Дифракционно-временной метод УЗК, TOFD презентация

ДИФРАКЦИОННО-ВРЕМЕННОЙ МЕТОД
Явление дифракции
Стандартное использование дифракции
Принципы TOFD
Практическое применение
Коды и стандарты
Преимущества и недостатки TOFD
Исследование и разработка
Техническое решение
Демонстрация

Явление дифракции
Трещина

Явление дифракции
Принцип Гюйгенса:

Явление дифракции
Трещина
Дифрагированная волна
Дифрагированная волна
Падающая волна
Отраженная волна
Во всех направлениях
Малая энергия
Зависящая от угла падения

Явление дифракции: резюме
Падающая волна ⇒ отраженная волна
Падающая волна ⇒ отраженные волны излучаемые границами дефекта
Цилиндрические/сферические волны излучаемые во всех направлениях
Амплитуда обычно от 10 до 20 дБ ниже зеркального (направленного) отражения

Стандартное использование дифракции
Эхо-импульсный дифракционный метод (метод наблюдения сопутствующего импульса)
ВРЕМЯ ПРОЛЕТА, УГОЛ & СКОРОСТЬ ⇒ ВЫСОТА

Дифракционно-временной метод TOFD
Явление дифракции
Стандартное использование дифракции
Принципы TOFD
Практическое применение
Коды и стандарты
Преимущества и недостатки TOFD
Исследование и разработка
Техническое решение
Демонстрация

Принципы TOFD
Излучатель
Приемник

Принципы TOFD : основная установка
2 преобразователя (излучатель, приемник)
Широкий пучок, продольные волны
Симметрично центру шва
Головная волна (приповерхностная продольная волна )
Донное отражение
Обнаружение дифрагированного сигнала (высокая чувствительность приемника)

Принципы TOFD : сигналы в A-скане
Излучатель
Приемник

Принципы TOFD : разность фаз
Головная волна
Головная волна
Верхний кончик
Нижний кончик
Отражение от донной поверхности
Донный эхо-сигнал
Невыпрямленная развертка типа A необходима для того, чтобы показать изменения фаз

Принципы TOFD
Измерение глубины трещины
Основано на:
Точные измерения времени пролета
Простые тригонометрические уравнения
Выполняется с помощью программного обеспечения TomoView

Принципы TOFD
Измерение глубины трещины
Излучатель
Приемник
S
S
d
Головная волна
Донный эхо-сигнал
t0
t0
Зондирующий импульс
t

Принципы TOFD
Измерение глубины трещины
Излучатель
Приемник
S
S
d
t0
t0

Принципы TOFD
Измерение глубины трещины
T
(расстояние между центрами преобразователей)

Принципы TOFD
Измерение глубины трещины
Излучатель
Приемник
S
S
d
t0
t0

Принципы TOFD
Измерение высоты дефекта
Излучатель
Приемник
2S
d1
d2
Поскольку для расчета высоты используются только измерения времени распространения , возможно очень точное определение размера по высоте. Фактически, на реальных трещинах достижима точность1 мм (0.1 мм - на искусственных отражателях)

Принципы TOFD
Определение характеристик дефекта
В большинстве случаев, нет увязки между амплитудой и значимостью дефекта
Типичный рисунок волны для каждого типа дефекта
Интерпретация изменений фаз
(Частичная) потеря и/или изменение головной волны, донного эхо-сигнала : индикация для поверхностных трещин.

