Kahe maatriksvõrgustik akustiliselt mürarikaste keevisõmbluste kontrollimiseks

Kokkuvõte

Erinevate metallide keevisõmblusi ja muid akustiliselt mürarikkaid materjale saab kontrollida tavaliste ultraheli- ja pikisuunaliste (TRL) sondide abil. Täiustatud kontrollimeetod kasutab Olympus dual matrix array (DMA) sondid ja faasitud massiivi ultraheli elektrooniliselt juhtida, kalduda ja keskenduda akustilised kiired läbi materjalide.

Väljakutsed

Erinevate ja austeniitiliste materjalide keevisõmblusi on raske kontrollida ultraheli abil. Kontrollimine muutub eriti keeruliseks, kui seda tuleb teha ainult materjali ühel küljel, sest keevitusmaterjali anisotroopia põhjustab ultraheli kiirtele hajumist.

Kaheelemendilised TRL-sondid, mida tavaliselt kasutatakse nende materjalide kontrollimiseks, sisaldavad ühte saatvat ja ühte vastuvõtvat elementi, mis on eraldatud akustilise isolatsiooniga. Kaane- ja kattenurga konfiguratsioon võimaldab neil keskenduda detaili ühele punktile, mis tekitab pseudofookaliseerimise. TRL-sondid on sobivad, sest nad kõrvaldavad liidese kaja, neil ei ole kiilukaja tõttu surnud tsooni, nad vähendavad tagasi hajuvaid signaale ja võimaldavad kasutada suuremat võimendust.

TRL-sondide puuduseks on siiski see, et nende fikseeritud murdumisnurga ja pseudofookuspunkti tõttu võib kontrollimiseks olla vaja palju selliseid sonde, et katta erinevaid vajalikke konfiguratsioone.

Lahendused

Olympuse DMA-sondid koos ^OmniScan® või FOCUS ^PX™ seadmega kasutavad faasilise massiivi ultraheli (tavalise ultraheli asemel), et võimaldada laiendatud kontrollivahemikku, mis võimaldab paremini hinnata jämedateralise austeniidi ja Inconel® sulamite materjale ja keevisõmblusi. DMA-sondid kombineerivad fokuseeritud pikilaines S-scan ja pitchcatch-pikilainekontrolli meetodite eelised.

Siin esitatud DMA kontrollimeetodis kasutatakse kahte tüüpi standardseid sonde - 2,25 MHz sondi ja 4 MHz sondi -, mis pakuvad standardset kontrollivõimalust paljude austeniitiliste materjalide ja keevisõmbluste, sealhulgas erinevate metallide ja korrosioonikindlate sulamite (CRA) keevisõmbluste kontrollimiseks.

Seadmete kirjeldus

Olympuse 2,25 MHz, A17 DMA sond sisaldab 4×7 suure elemendi konfiguratsiooni igas massiivi korpuses ja on optimeeritud paksemate ja nõrgemate austeniitmaterjalide jaoks. Iga massiivi ava on 12 × 19 mm. Kuna A17 DMA sond sisaldab neli elementi sekundaarteljel, saab kiirt juhtida elektrooniliselt, kasutades lamedat kiilu, ilma et oleks vaja kiilile mehaanilist kattenurka.

Olympuse 4 MHz, A27 DMA sond sisaldab igas korpuses 2×16 väikese elemendi konfiguratsiooni ja on optimeeritud õhemate ja vähem nõrgestavate austeniitmaterjalide jaoks. Iga massiivi ava on 6×16 mm. Kuna A27 DMA sond sisaldab ainult kahte elementi sekundaarteljel, vajavad kiilud iga toru läbimõõdu või fookuse jaoks mehaanilist kattenurka.

Kuna TX- ja RCV-elemendid on akustiliselt isoleeritud läbi kiilu, ei ole vaja kiilu summutusmaterjali ja suurt vahekaugust. DMA-kiil on seega väiksem kiil, mis suudab laiendada sondi kasulikku fookussügavust ja ulatust kaugemale materjali sisse, mille tulemuseks on suurem SNR suurema heliriba ulatuses. See on parem kui suurte kiilude puhul, mis võivad kiilu sumbumise tõttu kaotada märkimisväärse hulga energiat, näiteks kui kasutatakse ühemõõtmelisi lineaarseid sonde impulsskaja pikisuunalise nurgakiire kontrollimisel.

Katsetulemused

Ruumilised kontrollid viidi läbi, kasutades A17 DMA sondi koos DN55L kiiluga, mis andis kahekordse nominaalse 55-kraadise pikisuunalise laine. A17 sondi 2,25 MHz suurelementide konstruktsioon sobis allpool kirjeldatud paksemate ja nõrgemate materjalide, nagu Inconel ja 316 roostevabast terasest katsekehade jaoks. Katseproovide keevisõmbluste mahu ja juurte alade katmiseks kasutati umbes 30-75-kraadist S-skaneeringut.

Inconeli proovi kontrollimisel kasutati A17 sondi, et visualiseerida 2 mm paksune EDM-kraani sisselõige 25 mm paksuses Inconeli sulamist CRA keevisõmbluses läbi plakeeritud kihi. OmniScan veaanduri kursoreid kasutati C-skaneerimise ekraanil sisselõike pikkuse määramiseks ning A- ja S-skaneerimise ekraanidel sügavuse ja kõrguse määramiseks. Kursori deltad ja trigonomeetria kuvati OmniScan'i päises ja salvestati otse päisest genereeritud näidikutabelisse.

