Электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП) – это относительно новое направление в УЗ контроле. Основное отличие этой технологии состоит в том, что ультразвуковая волна генерируется непосредственно в исследуемом объекте. В основе принципа действия ЭМА преобразователей лежит возбуждение и прием ультразву­ковых волн путем воздействия на по­верхность электропроводящего объекта переменного и постоянного магнитных полей. Индуктор ЭМАП, через который протекает импульс высокочастотного тока, создает в поверхностном слое металла вихревой ток. В результате совместного действия вихревого тока и поляризующего поля возникают силы Лоренца, обеспечивающие возбуждение ультразвуковых колебаний со­ответствующего типа. В зависимости от конструктивных параметров индуктора и ориентации поляризующего поля, в процессе контроля воз­буждаются сдвиговые SH-волны ради­альной или линейной поляризации (индуктор оваль­ной или прямоугольной формы).

С помощью ЭМАП, легко возбудить, например поперечные волны, распространяющиеся по нормали и под углом к поверхности, а так же поперечные нормальные волны. ЭМАП не нагружают поверхность объекта контроля, что позволяет устранить проблемы связанные с реверберационными процессами – явлениями на границе раздела сред в слое контактной или иммерсионной жидкости. Акустический тракт ЭМА дефектоскопа весьма прост, поскольку ультразвуковые волны возбуждаются и распространяются, как правило, только в самом объекте контроля. Только сам объект контроля и содержащиеся в нем неоднородности, способны изменить картину волнового поля.

Имеются основания считать, что поперечные волны распространяющиеся по нормали к поверхности, более чувствительны к некоторым дефектам. Они распространяются вдвое «медленнее» продольных, что создает благоприятные условия для толщинометрии и повышения разрешающей способности при контроле эхо-методом. Применение поперечных волн определенной поляризации позволяет с высокой чувствительностью обнаруживать неудобные для отражения трещины, даже если их плоскость параллельна направлению прозвучивания.

Электромагнитный контакт ЭМАП с поверхностью объекта контроля, в большинстве случаев является гораздо более устойчивым, чем акустический контакт для пьезоэлектрических преобразователей. Колебания опорного «донного сигнала на бездефектных участках, как правило, не превышают 4-6 дБ. Акустическая ось не отклоняется при изменении положения ЭМАП относительно поверхности объекта контроля.

Контактная жидкость является одним из слабых мест традиционных методов УЗК и большинства реализующих их систем. Необходимость применения жидкости все чаще вступает в конфликт с современными металлургическими технологиями. Все труднее обеспечивать необходимые требования по скорости перемещения, температуре и состоянию поверхности объектов контроля. Использование воды, даже с добавлением присадок, часто приводит к коррозии и как следствие к ухудшению товарного вида продукции. Применение электромагнитно-акустических преобразователей не требует применения контактной жидкости и следовательно лишено всех связанных с ней недостатков.

Бесконтактные методы возбуждения акустических волн по средствам ЭМАП существенно расширяют возможности ультразвукового контроля при высоких и низких температурах, шероховатой и загрязненной поверхности объектов, а также в случаях когда по применяемой технологии контактные жидкости применять недопустимо.

Основные преимущества технологии контроля с применением ЭМАП по сравнению с традиционным ультразвуковым контролем

• ЭМАП может возбуждать поперечные волны в широком диапазоне частот, что позволяет увеличить измеряемый диапазон и увеличить точность измерений по сравнению со стандартным ПЭП
• Отсутствие непосредственного контакта ЭМАП с металлом существенно снижает требования к подготовке поверхности и не требует использования контактной жидкости
• Ультразвуковые колебания возбуждаемые электромагнитным полем не чувствительны к перекосам при установке ЭМАП на изделие, устраняя ошибки измерения, вызванные преломлением звука на границе «преобразователь – объект контроля»
• Рабочая поверхность может иметь широкий температурный диапазон без риска повреждения датчика
• На контроль не влияет угол ввода импульса, поэтому преобразователи не делятся на наклонные и прямые
• Бесконтактный преобразователь не подвержен трению и как следствие не изнашивается
• Приборы использующие электромагнитно-акустические преобразователи могут работать на объектах сложной формы и трубах малого диаметра

К недостаткам ЭМАП относят их сравнительно низкую чувствительность и помехозащищенность. Одним из возможных методов повышения чувствительности ЭМА-сичткмы является применение когерентной обработки принимаемых сигналов.

