За последние пять лет прогресс в области приборов и программного обеспечения сделал использование метода общей фокусировки (TFM) доступным на большинстве высококлассных ультразвуковых приборах с фразированными решетками. Эти методы были введены в нормативные документы ASME и стандарты ISO.
За последние пять лет прогресс в области приборов и программного обеспечения сделал использование метода общей фокусировки (TFM) доступным на большинстве высококлассных ультразвуковых приборах с фазированными решетками. Эти методы были введены в нормативные документы ASME и стандарты ISO.
В Eddyfi Technologies постоянно работают над тем, чтобы сделать контроль и инспекции более простыми в настройке, быстрыми в исполнении и улучшить качество визуализации данных для принятия наиболее обоснованных решений. Это особенно важно для инспекций сложных конфигураций, таких как сварные швы из разнородных металлов в главном трубопроводе теплоносителя атомных электростанций.
Совсем недавно были разработаны и официально сертифицированы новые методы инспекции для эксплуатационного контроля таких сварных швов трубопроводов из разнородных металлов с использованием более производительного метода визуализации плоской волны (PWI) для создания изображений TFM в реальном времени. Данный метод сочетает в себе передовые методы фокусировки с недавно разработанными низкочастотными 2D-матричными датчиками (DMA) для оптимизации возможностей использования при контроле.
Сварные швы из разнородных металлов
Сварные швы из разнородных металлов (далее DM) обычно соединяют два или более различных материалов и в основном используют сплавы Inconel. Они часто используются в проектировании атомных электростанций для соединения плакированных сосудов из углеродистой стали с трубопроводами из нержавеющей стали.
Сварные соединения DM представляют собой очень сложные конфигурации для контроля Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT).
Анизотропная крупнозернистая структура аустенитного сварного шва приводит к специфическому поведению ультразвуковых лучей при распространении через материал: сильное затухание, сильный шум зерна, перенаправление и искажение луча, а также эффект фильтра нижних частот, блокирующий волны на более высокой частоте.
Кроме того, сварные швы из разнородных металлов обычно соединяют два или более разных материала, поэтому присутствуют множественные акустические интерфейсы, иногда имеющие очень сложную геометрию, включая отводы и конусы.
Рисунок 1: Типичная конфигурация ядерного DM-сварного шва
Для сложных аустенитных сварных швов стандартные комбинации датчиков на фазированных решетках и призм не обеспечат требуемых возможностей контроля для достижения желаемых результатов. Эффективные методы фазированного контроля сварных швов из разнородных металлов обычно основаны на низкочастотных (от 1,5 до 3,5 МГц) датчиках DMA. Такие датчики могут использоваться для генерации либо сдвиговых волн для контроля основного материала, либо продольных волн для лучшего распространения через крупнозернистый аустенитный сварной материал и последовательные акустические интерфейсы.
Раздельно совмещенная конфигурация передачи/приема обеспечивает лучшую чувствительность и отношение сигнал/шум (SNR) благодаря «совмещения» лучей генератора и приемника и позволяет избежать «фантомных эхо», вызванных внутренними отражениями призм. Eddyfi Technologies разрабатывает и производит датчики DMA на своем предприятии в Стейт-колледже (штат Пенсильвания).
Технология визуализации плоской волны (PWI)
Визуализация плоской волны (PWI) — это усовершенствованная технология, которая использует апертуру всех элементов датчика для генерации импульсов вместо генерации импульса каждого элемента, как при методе полной фокусировке (FMC). Прием осуществляется индивидуально каждым элементом. Последовательность импульсов обычно состоит из нескольких законов фокусировки с различными углами и/или апертурами. Как и при методе FMC, изображение TFM может быть создана из необработанных сигналов A-скана в реальном времени во время контроля.
Преимущества PWI перед FMC
Сбор данных PWI имеет несколько преимуществ по сравнению с записью данных FMC. Излученный импульс от полной апертуры имеет большую энергию и является более направленным, чем возбуждение одного элемента. Он обеспечивает большую чувствительность и превосходное отношение сигнал/шум при более высокой скорости сканирования из-за значительно более короткой последовательности срабатывания.
Рисунок 2: Аустенитный стальной эталонный блок с моделированными разветвленными трещинами. В середине: Визуализация плоской волны/TFM с огибающей. Справа: Метод общей фокусировки/TFM с огибающей
При рассмотрении моделируемых разветвленных трещин в базовом материале из нержавеющей стали на рисунке 2 можно увидеть, что множественные грани трещины хорошо разрешены на изображениях TFM как от срабатывания PWI, так и от срабатывания FMC. Но максимальная скорость сбора данных для последовательности срабатывания PWI в 2 раза выше, что позволяет проводить инспекцию в 2 раза быстрее.
План сканирования и производительность
Конфигурация контроля
Параметры датчика
Производительность
Программное обеспечение
Рисунок 3: План сканирования в UltraVision для многолинейного сканирования с использованием метода контроля PWI-TFM для поиска дефектов по окружности в сварных швах из разнородных металлов
Результаты контроля с PWI-TFM
На рисунке 4 показано изображение реальной трещины термической усталости на границе между наплавкой Inconel и отводом из углеродистой стали. Высокоэнергетическое излучение PWI через аустенитный сварной шов и материалы наплавки позволяет четко различать сигналы вершины и угла трещины на изображении TFM.
Рисунок 4: Изображение трещины по окружности термической усталости в сварном шве из разнородных металлов, обнаруженной с помощью метода PWI-TFM с использованием L-волн от датчика DMA 1,5 МГц; эхо-сигналы от кончика и угла могут быть разрешены для определения размера
На рисунке 5 показан результат контроля на наличие дефектов вдоль оси на том же макете сварного шва: механическая усталостная трещина в материале отвода и три надреза в середине сварного шва надежно обнаружены и точно позиционированы в полярном виде.
Рисунок 5: Изображение осевой механической усталостной трещины и трех осевых надрезов в сварном шве из разнородных металлов, обнаруженных с помощью метода PWI-TFM с использованием L-волн от датчика DMA с частотой 1,5 МГц
Оборудование для реализации метода
Eddyfi Technologies Emerald — это компактный ультразвуковой прибор на фазированной решетке, который включает в себя все рассмотренные передовые методы, который обеспечивает быструю производительность и интеллектуальные результаты, а также отличается исключительным качеством сигнала, что означает, что он может достигать высокого усиления без искажения сигнала.
Благодаря обработке метода полной фокусировки в реальном времени на борту и в автономном режиме, в сочетании с функциями сбора данных полного матричного захвата и получения изображений плоской волны, фазированная решеточная система Emerald может выдавать более быстрые и подробные результаты инспекции, чем большинство приборов на рынке. Учитывая ее передовые возможности, она является идеальным решением для инспекций сварных швов из нержавеющей стали и разнородных металлов.
Процедура включает в себя обнаружение дефектов, измерение длины и сквозного сечения стенки и охватывает диапазон от отводов малого диаметра до толстостенного безопасного конца и сварных швов отводов, которые соединяют парогенераторы с главным трубопроводом охлаждающей жидкости.
Рисунок 6: Компактный фазированный УЗ-прибор EMERALD
Ключевые возможности Emerald для DM-сварных швов
- Обработка TFM в реальном времени на борту
- Поддержка методов FMC и PWI для сбора данных
- Высокое качество сигнала без искажений
- Совместимость с низкочастотными матричными датчиками DMA
- Интеграция с ПО UltraVision для планирования и анализа
- Возможность контроля сложных геометрий и материалов
- Высокая скорость сканирования (>100 мм/сек)
- Обнаружение и точное измерение трещин термической и механической усталости
