Визуализация с использованием плоских волн (PWI) — простой и надежный способ контроля сварных швов

Ультразвуковой контроль (УЗК) значительно эволюционировал с появлением передовых методов фазированных решёток. Среди них визуализация с использованием плоских волн (PWI) в сочетании с дифракционно-временного метода (TOFD) стала мощным методом контроля. Этот гибридный подход повышает выявляемость дефектов, точность определения их размеров и значительно увеличивает скорость контроля, предлагая надёжную альтернативу традиционному радиографическому контролю (РТ) при контроле качества труб, кольцевых сварных швов и материалов из углеродистой стали.

Задача:

Подавляющее большинство неразрушающих методов контроля в настоящее время применяется к углеродистой стали, кольцевым сварным швам и сварным швам труб. Традиционно для контроля таких швов использовались либо радиографический, либо ультразвуковой метод. Но почему всё ещё следует использовать радиографический метод в качестве основного метода контроля, и как можно усовершенствовать ультразвуковой контроль сварных швов, чтобы полностью отказаться от радиографического?

Мы все знакомы с проблемами, возникающими при планировании очередной рентгенографической инспекции сварных швов. Множество требований, связанных с безопасностью, охраной труда и окружающей среды (HSE), ночными сменами или эвакуацией рабочей зоны. Хотя раньше радиография была лучшим решением для контроля, теперь это навсегда в прошлом. Причиной этому является постоянное и устойчивое развитие ультразвуковой инспекции, в частности, фазированной решеточной ультразвуковой дефектоскопии (PAUT), полноматричного захвата (FMC) с методом полной фокусировки (TFM) и метода PWI.

Благодаря достижениям в области ультразвуковых технологий, таких как PAUT, FMC-TFM и PWI, отрасль переходит от рентгенографического контроля, который когда-то был стандартом для контроля сварных швов, к более безопасным, эффективным и столь же надежным ультразвуковым методам, которые устраняют многие проблемы в области охраны труда, техники безопасности и охраны окружающей среды, а также логистические проблемы

Рисунок 1: Стальной фундамент ветряной турбины

Решение:

Новейшей разработкой в ​​области ультразвукового контроля является метод фазированных решёток (PWI). Этот метод является результатом дальнейшего развития методов фазированных решёток, разработанных с 1990-х годов, и сочетает в себе высокое разрешение изображений и высокую эффективность контроля. Отличительной чертой современного оборудования для фазированных решёток (PAUT) является использование современных электронных компонентов и электронных схем. Это позволяет применять различные методы контроля на высоких скоростях с обработкой данных в режиме реального времени.

Если мы хотим ещё больше повысить точность контроля (POD), крайне важно сочетание PAUT или PWI с TOFD. TOFD повышает эффективность обнаружения плоских дефектов, таких как трещины в сварных швах, а также обеспечивает гораздо более надежное измерение высоты. Обработка данных в режиме реального времени с использованием различных методов требует высокой вычислительной мощности и современной конструкции. Дефектоскоп PAUT Cypher® от Eddyfi Technologies разработано в соответствии с новейшими стандартами.

Что касается технических возможностей, Cypher обеспечивает лучшие в отрасли характеристики PAUT, TOFD, FMC-TFM, PWI и PCI, доступные в многогрупповой конфигурации. Это особенно интересно для контроля сварных швов, поскольку позволяет проводить PAUT или PWI-сканирование сварного шва с обеих сторон двумя PA-преобразователями, комбинируя эту многогрупповую конфигурацию с TOFD. Такая конфигурация позволяет сканировать весь сварной шов за один проход с помощью сканера сварных швов. Cypher имеет встроенные элементы управления, которые напрямую взаимодействуют с контроллером сканера. Это позволяет сканировать сварные швы в труднодоступных местах, используя объединённые функции управления перемещением и сбором данных между Cypher и сканерами.

Опираясь на десятилетия инноваций в области фазированных решеток, PWI представляет собой следующий шаг в ультразвуковом контроле, обеспечивая получение изображений с высоким разрешением, высокой скоростью и в режиме реального времени, что в сочетании с TOFD и передовой технологией Cypher® устанавливает новый стандарт эффективности, точности и экономичности контроля сварных швов

Рисунок 2: Обзор Cypher®

Cypher представляет собой новый этап в развитии портативных ультразвуковых систем контроля, объединяя проверенные возможности Gekko™ и TOPAZ в одной унифицированной платформе. Cypher, разработанный для обеспечения надежности, скорости и простоты использования, превосходит своих предшественников по гибкости и скорости обработки данных.

Аппаратное обеспечение обладает рядом замечательных особенностей, таких как двойные разъёмы IPEX, которые позволяют обойтись без разветвителей и, следовательно, избежать дополнительных шумов, вносимых этими разветвителями, что в конечном итоге повышает отношение сигнал/шум (SNR). Устройство также имеет 4 обычных канала, которые могут использоваться как в импульсном режиме, так и в режиме приёма, что позволяет подключать две пары TOFD при критически важных проверках материалов большой толщины. При использовании датчиков Eddyfi Technologies программным обеспечением автоматически распознаются PA-датчики, и все настройки датчика устанавливаются в программном обеспечении.

