Понимание ультразвукового исследования в энергетике

Неразрушающий контроль (NDT) относится к проверке материалов с целью обеспечения их целостности и работоспособности без повреждения компонентов в процессе. Инспекторы используют различные методы неразрушающего контроля, но одним из наиболее часто используемых методов в энергетической отрасли является ультразвуковой контроль.

Ультразвуковой контроль (УЗК) использует тот же принцип, что и морской гидролокатор. Когда гидролокатор (термин, который возник как аббревиатура от «звукового навигационного чтения») проходит через воду и попадает в объект, часть звука отражается от подводной лодки и позволяет измерить расстояние до объекта.

Перед Второй мировой войной сонар вдохновил первых инспекторов ультразвукового исследования на изучение способов применения этой концепции в других приложениях. Еще в 1929 году они провели исследования по использованию ультразвуковых волн для обнаружения металлических предметов. К 1940-м годам инспекторы разработали ультразвуковые методы с использованием одноэлементных аналоговых импульсно-эхо-зондов.

При использовании аналогового метода звук вводится в деталь с помощью одноэлементного ультразвукового преобразователя (зонда), который пьезоэлектрически преобразует электрические импульсы от УЗ-детектора в механические звуковые волны. Преобразователь преобразует звук обратно в электрические импульсы, которые можно отобразить на электронно-лучевой трубке. Жидкость или гель, называемый контактной жидкостью, используется для передачи звука в деталь. Наиболее распространенными типами звуковых волн, используемых при промышленном контроле, являются волны продольного (прямого) луча и волны поперечного (углового) луча с частотами UT от 1 до 10 МГц.

Прямой луч. Когда инспекторы используют волну с прямым лучом (рис. 1), через деталь проходят продольные волны. Из-за расстояния, если звук попадает на внутренний отражатель, звук передается обратно на преобразователь быстрее, чем звук, возвращающийся от задней стенки детали.

1. Аналоговый метод прямого луча. С разрешения: Американское общество неразрушающего контроля (ASNT)

Угловой луч. При контроле угловым лучом используется датчик того же типа, но установленный на наклонном клине для передачи звукового луча в деталь под известным углом. Комбинация углового преобразователя и клина перемещается вперед и назад по направлению к сварному шву, например, так что звуковой луч проходит через него. Как и в случае с прямым лучом, отражатели, расположенные примерно перпендикулярно звуковому лучу, будут отправлять звук обратно на преобразователь. Затем это отображается на экране детектора UT.

В развивающейся отрасли неразрушающего контроля (НК) наблюдается растущая тенденция использования все большего количества цифровых технологий.

Фазированная решетка. Ультразвуковой контроль с фазированной решеткой (PAUT, рис. 2), распространенный цифровой метод, использует преобразователь с несколькими элементами, которые можно активировать по отдельности, что позволяет инспекторам управлять звуковым лучом. Полученные данные формируют визуальный образ контролируемой детали.

2. Сравнение методов ультразвукового контроля (УЗК) и ультразвукового контроля с фазированной решеткой (ПАУТ). С разрешения: АСНТ

С помощью PAUT луч может отображать компоненты под нужными углами. Этот процесс упрощает проверку изделий сложной геометрии. Небольшие размеры преобразователя и его способность перемещать луч без перемещения зонда облегчают проверку компонентов, доступ к которым ограничен. Секторальное сканирование этого типа типично для контроля сварных швов. Возможность проверять сварные швы под разными углами с помощью одного датчика увеличивает вероятность обнаружения дефектов.

Электронная фокусировка позволяет оптимизировать форму и размер луча в ожидаемом месте дефекта. Фокусировка также улучшает соотношение сигнал/шум в крупнозернистом материале. Изображения C-скана могут быть получены очень быстро. Хотя этот метод более эффективен, чем обычное UT, системы с фазированной решеткой представляют собой дорогостоящее оборудование и требуют дополнительной подготовки и компетентности персонала UT.

Полный захват матрицы (FMC). FMC — это стратегия сбора данных, которая позволяет захватывать все возможные комбинации приема-передачи преобразователя PAUT. В системах PAUT используются датчики с несколькими элементами (обычно от 16 до 128), которые возбуждаются компьютером контролируемым образом с использованием определенного закона задержки. После приема вклад каждого элемента суммируется для получения сканирования.