Применение ультразвуковых фазированных решеток в автоматизированных и механизированны

  • Автор темы В мире НК
  • Дата начала
Ответить
В

В мире НК

Guest
Об авторе
Необходимо войти для просмотра
Михайлов Игорь Игоревич
Технический директор ЗАО «Панатест НК» (г. Москва)
эксклюзивного представителя
торговой марки «R/D Tech »
фирмы «Olympus NDT».
Специалист III уровня по акустическому виду НК.

В последние годы все большее применение в автоматизированных и механизированных системах НК находят ультразвуковые фазированные решетки (ФР) [1], которые позволяют:

  • резко повысить производительность НК по сравнению с традиционными методами УЗК благодаря электронному сканированию объектов контроля;
  • повысить надежность систем контроля за счет существенного упрощения их механической части;
  • повысить достоверность контроля за счет возможности применения большего числа различных схем сканирования с использованием одной аппаратуры;
  • легко осуществлять настройку или подстройку оборудования без механического перемещения ультразвуковых преобразователей.

Чтобы лучше оценить преимущества этих систем, необходимо кратко рассмотреть, что из себя представляют ФР и основные принципы их работы.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 1 Излучение и прием ультразвукового сигнала с помощью ФР

Необходимо войти для просмотра
Рис. 2. Схема расположения элементов (синий цвет) в линейной ФР​

ФР - это массивы небольших пьезоэлектрических элементов, образующих общее поле излучения. Обычно каждый элемент ФР имеет свой собственный генератор возбуждения, усилитель и блок аналого-цифрового преобразования. Управляя временем запуска генераторов возбуждения, можно изменять диаграмму излучения решетки, а изменяя величину задержки принятого сигнала от каждого элемента ФР перед их суммированием, можно изменять диаграмму приема (рис. 1). Наибольшее распространение получили так называемые линейные ФР. Они представляют собой набор прямоугольных пьезоэлектрических элементов, расположенных в одну линию (рис. 2). Число элементов в такой решетке может быть от десятка до нескольких сотен.

Управляя величинами задержек, можно изменять положение точки ввода, угла ввода и глубины фокусировки (рис. 3). Из-за линейной структуры такой ФР управление возможно только в одной плоскости. Во второй плоскости обычно осуществляют механическое перемещение объекта контроля вдоль ФР или решетки вдоль объекта контроля.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 3 Управление ФР: линейное и секторное сканирование, сканирование по глубине​

Типичным применением линейных ФР в системах автоматизированного УЗК является их использование в системах контроля прутков, одна из которых представлена на рис. 4. В ней решетки выполнены в виде сегментов окружности (рис. 5) и установлены по кругу в иммерсионной ванне. Каждая решетка содержит 128 элементов. Всего в установке используется шесть ФР.
 

Вложения

  • 00.jpg
    00.jpg
    1.6 KB · Просмотры: 737
  • 09.jpg
    09.jpg
    7.8 KB · Просмотры: 19
  • 08.jpg
    08.jpg
    12 KB · Просмотры: 15
  • 07.jpg
    07.jpg
    8.1 KB · Просмотры: 387
  • 06.jpg
    06.jpg
    8.3 KB · Просмотры: 381
  • 05.jpg
    05.jpg
    3.5 KB · Просмотры: 384
  • 04.jpg
    04.jpg
    15 KB · Просмотры: 390
  • 03.jpg
    03.jpg
    9.2 KB · Просмотры: 395
  • 02.jpg
    02.jpg
    9.7 KB · Просмотры: 389
  • 01.jpg
    01.jpg
    9.9 KB · Просмотры: 392
  • 13.jpg
    13.jpg
    7.7 KB · Просмотры: 25
  • 12.jpg
    12.jpg
    6.8 KB · Просмотры: 20
  • 11.jpg
    11.jpg
    19.7 KB · Просмотры: 19
  • 10.jpg
    10.jpg
    14 KB · Просмотры: 19
В

В мире НК

Guest
Необходимо войти для просмотра
Рис. 4. Система контроля прутков фирмы «Olympus NDT» (торговая марка «R/D Tech ») с применением ФР: общий вид (слева) и вид на иммерсионную ванну

Необходимо войти для просмотра

Пруток проходит через центр иммерсионной ванны между ФР. Такая конструкция позволяет реализовать контроль аналогичный контролю с применением вращающихся головок, однако, вращающиеся детали при этом отсутствуют. Система позволяет контролировать прутки диаметром от 15 до 100 мм. Скорость контроля 2 м/с.

