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全聚焦(TFM)无损检测时5个需要避免的问题

时间:2021-12-23 点击次数:132

超声波用于工业无损检测(NDT)已有一个世纪左右的历史。早期的超声波检测(UT)涉及单元件传感器,这是一种相对简单的技术,至今仍在使用,足以满足许多应用。


随着时间的推移,技术也在进步。利用多元素探针和功能更强大的电子和软件,提高了检测性能和效率。这就导致了相控阵超声检测(PAUT)的出现,这是一种现在被广泛接受和应用的技术,尽管它需要比传统的UT更多的培训来完成这项工作。

全聚焦方法(TFM)在复杂性上又向前迈进了一大步。它利用了多元素探测技术,但TFM所需的数据是使用全矩阵捕获(FMC)方法获取的。FMC是一种更全面的波束发射和接收策略,可以产生大量的数据。

观看这个短视频,了解更多关于FMC和TFM的基本原理

TFM成像依赖于对大量FMC数据的处理,因此它被认为是一种慢速技术,只适用于二次、更有针对性的验证。在使用和试验TFM一段时间后,我提出了一些注意事项,希望能够消除对这种相对较新的NDT方法的一些假设。

1. 避免认为一种模式适合所有模式

如果你像我一样带着PAUT背景来TFM,你可能对脉冲回波(P/E)技术非常熟悉。光束路径很容易用脉冲回波来理解。在P/E首段检测中,来自探头的声束脉冲,传播到缺陷,反射缺陷,再传播回探头。在第二回合检查中,后墙会有一个额外的弹跳。

对于TFM,光束路径的概念不是那么简单。为了生成TFM图像,采集仪器利用FMC数据对波束路径进行综合重建。通过组合不同的波型(纵向或横向)和波路径的不同分支,该仪器为您提供多达10种TFM模式(也称为波组)的选择-例如,TTT, TLT,或TTTT。

要破译这些TFM波组,要知道每个字母代表旅程的一段,以及这一段的传播模式- t代表横向,L代表纵向。TFM波组可以有额外的反弹,我们不习惯看到与相控阵脉冲回波。一些仪器,如OmniScan X3探测仪,甚至有一个5T波组(TT-TTT)的选择。

有了所有这些选项,您如何选择合适的波集(或波集)进行检查?以下是一些需要考虑的重要因素:

•缺陷类型

•缺陷位置

•曲率或部分几何

这些特性,无论是目标缺陷还是被检测部分,都会影响到每个波组的检测能力。

为了证明这一点,我提供了一个焊接ID裂纹的不同TFM图像的例子。


我的第一个例子显示了在OmniScan X3显示器上使用脉冲回波模式的TTTT波(类似于PAUT第二支腿检查)时的信号响应。

虽然检测到一些信号,但信号不是最佳的,而且有可能忽略这个指示。现在,如果我们在同一个ID裂缝上切换到自串联模式的TTT波设置,突然显示“弹出"的指示!


在这种情况下,声波在击中内径裂纹反射器之前从后壁反射回来,与裂纹垂直度要大得多,所以TTT波对裂纹进行了漂亮的成像!(就像传统的UT一样,你希望反射尽可能接近90°。)

对于ID裂纹,这两种TFM模式提供了截然不同的检测结果。对于不同深度和不同方向的不同反射器也是如此。一种模式通常不足以覆盖所有场景。

额外提示:确保你的速度和厚度参数是准确的

这里,如果你来自PAUT背景,你可能有估计材料声速的习惯。您可能想输入标准的0.2320。或5890米/秒,今天就到此为止。然而,对于TFM,特别是使用带有额外反弹的自串联模式时,我们不能冒险猜测。

为了证明这一点,当尝试使用TTT波集检测ID裂缝时,观察2.5 m/s变化带来的差异。


在半跳(TTT)速度值上的5%的差异会导致垂直缺口上的信号完全丢失。这种对精度的要求也适用于零件的厚度和几何形状。如果输入的厚度和几何值不准确,信号不再反弹到预期的位置,从而导致计算不准确。

2. 确保你有正确的探针来聚焦TFM区域

全聚焦方法(TFM)成像也有在整个TFM区域提供均匀焦点的声誉。然而,这并不完全正确。TFM与相控阵和常规UT具有相同的物理规律。例如,仪器的TFM成像性能取决于相控阵探头的能力。

就像PA和UT一样,探测器的物理特性,如元件尺寸和频率,都会影响其光束特性(即近场长度、光束直径、光束扩散角等),这些特性也会对TFM区聚焦产生影响。看一下


在博客文章“哪种相控阵探头适合你的全聚焦方法检查?"中了解更多关于TFM的影响探头的选择。

3.不要低估振幅保真度的重要性

什么是振幅保真度,为什么这个术语是TFM的流行词?

振幅保真度(AF)是由TFM网格分辨率引起的指示的最大振幅变化的测量(以分贝为单位)。简而言之:这个值决定了在你的图像质量变得太像素化以至于不能清楚地看到缺陷之前网格的粗糙程度。通过调整对焦,你要确保像素的大小适合波长的大小。像素的大小与超声光束波长的比例是很重要的。就像在PAUT中数字化频率过低时,可能会错过信号的峰值,在TFM中,太大的像素可能意味着看不到指示的峰值振幅。


影响振幅保真度的因素有很多:探测频率和带宽、材料速度、网格分辨率、应用包络线等等。规范TFM的检验规范(例如ASME)通常建议振幅保真度不超过2分贝(dB)。

你怎么知道你的AF是否超过了最佳水平?简单:只要看看AF读数,如OmniScan X3探伤器为你计算它。此外,OmniScan X3单元的TFM包膜功能使更快的采集速率比标准,振荡TFM渲染,同时保持最佳的振幅保真度(AF)设置,所以确保尝试包膜,下次你努力获得正确的AF!

“全聚焦方法与包络特征的使用"中了解我们的创新TFM信封。

4. 充分利用波浪路径模拟器和建模工具

使用您可以使用的所有软件工具来预测TFM检查的结果。

在开始TFM检查之前,请使用模拟器(如声学影响图(AIM)建模工具)验证给定探头、楔形物和波组组合的可达到的覆盖范围和灵敏度。AIM工具还考虑了目标缺陷类型和探头的角度偏移。用它检查所有的波集,并在不同的反射器上测试每一个,直到你找到一个。


AIM振幅图的颜色可以清楚地显示TFM波组在感兴趣区域(ROI)的覆盖范围。

红色区域表示超声响应很好,最大振幅在0 ~ 3 dB之间变化。橙色区域与最大振幅相差3db ~−6dB。−6dB ~−9db之间黄色区域,以此类推。

通过观看本次网络研讨会,了解更多关于AIM的使用:声学影响图(AIM)——用于TFM检测的建模工具。

5. 使用多种模式来优化你的覆盖范围

最后,但并非最不重要的是,一些仪器可以让你在同一时间使用多种模式!例如,您可以在OmniScan X3屏幕上同时运行和显示多达四种TFM模式的结果。利用这一点来帮助你确保你不会错过任何未被怀疑的缺陷!



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