Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT), cunoscut si sub numele de fazed array UT, este o tehnica avansata de inspectie nedistructiva care utilizeaza un set de sonde de testare cu ultrasunete (UT) alcatuite din numeroase elemente mici. Fiecare dintre acestea este pulsata individual cu sincronizare calculata de computer pentru a crea aspectul etapizat al procesului, in timp ce matricea se refera la elementele multiple care alcatuiesc un sistem PAUT.
Fasciculul de la o sonda cu matrice fazata poate fi focalizat si maturat electronic pe o piesa de inspectie fara a misca sonda in sine. Acest lucru difera de sondele cu element unic (cunoscute si sub numele de sonde monolitice). Aceste sonde mai conventionale trebuie mutate fizic sau rotite pentru a acoperi suprafete mai mari, ceea ce nu este necesar pentru PAUT.
Testarea cu ultrasunete cu matrice fazata se bazeaza pe principiile fizicii undelor, care au si aplicatii in domenii precum optica si antenele electromagnetice.
Cum functioneaza matricea fazata?
Asa cum s-a mentionat mai sus, sondele de testare cu ultrasunete cu faza sunt formate din mai multe cristale piezoelectrice care transmit / primesc independent in momente diferite. Un fascicul cu ultrasunete este focalizat folosind intarzieri, care sunt aplicate elementelor pentru a crea o interferenta constructiva pe fronturile de unda. Aceasta interferenta permite focalizarea energiei la orice adancime si unghi din specimenul de testare.
Fiecare element radiaza o unda sferica la un moment specificat, creand unde care converg si diverg pentru a crea o front de unda aproape plana in locatia specificata. Schimbarea intarzierii progresive permite ca fasciculul sa fie directionat electronic si maturat prin materialul de testare ca un reflector. Cand mai multe fascicule sunt asamblate, se creeaza o imagine vizuala care arata o felie prin obiectul de testare.
Exista diferite tehnici care pot fi utilizate cu sistemele PAUT.
Metoda de focalizare totala (TFM)
Aceasta metoda implica aplicarea principiului de baza de focalizare a matricei fazate la o regiune de interes definita. Regiunea de inspectie este segmentata intr-o grila de pozitii sau pixeli, cu formarea fasciculului aplicata fiecarui pixel din grila.
Scanare electronica
Scanarea electronica reproduce inspectia efectuata prin deplasarea manuala a unei sonde UT standard. Un fascicul ultrasonic este tradus electronic pe intreaga sonda, permitand o inspectie mai rapida, limitand in acelasi timp deplasarea mecanica. Tehnica poate fi realizata cu o unda S sau si L si poate fi combinata cu focalizarea fasciculului si directia fasciculului.
Scanare sectoriala
Scanarea sectoriala utilizeaza legile de intarziere electronica pentru a modifica electronic unghiurile fasciculului ultrasonic intr-un sector definit. Acest lucru inseamna ca este nevoie de un singur traductor pentru a inspecta componentele sub unghiuri diferite si este, de asemenea, mult mai rapid decat UT cu fascicul unghiular standard, afisand sectiunile transversale ale specimenului in timp real si permitand o interpretare mai usoara. Aceasta tehnica poate fi combinata cu focalizarea electronica si utilizata pentru undele L si S.
Avantaje
Avantajele matricelor in etape fata de sondele cu ultrasunete conventionale includ portabilitate imbunatatita, confort, viteza de inspectie si siguranta. Un tablou pe etape este mai robust si mai usor de utilizat decat sondele conventionale cu un singur element, oferind o eficienta imbunatatita, captand sute de semnale simultan si reducand numarul de alarme false. Strategiile de inspectie PAUT pot fi optimizate pentru a imbunatati detectarea defectelor atunci cand sunt utilizate alaturi de simulare, in timp ce inregistrarea si trasabilitatea datelor sunt, de asemenea, mult imbunatatite.
Testarea cu ultrasunete cu matrice fazata ofera o inregistrare permanenta, nu produce radiatii si poate fi utilizata pentru mai multe aplicatii. Deoarece PAUT poate detecta defecte la suprafata si in volumul unei suduri (fara zona moarta), ofera si informatii despre pozitia laterala a unui defect (adancime si inaltime).
Principalele avantaje ale testarii cu ultrasunete cu matrice fazata includ:
Inspectie si interpretare simplificate
O sonda matriciala cu etape poate inlocui mai multe sonde ultrasonice conventionale, simplificand procedurile complexe si eliminand necesitatea configurarii si calibrarii mai multor sonde. Acest lucru permite, de asemenea, functionalitati simplificate, inclusiv imagini in timp real.
Detectare crescuta a defectelor
Deoarece o sonda este utilizata pentru a controla directia si forma fasciculului, suprafata poate fi scanata sub diverse unghiuri. Acest lucru permite o acoperire sporita pentru detectarea defectelor, precum si inspectia geometriilor complexe. PAUT este, de asemenea, eficient pentru determinarea grosimii materialului, care este util pentru determinarea ultrasunete a coroziunii sau eroziunii unei piese de testat.