Благодаря использованию ФР можно вводить ультразвук в пруток не только по нормали к его поверхности, но и под углом к ней (рис. 6), что позволяет контролировать пруток на наличие продольных дефектов в поверхностной зоне. Дополнительное преимущество такой системы - это возможность контроля помимо круглых прутков прямоугольных и шестигранных. Для этого достаточно использовать легкосъемные кассеты с плоскими линейными ФР, сконфигурированными для их контроля.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 6. Схема контроля с вводом ультразвуковых колебаний по нормали к поверхности прутка и под углом к ней: разными цветами показаны три направления прозвучивания; виртуальный датчик - это зона излучения при линейном сканировании

Необходимо войти для просмотра
Рис. 7. Автоматизированная система фирмы «Olympus NDT» (торговая марка "R/D Tech" ) для контроля труб диаметром до 100 мм​

Другим примером применения линейных ФР в системах автоматизированного УЗК являются системы контроля тела трубы. Показанная на рис. 7 система конструктивно конструктивно мало отличается от системы контроля прутков: трубы без вращения проходят через иммерсионную ванну, в которой расположены блоки ФР. Один блок с шестью ФР обеспечивает обнаружение продольных дефектов (рис. 8а), причем он может обнаруживать дефекты сразу в двух направлениях (по и против часовой стрелки). Два блока ФР предназначены для поиска поперечных дефектов (рис. 86). Дополнительный блок с восемью обычными иммерсионными преобразователями обеспечивает контроль геометрических параметров трубы.
 

Вложения

  • 08.jpg
    08.jpg
    12 KB · Просмотры: 10
  • 09.jpg
    09.jpg
    7.8 KB · Просмотры: 8
В

В мире НК

Guest
Необходимо войти для просмотра
Рис. 8. Схемы построения блоков ФР для обнаружения продольных (а) и поперечных (б) дефектов и схемы прозвучивания тела трубы​

Система обеспечивает полный контроль стенок трубы с максимальной скоростью подачи 2 м/с. Длина неконтролируемых концов составляет не более 50 мм. Специальное программное обеспечение обеспечивает перенастройку системы на другие диаметр трубы и толщину стенки без механической перестройки положения ФР. Отсутствие вращающихся головок делает систему чрезвычайно надежной и стабильной в работе.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 9. Система контроля труб большего диаметра с применением ФР​

Для контроля труб большого диаметра разработана другая система контроля (рис. 9). Труба вращается, а блоки ФР, размещенные в локальных иммерсионных ваннах, передвигаются вдоль контролируемой трубы. Применение ФР при такой схеме контроля обеспечивает:
  • контроль за один подход и тела трубы и ее концов на одной и той же системе контроля благодаря управлению работой ФР;
  • высокую производительность контроля за счет совмещения механического и электронного сканирования: при шаге спирального движения 180 мм реальный шаг сканирования составляет около 1 мм (например, труба длиной 12 м с диаметром 273 мм и с толщи ной стенки 16 мм проверяется 38 с с учетом контроля концов трубы);
  • выявление продольных и поперечных дефектов в двух направлениях, контроль на расслоения и стопроцентную толщинометрию стенки трубы;
  • малое время перехода на другой диаметр или толщину стенки трубы за счет отсутствия необходимости в механической юстировке фазированных решеток;
  • соблюдение требований практически всех существующих в настоящее время стандартов благодаря высокой разрешающей способности и высокой чувствительности

Самое широкое распространение по-лучило использование ФР в системах контроля сварных швов. В качестве примера рассмотрим две системы производства фирмы «Olympus NDT» (торговая марка «R/D Tech»): «PipeWIZARD» и «PipeSMART» (рис. 10).

