Система с зондом на основе фазированных решеток

Приложение VIII Оценка трубных сварных швов
путем использования
OmniScan и двумерной (плоской) фазированной
решетки датчиковых элементов
Современные методы
неразрушающего контроля
Август
2004
г.
www.zetec.com
Содержание
 Введение
 Система с зондом на основе фазированных датчиковых
элементов для контроля трубных сварных швов





Фазированная решетка OmniScan
Программа расчетов Zetec Advanced PA Calculator
Ручное устройство сканирования для проверки труб
Приспособленные к потребностям заказчиков зонды с
использованием двумерных решеток
Процедура контроля
 Приложение VIII Оценка трубных сварных швов
 Заключение
 Список литературы
2
Введение
Приложение VIII Оценка трубных сварных швов

convolution

Институт EPRI провел оценку полностью автоматизированной процедуры
ультразвукового контроля с помощью зонда на основе фазированной решетки
для контроля трубных сварных швов из материалов с аустенитной структурой и
ферромагнитных материалов: обеспечиваются хорошие характеристики
дефектоскопии, существенно снижается время контроля, однако и такой
контроль связан с использованием дорогостоящего контрольного оборудования

Компания ZETEC предлагает процедуру ручного ультразвукового контроля с
помощью зонда на основе фазированной решетки с использованием датчика
положения для контроля трубных сварных швов из материалов с аустенитной
структурой и ферромагнитных материалов : обеспечиваются хорошие
характеристики дефектоскопии, существенно снижается время контроля, а
также существенно снижается и стоимость контрольного оборудования
3
Система с зондом на основе фазированных
датчиковых элементов для контроля трубных
сварных швов
КОМПАНИЯ ZETEC ПРЕДЛАГАЕТ ПОЛНОЕ РЕШЕНИЕ
:
 Систему OmniScan PA, 16P-16R : уже имеющуюся аппаратуру
 Zetec Advanced PA Calculator : уже имеющиеся программные средства
 TomoView 2.2 для анализа данных : уже имеющиеся программные средства
 Ручное сканирующее устройство для проверки труб MPS (Manual Pipe
Scanner)
 Зонды с двухмерными (плоскими) (2D) фазированными решетками элементов
и клинья: конструкция приспосабливается к потребностям заказчиков

Процедуру контроля (разработана при сотрудничестве с EPRI)
4
Система с зондом на основе фазированных решеток
датчиковых элементов для контроля трубных сварных швов
OmniScan PA 16P-16R
 Портативная, работающая
от аккумуляторной батареи
система с использованием
датчика на основе
фазированных решеток:




Масса 8,8 фунтов (4 кг),
включая одну батарею
Размеры: 8”×11”×4” (20,3 x
27,9 x 11,4 см)
Наличие входов для
подвода кодированных
сигналов от датчика
положения
Непрерывная работа от
аккумуляторной батареи в
течение 6 … 8 часов
 Исключительно прочный,
брызгостойкий, легкий для
очистки
5
Система с зондом на основе фазированных решеток
датчиковых элементов для контроля трубных сварных швов
OmniScan PA 16P-16R
 Дружественные по отношению к
пользователю программные
средства


Возможность работы одной рукой
при использовании интерфейса с
программируемыми клавишами; в
качестве альтернативного варианта
– работа с использованием мыши и
клавиатуры
Файлы совместимы с программой
анализа данных TomoView 2.2
 Высокие рабочие характеристики






Работа с зондом на основе
фазированной решетки:
число активных каналов составляет
16P-16R, всего 128 каналов
Обычная ультразвуковая (UT)
дефектоскопия: один UT - канал
(P/R)
Получение изображений в режимах
Scan - A, Scan - B, Scan – C и
секторного сканирования
Full A-scan and C-scan data storage
10 – битовый, 100 – МГц
аналого/цифровой преобразователь
В 3 раза более высокая скорость
передачи данных по сравнению с
Tomoscan FOCUS
6
Система с зондом на основе фазированных
решеток датчиковых элементов для контроля
трубных сварных швов
Программа Advanced PA Calculator компании Zetec


Автономная программа для формирования (focal law files) файлов (*.LAW), совместимых с OmniScan PA и Tomoscan III PA
Поддерживает различные типы файлов с фазированными
решетками:

Одномерные (1-D) линейные решетки : работа в режимах «импульс –
эхо-сигнал», P&C, DDF

Одномерные (1-D) (кольцевые) решетки: работа в режимах «импульс
– эхо-сигнал», DDF

Одномерные (1-D) круговые решетки

Двухмерные, плоские (2-D) решетки: работа в режимах «импульс –
эхо-сигнал», P&C
7
Система с зондом на основе фазированных
решеток датчиковых элементов для контроля
трубных сварных швов
Программа Advanced PA Calculator компании Zetec

