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声学影响图(AIM)建模工具简介

时间:2021-09-24 点击次数:75

声学影响图(AIM)建模工具

 

在无损检测(NDT)中引进全聚焦方式(TFM)

 

全聚焦方式(TFM)已经在无损检测(NDT)领域中引起了很大的轰动。但是,在使用全聚焦方式(TFM)进行检测时,仍然有些难题尚未解决,例如:如何为某个特定的检测选择适当的传播模式(声波组)。一些在早期采用这种方法进行检测的人员很快地注意到,使用了错误的模式,可能意味着使某些缺陷从显示屏幕上完全消失,从而会造成显而易见的严重影响。

 

为全聚焦方式(TFM)检测

选择适当设置的挑战

 

在为某种检测选择传播模式(声波组)时,检测人员需要了解待检工件中可能会存在哪种缺陷。了解了缺陷类型,有助于了解有关反射体方向的信息,而这些信息在使用超声技术(UT)进行检测时至关重要。使用常规UT、相控阵UT或全聚焦方式(TFM)进行检测的基本原理保持不变。当发射声束的入射角等于目标反射体的反射角时,检出率(POD)会达到最高。另一个要考虑的是探头参数。根据所使用探头的不同,声波可能没有足够高的波幅,无法达到目标缺陷。即使已经将全聚焦方式(TFM)区域限定在某个区域,仍然有可能因为物理方面的原因,某种特定探头无法在被测工件内较深的位置处聚焦。有很多因素需要考虑,那么我们要如何简化检测过程,并确保有效完成检测呢?

 

图1:为一系列横通孔成像所使用的不同模式。在本例中,样件非常厚,而且串列模式(TTT和LLL)的适应性较差。

 

使用声学影响图建模工具的解决方案

 

OmniScan X3相控阵探伤仪配备有一个内置扫查计划工具。扫查计划工具中有一个专用于全聚焦方式(TFM)检测的声学影响图(AIM)建模工具。声学影响图(AIM)建模工具可以帮助用户为他们的检测选择正确的传播模式或声波组。

声学影响图(AIM)建模工具

 

图2:OmniScan X3的扫查计划在TFM模式下显示由图1中的探头、楔块和参考标准试块生成的声学影响图(AIM)。声学影响图预测了检测的覆盖范围,并给出了TT声波组的灵敏度指数值(41.42)。所获得的全聚焦方式(TFM)图像也显示在图1中(左图)。上面热图中浅橙色的方块代表TFM区域,即由用户划定的关注区域。

 

图3(点击放大):声学影响图(AIM)模型表明TTT和LLL声波组在串列模式下的覆盖范围和灵敏度:TTT声波组的灵敏度指数(SI)为13.89,LLL声波组的灵敏度指数为2.18。这些对应于图1中的TTT声波组(中图和右图)及LLL声波组的全聚焦方式(TFM)图像。

 

声学影响图(AIM)建模工具考虑多种参数,其中包括:探头和楔块、声速、厚度、样件的几何形状、检测技术、声波组,当然还有检测人员在“影响区”菜单中输入的用于描述目标缺陷类型的参数。缺陷的方向是影响声束探测效果的主要因素。声学影响图(AIM)模型可以为用户清楚地演示针对某个特定的缺陷,使用哪个角度可使声束信号更好地探测到缺陷。

 

使用声学影响图建模(AIM)工具

 

 

用户配置所需的关注区域,然后输入预期的缺陷方向(单位为度),对于那些一般来说小于检测波长的缺陷,如:孔隙或其他较小的体积型缺陷,选择“全向”。

 

调色板的不同颜色可以清晰地区分出影响区域中各部分的灵敏度性能。每种颜色覆盖3分贝范围,而且可以表明相对于最大波幅的超声响应。

声学影响图(AIM)建模工具

 

下图,为一个声波组的3个扫查计划屏幕截图,表明随着对缺陷方向从5度到15度再到25度的调整,声学影像图(AIM)所产生的变化。

声学影响图(AIM)建模工具

 

声学影响图(AIM)建模工具

 

声学影响图(AIM)建模工具

 

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灵敏度指数的重要性

 

需要注意的是,每种颜色的实际值在不同的声学影响图中各不相同。这是因为在每个声学影响(AIM)模拟图中,颜色的分贝范围从归一化之后所预测的最大波幅向后测量。

 

为了使用户在不同的声学影响图之间进行比较,我们提供了灵敏度指数(SI)值。灵敏度指数(SI)是一个以任意单位表示的值,代表在归一化之前为某个给定声波组的整个模拟图所估算的最大灵敏度。

如图2和图3所示,灵敏度指数值如下:

 

  • TT声波组为41.42

  • TTT声波组为13.89

  • LLL声波组为2.18

 

只需参考图2和图3的热图,您就可以清楚地看到,TTT声波组在TFM区域(橙色框)中所预测的覆盖范围不足,但是,LLL声波组和TT声波组似乎是同样好的选择。在这两张图中,红色和橙色区域都充分覆盖了TFM区域。但是,如果比较TT和LLL声波组声学影响图的灵敏度指数值(分别为41.42和2.18),则可以计算出TT声波组图中红色和橙色区域的灵敏度比LLL声波组强19倍。

 

预测的灵敏度越高,在全聚焦方式(TFM)检测中,这些区域的期望信噪比(SNR)就越好。

 

在全聚焦方式(TFM)检测中

使用声学影响图(AIM)建模工具

优势特性的总结

 

在我们给出的例子中,通过比较三个声波组(TT、LLL和TTT)的AIM模拟图,我们可以预测TT声波组会提供最高的灵敏度,并会最好地覆盖TFM区域。使用相应的声波组获得的TFM图像(图1)表明,建模工具正确模拟了这些声波组探测参考试块中缺陷的成像能力。这说明声学影响图(AIM)建模工具有助于用户在选择TFM传播模式时,消除某些不确定的猜测成分。

 

全聚焦方式(TFM)在工业检测应用中的发展前途光明,大有作为,但是,如果没有适当的建模工具,则很难预测到实际的声波覆盖范围和灵敏度水平。OmniScan X3探伤仪的扫查计划工具带有声学影响图(AIM)建模工具,可使检测人员充满信心地确定哪种全聚焦方式(TFM)模式更适合于当前的检测。

 

 

 

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