Необходимо войти для просмотра
Рис. 10. Системы PipeWIZARD и PipeSMART контроля сварных стыков трубопроводов​

«PipeWIZARD» представляет из себя автоматизированную систему, основным назначением которой является контроль сварных стыков трубопроводов во время их монтажа. Ее особенностью является передвижение сканера «PW» по бандажу, остающемуся после автоматической сварки. Производительность контроля составляет 100 мм шва в секунду или 3 - 4 мин на один стык диаметром 1 м, включая установку, сканирование и съем сканера, анализ результатов и выдачу заключения, переезд к следующему шву.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 11. Окно программы автоматического расчета параметров и схем контроля системы «PipeWIZARD»​

Система обеспечивает контроль в соответствии с требованиями различных стандартов (DNV OS F101 2000, ASTM E1961-98, API 1104 19th edition и ряда других) благодаря применению сразу нескольких методик контроля (эхо-метод с разбиением шва на большое число зон контроля, получение B-сканов шва, использование метода TOFD). Ее преимуществами по сравнению с аналогичными системами на основе обычных ПЭП являются:

  • быстрая настройка путем программного расчета параметров виртуальных датчиков (рис. 11), не нуждающихся в механической юстировке;
  • возможность контроля трубопроводов диметром от 100 мм и выше одной и той же системой ФР и призм;
  • малые размеры и вес блока с ФР по сравнению с размером и весом блока ПЭП (обычно больше 32 шт.);
  • легкость поддержания акустического контакта благодаря его малой площади (в 15 - 20 раз меньше чем у обычных систем);
  • обеспечение постоянного прямого контроля качества акустического контакта;
  • возможность увеличения числа зон контроля без увеличения числа каналов электронных блоков и без добавления дополнительных датчиков.

Программное обеспечение позволяет автоматически определять параметры обнаруженных дефектов и вносить их в отчет, что многократно упрощает и ускоряет проведение анализа дефектоскопистом.

В настоящее время это одна из самых востребованных систем в мире.
 

Вложения

  • 11.jpg
    11.jpg
    19.7 KB · Просмотры: 370
  • 10.jpg
    10.jpg
    14 KB · Просмотры: 369
  • 09.jpg
    09.jpg
    7.8 KB · Просмотры: 370
  • 08.jpg
    08.jpg
    12 KB · Просмотры: 368
В

В мире НК

Guest
Система «PipeSMART», построенная на базе портативного прибора «OmniScan», обеспечивает высокопроизводительный и достоверный контроль, сочетая портативность с надежностью при работе в полевых условиях. В ней используется цепной ручной сканер « HSP-XY01 », позволяющий контролировать трубопроводы диаметром от 114 до 914 мм (по специальному заказу этот диапазон можно поднять до 1420 мм). Встроенные кодировщики положения обеспечивают точную привязку координат обнаруживаемых дефектов контролируемого сварного шва вне зависимости от равномерности перемещения сканера. Малый вес сканера (менее 3 кг) и аккумуляторное питание прибора (до 6 - 8 ч непрерывной работы) делают систему полностью автономной и удобной при работе в полевых условиях при обследовании строящихся или находящихся в эксплуатации трубопроводов.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 12. Схемы движения датчика ФР вдоль сварного шва (а); схемы линейного (6) и секторного (в) сканирования при контроле сварного шва

Необходимо войти для просмотра
Рис. 13. Экран прибора «OmniScan» в системе «PipeWIZARD» при отображении нескольких сканирований: А-, S- и С-сканы двух линейных сканирований с разными углами ввода и секторное сканирование (все сканирования были получены за один проход)​

Встроенное программное обеспечение позволяет производить двусторонний одновременный контроль сварных швов и легко подготавливать и выпускать протокол контроля. Обычно при работе с системой используется линейное или секторное сканирование (рис. 12) или различные их комбинации. Одновременное использование нескольких схем сканирования обеспечивает максимально полное исследование сварных швов. Протокол также может быть подготовлен на удаленном компьютере с помощью программного обеспечения «TomoView».

Система «PipeSMART» поддерживает самые разные стандарты, в том числе и API 1104, ISO 13847, AWS, ASTM E-1961 или DNV 0S-F101.

Таким образом, технологии, основанные на ультразвуковых фазированных решетках, находят все большее применение и имеют хорошие перспективы в тех случаях, когда требуется высокая производительность, достоверность и надежность средств НК, в том числе в автоматизированных системах контроля.

Литература
1. Introduction to Phased Array Ultrasonic Technology Applications / R/D Tech Guideline. - Quebec City (Canada), R/D Tech, 2004.
 