Среди других особенностей, заслуживающих внимания, — большой (12,1 дюйма) ёмкостный сенсорный экран и большая поворотная ручка, обеспечивающие идеальное взаимодействие с интуитивно понятным пользовательским меню программного обеспечения. Мощная система пассивного охлаждения в сочетании с активным вентилятором позволяет проводить инспекции в любых условиях, даже при удалённых инспекциях, где ёмкие два аккумулятора с возможностью горячей замены работают до 5 часов.

Программное обеспечение Cypher доступно в версии для ПК, полнофункционально и совместимо с портативной версией. Пользовательский интерфейс переработан, чтобы сохранить простоту использования, как у Gekko, но при этом сохранить возможность сложной настройки, как у TOPAZ. Данные, генерируемые программным обеспечением Cypher, имеют открытую структуру и могут быть использованы в Ultravision® и его передовых аналитических инструментах. Совместимость с Ultravision двусторонняя, поэтому настройки, созданные в Ultravision теперь можно экспортировать в Cypher; последнее также применимо к настройкам, созданным в Cypher-PC.

Принцип построения изображений плоских волн

Визуализация с использованием плоских волн (PWI) использует электронное управление лучом для передачи нескольких плоских волн под разными углами, используя полную апертуру зонда с фазированной решёткой. В отличие от традиционных методов фазированной решётки, основанных на последовательных сфокусированных пучках (секториальное сканирование), метод PWI возбуждает решётку небольшим количеством широких несфокусированных плоских волн, а затем записывает полные матричные данные для каждого передаваемого сигнала. Затем используется когерентное компаундирование для реконструкции изображений с высоким разрешением.

Plane Wave Imaging (PWI) — это передовая технология в ультразвуковых исследованиях, при которой для формирования одного кадра изображения используется всего один широкий импульс (плоская волна), покрывающий все поле обзора. Это позволяет достичь очень высокой скорости получения кадров (тысячи кадров в секунду) по сравнению с традиционными методами

Это обеспечивает более быстрый сбор данных и улучшенное отношение сигнал/шум (SNR), что делает его идеальным для визуализации в реальном времени.

Интеграция с TOFD

TOFD дополняет метод PWI, используя дифрагированные сигналы от вершин трещин, а не отраженные эхо-сигналы, обеспечивая точное определение размера дефекта независимо от амплитуды. В сочетании с PWI он обеспечивает получение объемных изображений высокого разрешения, идеально подходящих для обнаружения, измерения и характеристики дефектов.

TOFD обеспечивает точное определение глубины и локализацию вершины трещины. Вместе они обеспечивают полную, избыточную оценку, выявляя как объёмные, так и плоские дефекты с исключительной точностью.

Рисунок 3: Cypher в нефтегазовой отрасли

Использование Cypher с PWI и TOFD по сравнению с рентгенографией обеспечивает лучшую выявляемость дефектов, гораздо более высокую скорость, значительно меньшие затраты и проблемы безопасности. Недавнее исследование показало, что капитальные затраты на усовершенствованную систему PAUT на 50% ниже, чем на оборудование для рентгенографии, а эксплуатационные расходы могут составлять всего 60%.

С точки зрения времени можно сделать вывод, что обследование PWI+TOFD можно выполнить примерно в 2,5 раза быстрее, чем рентгенографию. Это очевидно, когда дело доходит до выбора метода контроля и оборудования для следующей проверки сварных швов труб.

Рисунок 4: Проверка PAUT с помощью Cypher в турбинах аэрокосмической отрасли

Преимущества:

Объединяя визуализацию с использованием плоских волн с TOFD, инспекторы получают более быструю, безопасную и точную альтернативу радиографии, предоставляющую полностью цифровые, высокоразрешающие и количественные результаты без рисков для безопасности или эксплуатационных ограничений, присущих ионизирующему излучению. 

Визуализация с использованием плоских волн в сочетании с TOFD представляет собой решение для ультразвуковой инспекции нового поколения, превосходящее рентгенографию по безопасности, скорости и диагностическим возможностям. Оно обеспечивает количественные, высокоточные и прослеживаемые результаты без логистических и медицинских ограничений, характерных для ионизирующего излучения. В результате PWI + TOFD быстро становится предпочтительным методом контроля целостности сварных швов, структурного контроля и оценки в процессе эксплуатации в таких отраслях, как нефтегазовая, энергетическая и аэрокосмическая.

Преимущества перед рентгенографией (РТ):

*Готовы расширить свои возможности контроля сварных швов? Свяжитесь с нашими экспертами или закажите демонстрацию технологии визуализации с использованием плоских волн  с помощью Cypher® уже сегодня.