的检测技术。

超声技术优于射线成像的一般优势特性:

  • 高探出率(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。
  • 精确定量缺陷的高度,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。
  • 不需要隔离区域。在进行超声检测时,不会影响或中断其附近区域正在进行的其它工作。
  • 不会产生任何化学品或废料,这点与基于胶片的射线成像技术正好相反。
  • 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报告和检测报告,而射线成像技术以胶片形式提供检测结果。

以超声技术替代射线成像的规范示例

  • 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V部分,强制性附录

典型的超声设备和检测要求

  • 一台具有保留完整的原始A扫描数据能力和位置编码能力的采集单元,例如:OmniScan探伤仪FOCUS PX仪器
  • 一份扫查计划和程序,其中记录有检测策略和必要的参数,例如:使用NDT SetupBuilder软件设置的参数。
  • 一个工业扫查器(带有位置编码器),这种(半自动或自动)扫查器可以重复扫查焊缝或部件:
    • 扫查器型号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:
  • 设备、程序、操作人员和检测过程都具备所演示说明的性能。
  • 根据需求,可以提供其它验收标准。
  • 探头、楔块、耦合剂供应设备,以及其它配件。
  • 为相关人员提供适当的培训和证书。

使用扫查器为碳钢管道的腐蚀区域完成成像操作的示例
OmniScan MX2(提供多组功能)(左图)和OmniScan SX(提供单组功能)探伤仪

使用RollerFORM扫查器检测平底孔OmniScan探伤仪屏幕上的波幅C扫描


全自动WeldROVER扫查器(左图)和半自动HSMT紧凑型扫查器(右图)与OmniScan MX探伤仪一起工作

结语

超声技术替代射线成像,以及实际的检测应用要符合规范的要求,都已经成为检测行业发展的必然趋势。使用方便、价格便宜的便携式相控阵设备以及相关软件的出现,为超声技术的迅速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,可以加强检测人员和周围区域工作人员的安全,而且还可以使用其它的验收标准。此外,超声技术的大量使用还降低了工件的报废量和修理量。

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。