Приповерхностная трещина
Излучатель
Приемник
Головной волны нет

Удаленная от поверхности трещина
Излучатель
Приемник

Горизонтальный плоский дефект
(недостаток сплавления между валиками, расслоение)
Излучатель
Приемник

Принципы TOFD : краткие выводы
Два преобразователя, раздельно-совмещенная схема расположения
Продольные волны
Головная волна (LW), донный эхо-сигнал (BW)
Дифрагированные волны от краев дефекта
Разность фаз между самым высоким и донным сигналами
Глубина и высота дефекта определяются с высокой точностью на основе расчетов времени пролета
Не базируется на амплитуде

Практическое применение
Универсальная установка
Критерии выбора преобразователей
Обработка и представление данных
Манипулятор
Типы сканирования

Практическое применение
Общая установка
Кодовый датчик положения (энкодер)
Магнитные колесики
Преобразователи УЗК
Сварной шов
µTomoscan
Сканер
Преобразователи
µTomoscan

Практическое применение
Выбор преобразователя
Тип волны и угол распространения
Разрешение по временному интервалу
Характеристики пучка
Обобщенная таблица

Характер распространения
Продольные волны :
Самые быстрые волны, не требующие усилий в интерпретации, нет путаницы с преобразованными волнами (SW)
Взаимная зависимость между фазой сигнала и зарождением сигнала (вершина , дно)
Более сильные дифрагированные сигналы

Угол ввода
Зависимость амплитуды генерированных дифрагированных сигналов от угла ввода
Точность измерения высоты дефекта
Полнота охвата контролируемой зоны
⇒ Выбор
Зачастую 60 градусов является хорошим вариантом

Разрешение по временному интервалу
Измерения на основе времени пролета
Требование к коротким ультразвуковым импульсам (важность оборудования УЗК : эффективность возбуждения преобразователя)
Более быстрый метод, чем стандартные ультразвуковые исследования эхо-методом

Характеристики пучка
Широкий пучок для обеспечения покрытия объема контроля
Высокая частота ⇒ небольшая апертура преобразователя ⇒ более низкая чувствительность
⇒ Вариант

Таблица выбора преобразователя

Практическое применение
Обработка данных и визуальное отображение
Для обработки всех невыпрямленных сигналов требуются компьютеры, обладающие большой в мощностью
Для массового количества комплексных сигналов требуется простой способ визуализации данных
Для расчетов необходимы легкие в использовании инструментальные средства

Практическое применение
Обработка данных и визуальное отображение
Очень большой массив данных
Необходимость информации о фазах

Практическое применение
Обработка данных и визуальное отображение
Амплитуда
Время
Одно изображение A-скана замещается одной зашифрованной серой строкой

Практическое применение
Обработка данных и визуальное отображение
B-скан

Практическое применение
Обработка данных и визуальное отображение

Практическое применение
Обработка данных и визуальное отображение
Глубина дефекта выражена сложным математическим уравнением
Базовые инструментальные средства необходимы для
Первоначальной калибровки
Выполнения измерений глубины и высоты

Калибровка
A-scan
B-scan
c

Инструменты для измерений
A-scan
D-scan

Манипулятор
Кодовый датчик положения (энкодер)
Магнитные колесики
Преобразователи УЗК
Сварной шов
Очень простой в использовании
Магнитные колесики
Ручной (или механизированный)
Кодирование положения по одной оси
В основном 2 преобразователя, должен обладать возможностью вмещать больше (PE)
Необходима легкая и точная настройка расстояния между преобразователями

Типы сканирования
Непараллельное , вдоль оси дефекта
Параллельное, поперек оси дефекта

Типы сканирования : непараллельное сканирование
Сварной шов
Непараллельное сканирование
Перпендикулярно направлению зондирующего луча
Обнаружение
Первоначальное определение размеров
Быстрый контроль
Наиболее часто применяется для контроля сварного шва

Типы сканирования : непараллельное сканирование
Недостатки :
Измерение глубины дефекта является точным только когда преобразователи симметрично расположены относительно дефекта
Недостоверность касательно поперечного положения дефекта приводит к погрешности определения высоты

Влияние недостоверности положения дефекта
Излучатель
Приемник
S
S
d
t0
t0

Влияние недостоверности положения дефекта
Излучатель
Приемник
S
S
t2
t1
Фактически:
Максимальная погрешность по абсолютной глубине меньше, чем 10%
Погрешность при определении высоты на внутреннем (небольшом) дефекте пренебрежимо мала.
Обратите внимание на небольшие дефекты, расположенные на донной поверхности.