Технология ЭМАП

В статье использованы материалы журнала «В мире неразрушающего контроля»

1. «ЭМА преобразователи для ультра­звуковых измерений» авторы А.А. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин, В.Т. Бобров, С.Г. Алехин, В.Н. Козлов №2 (40) июнь 2008
2. «Методы и средства ультразвукового контроля проката с применением электромагнитно-акустических преобразователей» Кириков А.В. № 3 март 1999

Дифракционно-временной метод (ДВМ) был разработан в начале 1970 -х годов коллективом доктора Мориса Силка. Данный метод так же часто называют «времяпролетным», дословно переводя английское название Time-of-flight diffraction (TOFD). С появлением более мощных портативных компьютеров во второй половине 1980-х годов, метод TOFD стал более востребованным, а с начала 2000 года занимает в Европе и США лидирующие позиции по отношению к традиционному эхо-импульсному методу УЗК. Данному методу посвящен ГОСТ ISO 10863-20 Применение дифракционно-временного метода (TOFD).

Физической основой дифракционно-временного метода НК является взаимодействие краев неоднородностей материала с ультразвуковыми волнами. Наличие неоднородности в материале определяется анализом поперечных и продольных волн, при этом основой оценки параметров дефекта, являетсявремя прохождения и приема сигнала, амплитуда волны при контроле методом TOFD во внимание не принимается. После столкновения с дефектами, волна изменяет свое направление и время регистрации в приемнике, в бездефектных структурах это время должно быть близко к эталонному. Обрабатывая принятые сигналы, на экране дефектоскопа создается наглядный образ дефекта.

Для получения и приема продольных (боковых) волн, необходимо расположить два наклонных датчика с обеих сторон сварного шва, при этом необходимо, что бы излучатель и приемник находились на одном уровне. В процессе контроля, продольная волна прямолинейно движется через исследуемый материал и возвращается в приемный ПЭП. При обследовании объектов большой толщины, иногда надо сделать несколько последовательных проходов, но в большинстве случаев достаточно достоверные результаты можно получить за один проход. Теория и практика ультразвукового контроля методом TOFD продемонстрированы на следующих изображениях.

Дифракционно-временной метод является достаточно точным и в некоторых случаях способен полностью заменить использование рентгенографического метода. Согласно анализу результатов полученных в результате применения дифракционно-временного метода и радиографии, метод TOFD позволяет провести измерения размеров дефекта и глубину его залегания в материале. В частности метод TOFD показал себя более чувствительным к таким дефектам как плоскостные трещины. На следующем изображении, показана фиксация дефектов сварного шва выявленных сканером TOFD и на рентгеновском снимке. Из прочих преимуществ денного вида УЗК можно отметить безопасность, практическое отсутствие расходных материалов и быстроту получения результатов.

В таблице приведены некоторые модели, поддерживающие метод TOFD. Подробное описание моделей по ссылкам в таблице.

Proceq Flaw Detector 100	УСД-50 IPS	STARMANS DIO 1000 SFE	SIUI SUPOR

• Более высокая точность контроля ±1мм (при повторном проходе ± 0,3мм) и более высокая вероятность обнаружения дефектов. По результатам европейского проекта "Эффективность применения метода TOFD для контроля сварных соединений сосудов под давлением на стадии изготовления» (TOFDPROOF) было проведено сравнение эффективности данного метода с радиографией и традиционнымэхо-импульсным методом УЗК. Результаты исследования приведены в следующей таблице. Таблица также включает данные, полученные проектом KINT, проведенного голландским обществом проверки качества и неразрушающего контроля. Результатом этого исследования стало сравнение данных о вероятности обнаружения реальных и ложных дефектов в контролируемом материале.