Viteze de inspectie mai rapide
Prin utilizarea scanarii electronice pentru a declansa grupuri succesive de elemente dintr-o matrice, PAUT reduce nevoia de scanare mecanica si reduce timpul de inspectie. Vitezele de inspectie sunt, de asemenea, imbunatatite in comparatie cu sondele conventionale, deoarece matricele in etape permit utilizatorului sa schimbe forma si punctul focal al fasciculului ultrasonic pentru a optimiza fiecare inspectie. Aceasta inseamna ca nu este nevoie de configurare manuala si reconfigurare pentru fiecare testare unica. In plus, focalizarea dinamica a adancimii permite efectuarea de masuratori la mai multe adancimi in acelasi interval de timp necesar pentru a finaliza o singura masurare a adancimii folosind o sonda conventionala. In plus, deoarece feedback-ul digital poate fi primit instantaneu, identificarea defectelor si evaluarile calitatii sudurii pot fi finalizate mai repede.
Rezultate mai fiabile
Reducerea sau eliminarea scanarii mecanice nu numai ca imbunatateste timpii de inspectie, ci si creste fiabilitatea masuratorilor prin eliminarea modificarilor sau a pierderii cuplajului, ceea ce reprezinta un risc ori de cate ori este mutata o sonda. Acest lucru inseamna, de asemenea, ca sondele matriciale in etape ofera rezultate ale testelor cu o repetabilitate excelenta.
Dezavantaje
In timp ce PAUT ofera o serie de avantaje, exista cateva dezavantaje care trebuie luate in considerare si ele.
Acestea includ:
Aplicabilitate
In ciuda gamei de aplicatii in care PAUT straluceste, nu este metoda de testare preferata pentru detectarea fisurilor de suprafata, a oboselii metalice sau a gaurilor bolturilor si a inspectiilor tuburilor. In aceste cazuri, testarea curentului turbionar este in general preferata, in timp ce PAUT este eficient pentru detectarea coroziunii si inspectia materialelor compozite si a sudurilor mai groase. In plus, unghiul de incidenta nu este intotdeauna optim atunci cand se utilizeaza scanarea S.
Complexitate
Echipamentul PAUT este mai avansat decat echipamentul de testare cu ultrasunete conventional, cu mai multe caracteristici de optimizare a datelor, echipamentul ar trebui utilizat de un profesionist instruit pentru a elimina riscul testarii inexacte si pentru a obtine toate avantajele PAUT.
CostEchipamentele PAUT tind, de asemenea, sa coste mai mult decat sistemele conventionale de testare cu ultrasunete. Acest lucru se datoreaza caracteristicilor avansate oferite de sistemele PAUT, desi acestea pot duce la inspectii mai rapide, mai precise si mai eficiente, ceea ce poate duce in cele din urma la un cost total de proprietate mai mic.
Aplicatii
Tablourile pe etape pot efectua orice activitate realizata de ultrasunetele conventionale si sunt utilizate pentru o gama larga de aplicatii de inspectie si masurare, inclusiv cele pentru imagistica medicala si testarea industriala nedistructiva (NDT).
Ideal pentru examinari de materiale neinvazive, pentru gasirea defectelor in suduri si evaluarea calitatii niturilor, PAUT poate detecta si fisuri, goluri si gropi cauzate de coroziune. Tehnologia poate masura grosimea materialului si a stratului de acoperire, poate detecta modificarile proprietatilor materialului si poate inspecta imbinarile si interfetele, inclusiv maparea adeziva.
Ca metoda avansata NDT, este utilizata pentru a detecta discontinuitati pentru a determina calitatea componentelor, facandu-l ideal pentru:
- Inspectii de sudura
- Masuratori ale grosimii
- Inspectie la coroziuneBlocuri de validare / demonstrare PAUT
- Inspectia rotilor si axelor materialului rulant
- Blocuri de calibrare standard PAUT si TOFD
- Recipiente sub presiune
Aceasta gama de aplicatii inseamna ca matricea pe etape este utilizata pe scara larga in mai multe sectoare industriale, cum ar fi constructiile, conductele si generarea de energie electrica.
Ce este un traductor cu ultrasunete cu matrice fazata?
Un traductor este un dispozitiv care converteste o forma de energie in alta. In cazul testarii cu ultrasunete in etape, un cristal piezoelectric transforma energia electrica in energie cu ultrasunete.
Tablourile fazate combina mai multe traductoare cu ultrasunete care declanseaza elemente individuale intr-o secventa specifica pentru a directiona unda sonora in directia dorita.
Concluzie
Testarea cu ultrasunete cu matrice fazata ofera o serie de avantaje si poate fi utilizata intr-o serie de aplicatii si industrii. Ca metoda de testare nedistructiva, este mai fiabila, mai eficienta si mai rapida decat multe alte metode, cum ar fi inspectia radiografica.
Desi exista unele dezavantaje, cu pregatirea corecta si atunci cand sunt utilizate in aplicatii adecvate, utilizatorii pot efectua inspectii ale grosimii materialului, sudurilor, coroziunii, adezivilor si multe altele.