Параллельное сканирование
Сварной шов
Параллельное сканирование
Параллельно направлению зондирующего луча
Точное определение размера и местоположения

Параллельное сканирование
Приповерхностная
волна
Донная поверхность
B-scan
Головная волна
Этот тип сканирования дает типичную вывернутую параболу.

Параллельное сканирование : недостатки
Контроль сварного шва: усиление шва часто сокращает или не позволяет выполнить объем сканирования.

Практическое применение : резюме
Простая установка, облегченного типа
Высокая скорость контроля
L-волны, широкий пучок, ВЧ-преобразователи
Инструментальные средства для визуализации и анализа данных
Два типа сканирования :непараллельное, параллельное

Коды и стандарты
Британский стандарт
Европейская норма

Британский Стандарт
Инструкция по калибровке и настройке метода TOFD , BS 7706 (1993)
Подробный документ с полезными практическими рекомендациями по настройке контроля методом TOFD
Инструкция по расшифровке данных TOFD
Примеры типичных дефектов сварного шва

Европейская комиссия по стандартизации
Методика контроля TOFD как способ обнаружения и определения размеров дефекта, CENV 583-6 (1997)
Предварительный стандарт
Рекомендуемые параметры преобразователей с учетом разных толщин стенки (частота, размер пьезокристалла, номинальный угол)

Дифракционно-временной метод TOFD
Явление дифракции
Стандартное использование дифракции
Принципы TOFD
Практическое применение
Коды и стандарты
Преимущества и недостатки TOFD
Исследование и разработка
Техническое решение
Демонстрация

Преимущества & недостатки метода TOFD
Преимущества (+) :
быстрый, универсальный
надежное выявление как объемных, так и плоских дефектов
независящий от амплитуды
точное определение высоты дефектов (± 1 мм)
независящий от конфигурации шва
расшифровка в оперативном режиме онлайн, постоянная регистрация
Недостатки (-) :
“мертвые зоны”
маскирование дефектов
эффект неопределенности положения поперечного дефекта
в некоторых случаях необходим дополняющий эхо-импульсный метод
материалы, создающие сильное затухание ?

“Мертвые зоны”
A-scan
D-scan
Верхняя поверхность
Донная поверхность

Дифракционно-временной метод
Явление дифракции
Стандартное использование дифракции
Принципы TOFD
Практическое применение
Коды и стандарты
Преимущества и недостатки TOFD
Исследование и разработка
Техническое решение
Демонстрация

Исследование и разработка
Техническое решение
TOFD : ДА
НО : давайте к тому же воспользуемся преимуществами , которые предоставляет стандартный эхо-импульсный (PE) метод
РЕШЕНИЕ: выполняйте TOFD и PE (эхо-метод) синхронно, не уменьшая скорость контроля

Исследование и разработка
Техническое решение
Система µTomoscan позволяет единовременный сбор и анализ данных
TOFD и PE

Исследование и разработка
Техническое решение
Система µTomoscan & программное обеспечениеTomoView

Исследование и разработка
Техническое решение
Система µTomoscan & программное обеспечениеTomoView
8-канальная портативная аппаратура(8.5 кг)
Многоканальный сбор данных и отображение
Получение средних значений в режиме реального времени
Программа TomoView обеспечивает совместный контроль эхо-методом (PE) и методом TOFD
Калибровка на фактическую глубину на плоских поверхностях (цилиндрические поверхности регламентируются)
Параболические курсоры для уточненной оценки размеров длины
Выравнивание головной волны и подавление для TOFD
Обработка данных SAFT (регламентируется)

Дифракционно-временной метод
Явление дифракции
Стандартное использование дифракции
Принципы TOFD
Практическое применение
Коды и стандарты
Преимущества и недостатки TOFD
Исследование и разработка
Техническое решение
Демонстрация