*Использовалось только гамма излучение

• Возможность выявления дефектов независимо от их пространственного расположения. Из-за распространения дифрагированных сигналов во всех направлениях, метод TOFD чувствителен фактически к любому типу дефектов, независимо от их ориентации. Благодаря широкому охвату контролируемой поверхности, сигналы малой амплитуды дифрагированные от краев дефекта, выводятся на экране в корректном относительном положении, это снимает необходимость контроля околошовной зоны прямыми преобразователями. Высокую вероятность обнаружения дефектов при проведении контроля методом TOFD можно продемонстрировать на примере обнаружения межваликового несплавления. При контроле TOFD межваликовое несплавление отображается как сплошная линейная индикация. При использовании традиционного метода УЗК, дефекты такого типа выявляются крайне плохо.

• Сканирование охватывает весь объем сварного шва вдоль одной линии, повышая эффективность и производительность контроля. При выполнении контроля методом TOFD, скорость получения результатов ограничивается только скоростью самого сканирования. Для ручного контроля околошовной зоны обычной является скорость 100-150 мм/c, скорость автоматизированного контроля, как правило, еще выше. Большое количество проведенных испытаний показали, что при высокой скорости контроля, метод TOFD имеет самую высокую вероятность обнаружения дефектов по сравнению с другими методом неразрушающего контроля. Еще одно преимущество заключаются в том, что данный метод может выявить дефект и измерить его параметры без проведения повторного сканирования, значительно сокращая время проведения контроля и его стоимость. Стоимость работ и сроки их проведения, делают скорость контроля важным фактором, учитываемым при выборе оборудования.

• Документирование и хранение результатов контроля в виде Аи В-сканов(D-сканов) с дальнейшей возможностью их повторного анализа. Системы TOFD обеспечивают сохранение результатов контроля на любом цифровом накопителе. Любые сохраненные данные могут быть найдены и повторно воспроизведены. Данная функция может быть полезна при сравнении результатов периодического контроля, проводимого для отслеживания изменений в структуре материала. Хранение цифровых данных позволяет разрабатывать методы способные облегчить проведение анализа, например при подавлении шумов, распознавании образа дефектов, вычитание сигнала с его последующим выделением и многие другие.

• Идентичность результатов при повторном проведении контроля. Сканирование сварного соединения методом TOFD выполненное разными специалистами, будет практически идентичным(при использовании тех же преобразователей и параметров настройки аппаратуры). Это делает TOFD очень удобным при отслеживании развития дефектов. Поскольку данные могут храниться в цифровом виде, имеется возможность снизить требования к контроллеру. Если настройку прибора должны выполнять специалисты 2 или 3-го уровня, то сам процесс контроля может проводиться специалистами 1-го уровня квалификации.

• Величина амплитуды эхо-сигнала не используется в методе TOFD для определения величины дефекта. Вметоде TOFD отсутствует простой амплитудный порог для выборки предельно допустимых дефектов с целью их последующей регистрации. Приёмы методов, основанных на измерении амплитуд, в большинстве случаев оказываются непригодными при проведении контроля методом TOFD.
• Слабые сигналы от дифрагированных волн. Обычно амплитуда дифрагированных сигналов при контроле TOFD на 20-30dB ниже, чем сигналы, получаемые при контроле эхо-импульсным методом. Электрические помехи -типичная проблема для многих систем TOFD. Для снижения этих помех приходится использовать предусилители, или комбинации генератор + предусилитель.
• Наличие «мёртвых зон» у поверхности ввода и обратной поверхности.Самое общепризнанное ограничение TOFD связано с потерей данных в мёртвой зоне. Особенно это заметно у поверхности ввода и противоположной стенке. Однако данный недостаток не представляет серьёзной проблемы, если не требуется оценка размеров дефектов, выходящих на поверхность.
• Метод Timeofflightdiffraction (TOFD) обычно применяется для контроля материалов с низким уровнем затухания и рассеивания волн ультразвука, например низколегированной и не легированной углеродистой стали и сварных соединений. Для крупнозернистых материалов требуется дополнительная консолидация и обработка информации.
• Наиболее подходящими для контроля являются плоские поверхности или поверхности с небольшой кривизной. Контроль сильно искривленных поверхностей может вызвать затруднения.
• Чувствительность к шуму от зёрен металла в материале контролируемого изделия. Большое количество индикаций от дифрагированных сигналов, связанных с неоднородностью структуры сварного шва может быть ошибочно принято за его дефекты.
• Метод TOFD требует дополнительной подготовки специалиста проводящего контроль.