Вложения

  • 12.jpg
    12.jpg
    6.8 KB · Просмотры: 364
  • 13.jpg
    13.jpg
    7.7 KB · Просмотры: 367

admin

Admin
Регистрация
16.04.2012
Сообщения
6,701
Реакции
1,825
Адрес
Омск
Михайлов И.И. Применение ультразвуковых фазированных решеток в автоматизированных и механизированных системах НК. − В мире НК. − Сентябрь 2006 г. − № 3 (33). − С. 13−16. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.
 

Вложения

  • 33_13_16_tekkno.pdf
    33_13_16_tekkno.pdf
    1.4 MB · Просмотры: 131

swc

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
24.03.2013
Сообщения
4,960
Реакции
574
Смотрел-смотрел и не нашел 10 отличий в рис1 и рис2. Честно говоря и одного-то не нашел.:confused:
 

Alexander

Мастер дефектоскопии
Регистрация
24.10.2013
Сообщения
1,123
Реакции
193
Смотрел-смотрел и не нашел 10 отличий в рис1 и рис2. Честно говоря и одного-то не нашел.:confused:
И не могли найти, потому что это один и тот же рисунок. Ничего не потеряли из-за этой ошибки, потому что ничего важного для вас на том рисунке нет.
 

swc

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
24.03.2013
Сообщения
4,960
Реакции
574
И не могли найти, потому что это один и тот же рисунок. Ничего не потеряли из-за этой ошибки, потому что ничего важного для вас на том рисунке нет.

Ну слава богу. Спасибо, Alexander, я уж думал, глаза отказали.:D
 

КОНСТ

Мастер дефектоскопии
Регистрация
04.02.2013
Сообщения
1,248
Реакции
252
А для меня на том рисунке есть что-то важное или нет? И что вообще должно быть на рис.2?
 

Alexander

Мастер дефектоскопии
Регистрация
24.10.2013
Сообщения
1,123
Реакции
193
А для меня на том рисунке есть что-то важное или нет? И что вообще должно быть на рис.2?
И для вас тоже. Какую важную информацию может нести рисунок состоящий из 16-ти параллельных отрезков, которые представляют отдельные элементы линейной решетки?
 
Регистрация
07.09.2012
Сообщения
11
Реакции
3
Возраст
76
Адрес
Санкт-Петербург
Mik_02.jpg
Смотрел-смотрел и не нашел 10 отличий в рис1 и рис2. Честно говоря и одного-то не нашел.
Это глюк на диске с электронной версией журнала. Правильный рис. 2 из выпущенного номера журнала прилагаю.
 

dea135

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
17.02.2013
Сообщения
8,960
Реакции
1,726

swc

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
24.03.2013
Сообщения
4,960
Реакции
574
и где это приложение? снова глюк?

Не, уважаемый dea135.Вот те полтора десятка синих полосок в самом верху, это и есть приложение. Насколько я разбираюсь в ФР.:D
 

Михаил57

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
06.03.2013
Сообщения
10,960
Реакции
1,067
Не, уважаемый dea135.Вот те полтора десятка синих полосок в самом верху, это и есть приложение. Насколько я разбираюсь в ФР.:D
Кликнул эти полосочки - так полосочками и остались, только стали побольше.:)
 
C

csevrus

Guest
Если не секрет , каков размер одного элемента в решетке и его частота?
С уважением CSEVRUS.
 

Alexander

Мастер дефектоскопии
Регистрация
24.10.2013
Сообщения
1,123
Реакции
193
Если не секрет , каков размер одного элемента в решетке и его частота?
С уважением CSEVRUS.
Размер элемента от 0,3 до 3 мм, частота от 1 до 15 МГц. Какой же это секрет?
 

USM35 XS

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
24.08.2012
Сообщения
2,397
Реакции
785
Адрес
Сызрань
Кто скажет, где можно найти Михайлова И.И.? Именно он интересует как специалист по ФАР. Любая актуальная информация принимается в личные сообщения.
 

ustyansky

Бывалый
Регистрация
27.11.2012
Сообщения
51
Реакции
6
Кто скажет, где можно найти Михайлова И.И.? Именно он интересует как специалист по ФАР. Любая актуальная информация принимается в личные сообщения.

Он сейчас работает в НИИ ТНН
 
Сверху