Roostevabast terasest 316 proovi kontrollimisel kasutati A17-andurit, et tuvastada 3 mm pikkune ja 25 mm sügav SDH (küljepuuritud auk) läbi keevisõmbluse 50 mm paksusel SS316 anuma kalibreerimisplokil. Sumbumine läbi keevisõmbluse suurenes 12 dB võrra võrreldes avastamisega läbi keevisõmbluse kõrval asuva alusmaterjali.

A17 sondi ainulaadne eelis oli selle võime teostada nihkekiirdeid väljaspool telgjoont, mille puhul S-skaneeringut sai juhtida muude nurkade all kui otse sondi ees. See oli võimalik ainult A17 sondi puhul, sest selle sekundaarteljel on piisavalt palju elemente (neli). (A27 DMA sondiga ei ole võimalik kiirt suunata telgist kõrvale, sest selle sekundaarteljel on ainult kaks elementi).

S-skaneeringute esmane eesmärk on tuvastada ja mõõta austeniitiliste torude keevisõmbluste telg- ja põikisuunalist IGSCC-d (intergranular stress corrosion cracking). Teljevälise kiirte kallutuse piirväärtus määratakse proovivõtturi sekundaartelje elementide arvu, samuti elementide suuruse ja sageduse järgi. Kuigi A17 sondiga on võimalik saavutada vähemalt 45-kraadine teljest väljasuunaline tala kallak, kui kasutatakse lamedat kiilu, väheneb see kallakupiir, kui kasutatakse AOD-kiile ja toru telgvälisdiameeter (AOD) väheneb.

A27 DMA sondiga teostati nii mahu- kui ka pinnakontrolli täiendavate Inconeli keevisõmblusproovide puhul. (Pindkatsed viitavad madalate keevisõmbluse vigade või keevisõmbluse välispinnaga seotud vigade avastamisele, mõõtmisele ja iseloomustamisele). A27 sondi 4 MHz väikse elemendi konstruktsioon sobis nende proovide õhemate ja vähem nõrgemate materjalide jaoks. Kasutada võis DN55L või DNCR-kiilu. Selle rakenduse jaoks valiti DNCR siiski DN55L-i asemel, sest see oli mitmekülgsem nii mahu- kui ka pinnakontrolli rühmade jaoks. DNCR-kiilu konstruktsioon oli optimeeritud pinna kontrollimiseks, kui keevisõmbluste paksus on väiksem kui ligikaudu 25 mm. Pinnakontroll täiendas mahukontrolli ja pakkus seega keevisliistu täieliku ülevaatuse.

A27 sondi ja DNCR-kiilu abil teostatud ruumilise kontrolli puhul uuriti CRA-keevisõmblust 30-80-kraadise S-skaneeringuga, mis oli fokuseeritud 30 mm heliriba kaudu. Inconel 625 sulamiga keevisõmbluse helikiirus oli teadaolevalt 5830 m/s ja süsinikterasest alusmaterjalis 5890 m/s. See kiiruste erinevus põhjustas väikese kiirgusnurga muutuse keevisliidese juures. Sügavuse ja kõrguse joonistamise täpsus sõltus helikiiruse väärtuste täpsest määramisest alusmaterjalis ja keevisõmbluses.

Sond A27 näitas kõrget SNR-i kaugemal asuva kaldserva vea puhul, mille ta tuvastas. Defekt joonistati õigesti, et see vastaks selle teadaolevale sügavusele ja asukohale keevisliidul. Vea sügavus (DA) mõõdeti suurima amplituudiga A-skaani abil. Kõrgustee (SA), sügavuse (DA), sondi kauguse (PA) ja indeksitelje nullist lähtuva ruumilise asukoha (VIA) värava trigonomeetrilised näitajad joonistati kõik õigesti.

Pinnakontrolli puhul piirdus sond A27 kõrge nurga ja esimese jala kontrolliga. A27 konfigureeriti, kasutades suure nurga S-skaneeringut ligikaudu 70-85 kraadi ja madalat või lühikest fookust. Umbes 70-75 kraadist ülespoole liikudes levisid kõik A-skaani kiired põhimõtteliselt pinnaga paralleelselt pikikiirusega. See võimaldas sarnaselt tuvastada madalat SDH-d, sisselõikeid või keevisvead. Pinna kontrollimise tulemused ei muutunud sõltuvalt keevisõmbluse krooni kujust (kas see on tasane või mitte).

Inconel 625 sulamist keevisproovi puhul tuvastas A27 sond koos DNCR-kiiluga 1 mm sügavuse ja 10 mm pikkuse EDM-pinna sisselõike üle 20 mm kaugusel kiilupinnast.

152 mm (6 tolli) läbimõõduga Inconel 800 sulamist keevisproovil avastati A27 sondiga koos DNCR-kiiluga kolm madalat vigastust ja üks välisküljega seotud vigastus.

Kokkuvõte

Olympuse standardsed kahe maatriksvõrgustiku sondid, mis on standardvarustuses 2,25 MHz (A17) ja 4 MHz (A27), võivad suurendada OmniScan- või Focus PX-seadme kontrollivõimet austeniit- ja Inconel-sulamite ja keevisõmbluste puhul.

A17 sondi 4×7 suure elemendi konfiguratsioon sobib paksemate ja nõrgemate austeniitiliste materjalide jaoks. A27 sondi 2×16 väikese elemendi konfiguratsioon sobib õhemate ja vähem nõrgenevate austeniitiliste materjalide jaoks.

OmniScaniga ühilduvad DMA-sondid on täiendavaks faasimassiivi kontrollivahendiks nii algajatele kui ka edasijõudnutele.

Inconel 625 sulamist keevitusproovil tuvastas DNCR-kiiluga A27 sond 1 mm sügavune ja 10 mm pikkune EDM-pinna sisselõige üle 20 mm kaugusel kiilupinnast.