Процесс контроля дифракционно-временным методом специалистами компании «Белгазпромдиагностика»

УЗК дифракционно-временным методом (TOFD)

Метод TOFD. Теория

Подпишитесь на наш канал YouTube

Описание дефектоскопов с функцией контроля дифракционно-временным методом - Starmans DIO 1000PA и Starmans DIO 1000 SFE. Смотрите также раздел Ультразвуковые дефектоскопы
В статье использованы материалы сайтов http://www.bmci.by http://tofd-pa.ru

Ультразвуковой контроль сварных соединений с использованием фазированной решётки (PhasedArray) — это современный и наиболее эффективный способ выявления дефектов сварных швов и основного металла. Метод ультразвуковой диагностики с применением фазированной решётки позволяет вести контроль самых сложных объектов, без применения более дорогих (из за расходки) методов, таких как радиографический, магнитопорошковый или капиллярный. По мнению российского общества по неразрушающему контролю (РОНКТД), метод фазированной решетки - это один из наиболее перспективных методов контроля в будущем.

В общем виде принцип ультразвукового контроля основан на способности луча отражаться от дефекта в исследуемом материале. Результат традиционного УЗК выводится в виде А-скана. Метод фазированной решетки это множество А-сканов, количество которых зависит от числа преобразователей в фазированном датчике. В дальнейшем это множество А-сканов преобразуется в S-скан, позволяющий визуализировать структуру материала.

Метод фазированной решетки не противоречит принятым стандартам традиционного УЗК, т.к. является одним из способов генерирования ультразвуковых волн. Например, если нормативом предписан контроль датчиком с углом ввода 45°, это дает возможность использовать фазированную решетку, поскольку генерируя лучи под множеством углов, у контроллера есть возможность выбрать луч с нужным углом и другими регламентированными параметрами.

Среди основных технических преимуществ метода фазированной решетки можно выделить следующие:

• результаты контроля с применением метода фазированных решеток, представляются в виде наглядного изображения, что значительно облегчает и ускоряет понимание результатов, повышая их точность
• возможность генерации преобразователем разных углов ввода сигнала, что намного увеличивает контролируемую зону и скорость сканирования
• гибкость при контроле изделий сложной формы
• возможность записи данных в режиме реального времени
• простота настройки и сохранение неограниченного числа настроек

Преобразователь фазированной решетки, представляет из себя множество пьезоэлектрических элементов, объединенных в одном датчике. Генератор осуществляет контроль всех элементов формирующих лучи и выдает амплитудный сигнал в режиме реального времени, который эквивалентен стандартному А-скану. Угол излучения фазированного датчика управляется программно и может охватывать достаточно большой объем исследуемого материала без физического перемещения самого датчика. Такой подход снимает необходимость использовать множество преобразователей с различными углами ввода, что ускоряет работу и уменьшает износ контактной поверхности ПЭП.

В таблице приведены некоторые модели поддерживающие метод фазированной решетки. Подробное описание моделей по ссылкам в таблице.

Proceq Flaw Detector 100	А1550 IntroVisor	STARMANS DIO 1000 PA	SIUI SUPOR	SIUI SyncScan	УСД-60ФР

Фазированные датчики представляют собой объединенное на одной пьезоэлектрической пластине множество ультразвуковых преобразователей. Все датчики имеют один ряд элементов, то есть являются линейными фазированными преобразователями, управляющимися в одной плоскости. Каждый элемент решетки синхронизируется индивидуально и управляется процессором дефектоскопа. Перемещая курсор по краям дефекта (курсор представлен в декартовых координатах) можно получить довольно полную информацию о размерах дефекта, его глубине и площади. Преобразователи дефектоскопов на фазированной решетке чаще всего изготавливаются в двух видах: малые с 16 элементами и большие с 32 элементами.

Видео Опыт применения дефектоскопов с фазированными решётками при контроле аустенитных сварных соединений

Видео Метод ФР. Теория

Подпишитесь на наш канал YouTube