Поддерживается работа с клином при различных углах
при вершине (roof) и различных углах отклонения луча

Плоские и цилиндрические (наружные OD, внутренние ID)
поверхности

Лучевой метод: визуализация зонда, клина, лучей в
фокальную точку

База данных для зондов, клиньев, образцов, содержащих
стандартные изделия для контроля

Информация о задержке сигналов в аппаратуре:
позволяет дружественным по отношению к пользователю
путем дезактивировать отдельные элементы
8
Система с зондом на основе фазированных решеток датчиковых
элементов для контроля трубных сварных швов
Программа Advanced PA Calculator компании Zetec
9
Система с зондом на основе фазированных решеток
датчиковых элементов для контроля трубных сварных швов
Программа анализа данных TomoView 2.2 компании Zetec
 Быстрое преобразование файлов данных
OmniScan
 Отлаженные инструменты выбора закона и
обеспечения объемного воспроизведения, полная
совместимость с данными, формируемыми
зондами с двухмерными (2D) решетками
 Функция Volumetric Merge для существенного
снижения времени анализа данных
 Отлаженные средства для анализа и составления
отчета по обнаруженным дефектам
10
Система с зондом на основе фазированных решеток
датчиковых элементов для контроля трубных сварных швов
Ручное сканирующее устройство для контроля труб MPS
 Приводимое вручную устройство







11
сканирования трубы
Небольшая масса устройства (< 3 кг)
Быстрая установка одним
оператором, никакие инструменты
для этого не требуются
Многозвенная конструкция,
совместимость с NPS-трубами
диаметром от 4 до 36 дюймов
Для датчика положения,
позволяющих иметь однострочные и
двунаправленные сканирования
Регулируемый удлинитель,
совместимость с конической
геометрией
Пузырьковый уровень для
выравнивания при перемещении по
окружности трубы
Лазер для регулировки при
перемещении вдоль оси
(дополнительная принадлежность)
Приспосабливаемые к потребностям заказчиков зонды с
двухмерными (2D) (плоскими) решетками
Одиночная двухмерная (2D) матрица для обнаружения
осевых дефектов
Блок для поиска дефектов с осевой ориентацией в составе:


1,5 – МГц зонда с решеткой (5 x 3) элементов
Учитывающая потребности клиента конструкция клина с
соответствующими значениями угла клина, угла при вершине
(roof) и с требуемым контуром поверхности сопряжения
12
Приспосабливаемые к потребностям заказчиков зонды с двухмерными
(2D) (плоскими) решетками
Одиночная двухмерная (2D) матрица для обнаружения осевых дефектов
Метод ультразвуковой (UT) дефектоскопии с помощью зонда с
фазированной решеткой :
 Различные углы преломления, от 35º до 65º SW

Различные углы наклона луча, от 22,5º до 52,5º
для оптимизации вероятности обнаружения дефектов без четкой
ориентации (по оси или вдоль направляющей окружности)
13
Приспосабливаемые к потребностям заказчиков зонды с двухмерными
(2D) (плоскими) решетками
Сдвоенная двухмерная (2D) матрица для обнаружения кольцевых
дефектов
Блок обнаружения дефектов с ориентацией, параллельной направляющей, в составе:

1,5-МГц зондов с решетками в составе (5 x 3) отдельных элементов излучения
(T)и приема (R) ультразвуковых колебаний

Клина с конструкцией, учитывающего потребности клиента, с соответствующими
значениями угла клина, угла при вершине (roof), с поглощающим экраном и с
требуемым контуром поверхности сопряжения
14
Приспосабливаемые к потребностям заказчиков зонды с двухмерными
(2D) (плоскими) решетками
Сдвоенная двухмерная (2D) матрица для обнаружения кольцевых
дефектов
Метод ультразвуковой (UT) дефектоскопии с помощью зонда с фазированной решеткой :

Углы преломления от 40º до 70º SW

Три значения угла наклона луча, -15º, 0 º, +15º
для оптимизации вероятности обнаружения и дискриминации IGSCC- дефектов
15
Приспосабливаемые к потребностям заказчиков зонды с двухмерными
(2D) (плоскими) решетками
Сдвоенная двухмерная (2D) матрица для обнаружения кольцевых
дефектов
16
Приспосабливаемые к потребностям заказчиков зонды с двухмерными
(2D) (плоскими) решетками
Сдвоенная двухмерная (2D) матрица для обнаружения кольцевых
дефектов
Сдвоенные (TR, то есть с излучающими T и приемными R
элементами) решетки имеет те же преимущества, что и
обычные TR-зонды:




