Неразрушающий контроль сварных швов в отводах может быть сложным приложением для правильной работы, гарантируя, что все интересующие типы дефектов могут быть правильно обнаружены и локализованы в сварном шве. Использование ультразвукового контроля с фазированной решеткой (PAUT) дает много преимуществ по сравнению с рентгенографией и широко применяется в качестве предпочтительного метода для таких сложных конфигураций. Однако существует множество технических проблем, которые инспекторы и операторы уровня III должны учитывать при разработке и проведении контроля сварных швов методом PAUT. Основное препятствие по сравнению со стандартным контролем сварных швов связано с изменением геометрии основной трубы или сосуда при вращении вокруг отвода. Эта «седловидная» геометрия позволяет датчику перемещаться от осевого к периферическому выравниванию, когда он поворачивается на 90 градусов вокруг отвода. Изменение возвратно-поступательное с вращением по всей окружности.
По мере того, как датчик перемещается вокруг отвода, кривизна передней и задней стенок изменяется, что влияет на взаимодействие пучка с зоной сварки. Лучи станут «перекошенными» в первой части в позициях за пределами 0, 90, 180 и 270 часов. При использовании обычных методов ультразвукового контроля (УЗК) может потребоваться много проходов сварного шва, требующих растрирования, а также перекоса движения датчика.
В этой статье мы рассмотрим использование усовершенствованной электроники и программного обеспечения с фазированной решеткой, а также специальных датчиков и сканеров с решеткой, чтобы обеспечить наиболее полный и эффективный подход к контролю для обеспечения успеха.
При разработке плана контроля сварных швов отвода важно убедиться, что:
-
Эффект перекоса седловой поверхности компенсируется для обеспечения взаимодействия луча по всему объему сварного шва и почти зеркального отражения в интересующих областях обратно к датчику (на рис. 1 показан перекос луча при положении часов на 45 градусов).
-
Имеется достаточный охват объема сварного шва для всех положений сканирования с учетом изменения взаимодействия вокруг геометрии отвода.
-
Лучи могут соответствующим образом взаимодействовать с поверхностями сплавления сварного шва и полными объемами сварного шва. Для сварных швов с подготовкой на основном сосуде или трубе в большинстве случаев потребуется пропустить заднюю поверхность, что требует правильного расчета для каждого поворотного положения с учетом изменения кривизны передней и задней стенок.
-
Показания в результирующих данных отображаются правильно по отношению к трехмерному объему для характеристики, правильного местоположения и размера. Инструменты для «нарезки» модели являются большим преимуществом, помогающим изолировать показания в полном объеме компонента и, следовательно, при определении размеров и характеристик.
Рисунок 1: Эффект перекоса луча при повороте под углом 45 градусов на геометрию образца
Образец с отводом и сканер
В этом примере использовалась образец, принадлежащая Phoenix ISL. Это образец отвода производства Sonaspection со встроенными дефектами.
Рисунок 2: Чертеж образца отвода Sonaspection
Присутствуют дефекты:
- Корневая трещина
- Отсутствие слияния боковых стенок
- Шлак
Сканер, используемый в этом тесте, представляет собой моторизованный NozzleScan Phoenix ISL
Рисунок 3: Внешний вид
Инструментом, используемым в качестве контроля, является Eddyfi Technologies TOPAZ ® 64, дистанционно управляемый с помощью программного обеспечения UltraVision ® 3.
План контроля с 3D объектом контроля
Чтобы спроектировать контроль с учетом трехмерной геометрии компонента, UltraVision 3D позволяет напрямую импортировать компонент в формате 3D CAD (файл SAT). Это дает доступ к целому ряду инструментов, помогающих в правильной разработке контроля, а также в сборе данных и анализе.
После импорта модели можно вставить искусственные дефекты, как показано зеленым цветом на рис. 4; они расположены и имеют размер в соответствии с планом, прилагаемым к отчету Sonaspection.
Рисунок 4 : 3D-модель в UltraVision с предполагаемыми дефектами
Мы можем попросить программное обеспечение смоделировать зеркальные лучи от поверхностей дефекта, чтобы определить оптимальное положение датчика на проверяемой поверхности, а также угол преломления и наклона луча для оптимального контроля.
Моделирование сканера
Важно точно учитывать поведение сканера, когда речь идет о сборе данных о сложном образце; необходимо убедиться, что при анализе данные отображаются правильно по отношению к детали. Для этого исследования мы можем смоделировать «полярный» сканер в UltraVision, который находится на одной линии с используемым сканером, имея ось сканирования, вращающуюся вокруг отвода, а также исходящую от него индексную ось.
