Технология применения приборов с использованием фазированных решеток хорошо зарекомендовала себя для контроля сварных соединений во время изготовления. В последние годы операторы на некоторых предприятиях отказались от применения радиографии для проверки сварных соединений и начали использовать фазированную решетку в качестве основного метода неразрушающего контроля.
Усовершенствованные ультразвуковые методы не содержат опасных материалов, сводят проблемы обеспечения безопасности на ноль и могут предоставить мгновенные результаты в отношении качества сварки. Кроме того, фазированная решетка позволяет получить информацию о поперечном сечении контролируемого сварного шва, и поэтому любые потенциальные дефекты сварного шва могут быть точно определены для точного положения в сварном соединении. Эта уникальная способность может повысить скорость ремонта, а также помочь с локальным ремонтом, а не с полной заменой сварного шва.
Хотя фазированная решетка имеет много преимуществ по сравнению с другими методами неразрушающего контроля сварных швов, она по-прежнему имеет те же ограничения, что и традиционный ультразвуковой контроль при работе с анизотропными материалами. Такие материалы, как нержавеющая сталь, могут создавать проблемы для ультразвуковых методов, поскольку структура зерна неоднородна и может быть довольно крупной. Эти особенности могут влиять на затухание и вызывать такие проблемы, как рассеяние и управление лучом.
Рассеянный звуковой луч
Направление луча и рассеяние наиболее заметно при использовании преобразователя в режиме поперечной волны, который является наиболее распространенным режимом волны для контроля сварных швов из углеродистой стали. Хотя можно рассматривать поперечную волну с более низкой частотой, наиболее вероятно, что метод фазированной решетки для сварки нержавеющей стали будет включать использование продольных волн. Продольные волны имеют более благоприятное распространение волны и с удвоенной длиной волны меньше подвержены влиянию крупнозернистой структуры сварных швов.
Сравнение поперечной волны (слева) и продольной (справа)
К сожалению, на этом история не заканчивается. Продольные волны демонстрирует значительное улучшение распространения звука, но имеет одно важное ограничение. При использовании пучка поперечной волны звук может проходить от внутренней поверхности объекта и отражаться в сварной шов при контроле. Эта настройка обычно используется для получения 100-процентного покрытия сварного шва.
Настройка с использованием поперечной волны; с однократно отраженными лучами покрывающей весь объем сварного шва
С продольными волнами мы не можем отскакивать от поверхности, так как когда луч взаимодействует с границей, это вызывает преобразование мод и нежелательные сигналы. Поэтому при сканировании с продольными волнами весь контроль должен быть выполнен прямым лучом, а сварной шов контролируется непосредственно.
Настройка с использованием продольной волны
Как видно на изображении, датчик при контроле должен располагаться гораздо ближе к сварному шву, что создает потенциальную мертвую зону на поверхности. Однако не все потеряно; эта мертвая зона может быть охвачена либо сканированием обеих поверхностей, что часто возможно на больших конструкциях, таких как резервуары, либо введением в сканирование головной волны, которая очень чувствительна к поверхностным дефектам и может охватывать верхнюю мертвую зону.
Настройка головной волны
Для достижения всего вышеперечисленного в настоящее время промышленность предлагает уникальный набор преобразователей с фазированной решеткой, разработанных специально для контроля нержавеющей стали. Эти датчики, обычно называемые датчиками Dual Matrix Array (DMA), используют два ряда элементов на специальной призме, при этом один ряд элементов служит источником возбуждения волны, а другой ряд приемником. Ряды элементов в этих зондах нелинейны и на самом деле нарезаны кубиками в двух направлениях. Эта конструкция не только позволяет увеличить отношение сигнал-шум (SNR) в свариваемом материале, но также дает возможность сосредоточиться на многочисленных ориентациях.
Расположение элементов фазированной решетки для двойной матричной решетки (слева) и стандартной линейной решетки (справа)
Следующая часть представляет интерес с некоторыми примерами данных, полученных с помощью датчиков DMA в сварных соединениях из разнородных металлов. Чтобы иметь возможность определить обнаруживаемость и охват, важно изготовить калибровочные и эталонные образцы из того же материала, что и контролируемые сварные швы. Эти эталонные блоки затем разрезаются на образцы и добавляются калибровочные отражатели, такие как боковые просверленные отверстия (БЦО) и пропилы на поверхности. Эти отражатели затем используются для определения настройки метода, но также используются в проекте для ежедневных проверок датчиков и калибровки чувствительности.
Наклонный датчик с продольной волной на калибровочном блоке из нержавеющей стали, демонстрирующий превосходное соотношение сигнал-шум и обнаружение эталонных отражателей
Последним соображением для этого типа контроля является механический сканер. К сожалению, большинство сканеров сварных швов предназначены для использования на материалах из углеродистой стали с системой магнитных колес. Поскольку нержавеющая сталь немагнитна, требуется специально разработанный сканер. LYNCS — это усовершенствованный модульный ультразвуковой инспекционный сканер, созданный для картографирования коррозии с помощью фазированной решетки (PAUT) и оценки целостности сварных швов методом PAUT/TOFD. Действительно универсальная система позволяет операторам переключаться между контролем сварных швов и расширенным картографирования коррозии менее чем за 60 секунд.
В случае с нержавеющей сталью и для контроля труб мы рекомендуем использовать сканер LYNCS CHAIN; Этот сканер обладает всеми преимуществами LYNCS WI (проверка сварных швов), но поставляется с цепным модулем для обеспечения устойчивости при сканировании немагнитных материалов.
Помимо нержавеющей стали, LYNCS CHAIN применим для трубопроводов из полиэтилена высокой плотности (HDPE). В сочетании с портативными приборами PAUT мирового класса, предлагающими метод полной фокусировки (TFM) и визуализацию плоской волны (PWI), операторы могут действительно оптимизировать свои ультразвуковые проверки HDPE .
В заключение, фазированная решетка, безусловно, становится методом выбора для изготовления сварных швов и заменила рентгенографию во многих проектах контроля (просто посмотрите этот блог о 3 проблемах контроля сварных швов, решаемых с помощью передового ультразвукового контроля вместо рентгенографии). Хотя оценка возможна на неоднородных материалах, оператор должен тщательно выбирать датчики, иметь опыт выполнения требований по калибровке и выбирать сканер, который обеспечивает стабильность и точность контроля, когда поверхность немагнитна.