Устранение «многоконтурности», вызываемой внутренними
отражениями в клине
Отсутствие «мертвой зоны» (зоны нечувствительности) вблизи
контролируемой поверхности
Более высокая чувствительность и более высокое отношение
сигнала к шуму (SNR) вследствие использования лучей T и R
(снижается уровень ультразвуковых шумов)
В дополнение к этому сдвоенные (TR) решетки имеют все
преимущества. присущие двухмерным (2D) решеткам:


Оптимизированная фокусировка в основной и во вспомогательной
плоскостях

Одновременное изменение угла преломления и угла наклона
ультразвукового сигнала
17
Формальная PDI-оценка процедуры
компании Zetec

Обеспечиваются обнаружение и определение размеров в
трубах из ферромагнитных материалов и из материалов в
аустенитной структурой, NPS от 12 до 36 дюймов

Процедура предписывает использование:


OmniScan для сбора данных с ручным приводом
сканирования и использованием кодированных сигналов от
датчиков положения
Программы TomoView 2.2 для анализа данных

Сотрудничество между компанией Zetec и EPRI
посредством лицензионного соглашения по данной
процедуре дефектоскопии

Формальная PDI-аттестация завершена в июле 2004 г.
18
Приложение VIII Оценка для дефектоскопии
трубных сварных швов

Обнаружение и определение размеров дефектов в виде коррозионных
растрескиваний (IGSCC) в трубных сварных швах является важной проблемой для
силовых энергетических установок с кипящими ядерными реакторами BWR

Различные поставщики средств неразрушающего контроля предлагают проверенные
процедуры с использованием обычных AUT-средств: обеспечиваются хорошие
характеристики контроля, однако такой контроль является трудоемким и связан с
использованием дорогостоящего контрольного оборудования
19
Приложение VIII Оценка для дефектоскопии трубных сварных
швов
Типовая методология для обычной AUT - дефектоскопии
Последовательности
сканирования
Кольцевые дефекты : 1,5 МГц, 45º SW, наклон 0º
Кольцевые дефекты: 1,5 МГц, 60º SW, наклон 0º
20
Длительность (12дюймовая труба)
25 минут
25 минут
Приложение VIII Оценка для дефектоскопии трубных сварных
швов
Методология для обычной AUT - дефектоскопии
Последовательности
сканирования
Кольцевые дефекты: 1.5 МГц, 45º SW, наклон 0º
Кольцевые дефекты: 1.5 МГц, 60º SW, наклон 0º
Длительность (12 –
дюймовая труба)
25 минут
25 минут
Осевые дефекты : 1.5 МГц, 45º SW, наклон + 45º
Осевые дефекты : 1.5 МГц, 45º SW, наклон - 45º
Осевые дефекты : 1.5 МГц, 45º SW, наклон + 60º
Осевые дефекты : 1.5 МГц, 45º SW, наклон - 60º
15 минут
15 минут
15 минут
15 минут
Все последовательности, одна сторона
Контроль сварных швов, включая подготовительно –
21
заключительные операции
 2 часа
 4 … 6 часов
Приложение VIII Оценка для дефектоскопии трубных сварных швов

Обнаружение и определение размеров дефектов в виде коррозионных
растрескиваний (IGSCC) в трубных сварных швах является важной проблемой для
силовых энергетических установок с кипящими ядерными реакторами BWR

Различные поставщики средств неразрушающего контроля предлагают проверенные
процедуры с использованием обычных AUT-средств: обеспечиваются хорошие
характеристики контроля, однако такой контроль является трудоемким и связан с
использованием дорогостоящего контрольного оборудования