Стратегия контроля и выбор преобразователя
Чтобы обеспечить адекватное покрытие сварного шва и компенсировать эффект перекоса седловидной геометрии, необходимо использовать несколько углов перекоса луча. Варианты достижения этой цели включают ручной наклон стандартного 1D ФАР-преобразователя или автоматический наклон датчика с помощью оси наклона с приводом от двигателя. Недостатки этих методов заключаются в том, что они требуют либо проведения нескольких сканирований вокруг отвода, либо сложного автоматизированного механизма сканирования и запрограммированной последовательности сканирования для его достижения.
2D матричная решетка для одновременных множественных углов наклона
Рис . 5. Матричный датчик 2D, установленный в сканере для контроля отводов.
Подход, принятый для этого исследования, заключается в том, чтобы вместо этого использовать датчик с 2D матричной матрицей для электронного измерения нескольких углов наклона в одной ориентации датчика, что позволяет собирать все соответствующие данные в последовательности одного сканирования без необходимости физически наклонять датчик.
Рис . 6. Трассировка лучей электронного перекоса луча
На рис. 6 показаны углы наклона от -15 до +15 градусов для всех углов поворота по главной оси (от 40 до 70 SW) при одном положении датчика.
Рис . 7. Карта покрытия трассировкой лучей, показывающая лучи для трех выбранных лучей для всех положений сканирования .
После того, как мы постулировали набор законов фокусировки, нам нужно понять, как они изменяются и взаимодействуют со сварным швом, когда датчик перемещается вокруг отвода. В некоторых случаях фокальные законы, которые, по-видимому, охватывают сварной шов в одном положении вращения, могут полностью пропустить сварной шов в других положениях. Здесь мы можем использовать инструмент карты покрытия UltraVision.
Карта покрытия помогает нам оценить адекватное покрытие объема сварного шва для всех позиций сканирования и всех углов луча. Программное обеспечение воссоздает путь датчика на поверхности с учетом свойств и последовательности сканера, создавая набор лучей для каждого требуемого угла и наклона, которые можно наложить друг на друга, чтобы показать общий охват контроля.
Получение данных
Видео регистрации в реальном времени можно увидеть на рис. 8 . Как видно на видео, для этой конкретной конфигурации возможно сканирование сварного шва с одного смещения индекса, за один проход и без механического перекоса преобразователя.
Карта покрытия
Анализ
Данные можно просматривать без поправки на угол наклона или объединять в один набор данных. Представления объединенных данных очень помогают в обнаружении и интерпретации, поскольку они учитывают все лучи и углы наклона с учетом их соответствующего направления луча и пути звука. На рис. 9 показаны объединенные данные с C-сканом, B-сканом и конечным видом.
Рисунок 9: Объединенные представления CB-End
Три индикации можно четко увидеть в объединенных данных, а наложение помогает с позиционированием индикации. Однако для точного позиционирования дефекта с учетом профиля поверхности, профиля задней стенки, геометрии сварного шва и углов пучка для всех положений мы используем передовые инструменты построения трехмерных данных UltraVision, чтобы отображать ультразвуковые данные в среде трехмерного компонента с использованием всех основных параметров.
Рис . 10. Выбор объемных данных для построения трехмерных данных.
Показания могут быть измерены и представлены в отчетах с помощью выбора трехмерного контура с автоматическим определением размера падения дБ, используемого, где это необходимо.
Анализ в 3D среде
Рисунок 11: Трехмерное представление данных
Обработка данных в 3D-среде с помощью инструмента UltraVision для построения 3D-данных позволяет точно определять местоположение признаков и геометрических эхо-сигналов, помогая правильно характеризовать и определять местоположение обнаруженных признаков.
3D секущие плоскости
Использование трехмерных секущих плоскостей в трехмерных видах UltraVision позволяет анализировать сложные компоненты, выделяя вид поперечного сечения для каждой позиции и, таким образом, помогая определить местоположение индикации, в данном случае в объеме сварного шва.
На рис. 12 показана режущая плоскость, вращающаяся вокруг сопла, и соответствующий вид в разрезе.
Рис. 12. Видео, показывающее вырезание 3D-изображения и выделение поперечного сечения
Заключение
Контроль отводов и других компонентов сложной геометрии с помощью фазированной решетки может быть сложной задачей, а использование основных инструментов PA может привести к ложному заключению о том, что достигается полное покрытие объема. На практике это может быть не так, и есть вероятность, что недостатки будут упущены. Использование программного обеспечения для контроля, такого как UltraVision 3D, дает возможность выполнять полное проектирование, проверку и анализ данных в единой 3D-среде, обеспечивая оптимальную и эффективную технику контроля, продемонстрированную на этом вебинаре .
