Ультразвуковой контроль фазированной решетки

Источник изображения: Funtay / iStock / Getty Images Plus / через Getty Images

Ультразвуковой контроль с фазированной решеткой (PAUT) постепенно вытесняет обычный ультразвуковой контроль с момента его появления в начале 2000-х годов. PAUT предлагает значительные преимущества перед обычным UT с точки зрения как сбора, так и анализа данных. Кроме того, достижения в области аппаратного обеспечения PAUT привели к разработке более совершенных методов визуализации, таких как метод полноматричного захвата/полной фокусировки (FMC/TFM), которые позволяют улучшить определение размеров и характеристик дефектов. В этой статье дается общий обзор технологии PAUT и подробно описываются ее преимущества по сравнению с традиционным UT, после чего следует краткое обсуждение следующего поколения технологии контроля PAUT: FMC/TFM.

Ультразвуковой контроль (UT) использует высокочастотные механические волны для поиска дефектов в промышленных компонентах. Дефекты проявляются как резкие изменения свойств материала (жесткости и/или плотности), которые отражают ультразвуковые волны при их распространении через образец. UT часто используется вместо радиографического контроля (RT), поскольку UT не требует обращения с рентгенографическими материалами и более чувствителен к обычным дефектам сварного шва, таким как трещины и несваривание.

С помощью специального пьезоэлектрического датчика или «зонда» в испытуемый образец подается короткий ультразвуковой импульс, часто с использованием преломляющего «клина», направляющего луч в интересующую область – см. рисунок 1 (вверху). Когда падающий луч взаимодействует с дефектом, результирующее отражение возвращается по тому же пути к датчику, регистрируя сигнал, обычно называемый А-сканированием — Рисунок 1 (внизу). А-скан отображает силу отражений, обнаруженных датчиком (амплитуда), как функцию времени, прошедшего с момента отправки импульса датчиком, что можно связать с положением отражения в изделии.

Чтобы вызвать отражение, которое можно обнаружить при А-сканировании, дефект должен пересекать ультразвуковой луч где-то на его пути через деталь. Поскольку дефекты могут возникнуть в любом месте контролируемого объема, датчик/клин должен быть направлен вперед (или назад), чтобы траектория луча охватывала всю интересующую область – см. вид спереди на рисунке 2. Такое перемещение датчика по направлению к сварному шву необходимо повторить по всей длине компонента, как показано на рисунке 2 (вид сверху). Обычный УЗ-контроль обычно выполняется вручную, требуя от технического специалиста одновременно контролировать отображение А-скана на УЗ-приборе на предмет отражений дефектов, одновременно гарантируя, что датчик/клин следует определенной схеме сканирования. Этот процесс еще более усложняется тем, что необходимо наносить и повторно наносить слой связующего геля или масла, чтобы обеспечить передачу ультразвука в деталь. В совокупности эти проблемы могут привести к тому, что технические специалисты не смогут выявить критические дефекты, а результат любой проверки будет сильно зависеть от усердия отдельных проверяющих сотрудников. Поскольку датчиком манипулируют вручную, а А-сканы анализируются на лету, также нет возможности/необходимости записывать данные проверки. Таким образом, итоговый протокол проверки представляет собой просто отчет с подробным описанием местоположения любых дефектов, обнаруженных во время проверки.

Традиционный подход к УЗ-тестированию можно сделать более надежным за счет выполнения кодированного сканирования, при котором А-сканы оцифровываются и записываются в каждой позиции сканирования. Затем данные УЗ-тестирования можно анализировать после получения, что дает инспектору время для тщательного изучения результатов без необходимости беспокоиться о манипуляциях с зондом. Для получения закодированных данных сканирования с помощью обычного клина УЗ-зонда требуется роботизированная система сканирования, способная физически индексировать датчик для достижения охвата интересующей области – этот подход называется автоматическим УЗ-датчиком или AUT. Роботизированные системы сканирования являются дорогостоящими и их трудно адаптировать к полевым условиям. Следовательно, AUT традиционно используется в производственных средах, где стоимость системы может быть оправдана объемом проверок, например, проверка сварных швов новых трубопроводов или проведение исследований коррозии на крупных судах.