Компания ZETEC предлагает процедуру ручного ультразвукового контроля с помощью
зонда на основе фазированной решетки с использованием датчика положения для
контроля трубных сварных швов из материалов с аустенитной структурой и
ферромагнитных материалов : обеспечиваются хорошие характеристики
дефектоскопии, существенно снижается время контроля, а также существенно
снижается и стоимость контрольного оборудования
22
Приложение VIII Оценка для дефектоскопии трубных сварных швов
Типовая методология дефектоскопии с использованием двухмерной (2D)
фазированной решетки
Последовательности
сканирования
Длительность (12дюймовая труба)
Кольцевые дефекты: 1,5 МГц, 2D-решетка сдвоенных элементов,
40º- 70º SW, углы наклона -15º, 0º, +15º
10 минут
Осевые дефекты : 1,5 МГц, 2D-решетка одиночных элементов, 40º- 65º SW,
углы наклона +37.5º, +45º, +52.5, +60º, +67.5º
10 минут
Осевые дефекты : 1,5 МГц, 2D-решетка одиночных элементов, 40º- 65º SW,
углы наклона -37.5º, -45º, -52.5º, -60º, -67.5º
10 минут
Все последовательности, одна сторона
Контроль сварных швов, включая подготовительно –
заключительные операции
23
 ½ часа
 2 часа
Результаты предварительных испытаний применительно к
кольцевым IGSCC-дефектам в SS-сварном шве
Вид
сверху
Вид с
торца
Вид сбоку
 UT-изображения в TomoView 2.2
 Использование инструмента
Volumetric Merge, все лучи
 PDI-образец P2-7 для обучения
 Дефект на ближней стороне
24
Результаты предварительных испытаний применительно к
кольцевым дефектам в виде усталостных трещин в SSсварном шве
Вид
сверху
дефект на ближней
стороне
Вид со
стороны
торца
дефект на
дальней
стороне
 UT-изображения в TomoView
2.2
Вид сбоку
 Использование инструмента
Volumetric Merge, все лучи
 12-дюймовый образец
FlawTech
25
Результаты предварительных испытаний применительно к
осевым дефектам в SS-сварном шве
Вид
сверху
Вид с
торца
 UT-изображения в TomoView
2.2
Вид сбоку
 Использование инструмента
Volumetric Merge, все лучи
 PDI-образец P3-3 для
обучения операторов
26
 Дефект на ближней стороне
Приложение VIII Оценка для дефектоскопии трубных сварных
швов
Основные преимущества методологии применения для
дефектоскопии двухмерных (2D) фазированных решеток
 Повышение скорости контроля (по меньшей мере, в 2 … 3 раза)
 Простой механизм ручного сканирования
 Пониженная доза облучения
 Увеличенная площадь охватываемого контролем участка
 Улучшенные обнаружение и дискриминация дефектов без
определенной ориентации (например, IGSCC-дефектов)
вследствие использования лучей с несколькими значениями
угла ориентации (различные углы преломления и наклона)
 Повышенные скорость и надежность анализа данных и
составления отчета вследствие использования инструмента
Volumetric Merge
27
Заключение
1.
Гибкость методологии использования для дефектоскопии
двухмерных (2D) фазированных решеток обеспечивает
достижение более качественного контроля для случая дефектов
без определенной ориентации (IGSCC) за счет применения
нескольких углов ориентации лучей (угла преломления и
наклона)
2.
Методология использования для дефектоскопии двухмерных
(2D) фазированных решеток позволяет существенно сократить
число позиций сканирования и время контроля при сохранении
прекрасных характеристик ультразвукового контроля
3.
Методология использования для дефектоскопии двухмерных
(2D) фазированных решеток может обеспечить увеличенную
скорость и надежность анализа данных и предоставляемых
отчетов с результатами вследствие Volumetric Merge и других
отлаженных инструментов
4.
Отвечающие современным требованиям система OmniScan PA и
программа Advanced PA Calculator компании ZETEC
поддерживают 2D решетки как с одиночными, так и со
сдвоенными элементами.
28
Список литературы по методологии применения
для дефектоскопии 2D-фазированных решеток
1.
2.
3.
4.
5.
6.
M. Delaide, D. Verspeelt, and G. Maes, “Design and application of LowFrequency Twin Side-by-Side Phased Array Transducers for Improved
Ultrasonic Testing Capabilities on Cast Stainless Steel Components”, 2nd Int. Conf. on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and
Pressurised Components, New Orleans, Louisiana, May 2000
D. MacDonald, J. Landrum, M. Dennis and G. Selby, “Application of
Phased Array UT Technology to Pipe Examinations”, 2nd EPRI Phased
Array Inspection Seminar, Montréal, Canada, August 2001
D. MacDonald, J. Landrum, M. Dennis and G. Selby, “Phased Array UT
Performance on Dissimilar Metal Welds”, 2nd EPRI Phased Array
Inspection Seminar, Montréal, Canada, August 2001
G. Maes, “Improved UT Inspection Capability on Austenitic Materials
Using Low-Frequency TRL Phased Array Transducers”, - 2nd EPRI
Phased Array Inspection Seminar, Montréal, Canada, August 2001
D. MacDonald, J. Landrum, M. Dennis and G. Selby, “Appendix VIII
Qualification of Phased Array UT for Piping”, 6th EPRI Piping & Bolting
Conference, Point Clear (AL), August 2002
J. Landrum and C. Latiolais, “EPRI Qualification of Dissimilar Metal Weld
Inspection in Accordance with Appendix VIII, 6th EPRI Piping & Bolting
Conference, Point Clear (AL), August 2002
29