Ultraschallprüfung austenitischer Schweißnähte mittels Phased Array |01.06.2018

Reis.1. Prüfmethode für die Herstellung von Schweißnähten aus rostfreiem Stahl: Doppelte 2D-Matrix-Baugruppe im TRL-Modus.

Codes, Standards und Methoden wurden weiterentwickelt, um die Verwendung von Phased-Array-Ultraschallprüfungen (PAUT) anstelle von RT für die Prüfung austenitischer Schweißnähte zu ermöglichen.Der Einsatz von Dual-(2D-)Array-Sensorbaugruppen wurde erstmals vor fast 15 Jahren in Kernkraftwerken weit verbreitet und hat sich nun auch auf die Öl- und Gasindustrie sowie andere Branchen ausgeweitet, in denen eine schnelle, zuverlässige und sichere Prüfung von austenitischen Schweißnähten mit hoher Dämpfung erforderlich ist.
Die neuesten tragbaren Phased-Array-Geräte sind mit leistungsstarker integrierter Software ausgestattet, mit der Sie schnell und effizient 2D-Matrix-Array-Scans einrichten, bereitstellen und interpretieren können, ohne Fokusgesetzdateien importieren zu müssen, die mit externen Taschenrechnern oder Fernsteuerungssystemen mithilfe fortschrittlicher Software erstellt wurden.Software für PC.
Heutzutage bieten Inspektionstechnologien auf Basis von 2D-Array-Wandlern hervorragende Möglichkeiten zur Erkennung von Umfangs- und Axialfehlern bei Schweißnähten aus rostfreiem Stahl und anderen Metallen.Die standardisierte 2D-Dual-Matrix-Konfiguration kann das Inspektionsvolumen von Edelstahlschweißnähten effektiv abdecken und flache und massive Defekte erkennen.
Ultraschallprüfverfahren umfassen typischerweise zwei Anordnungen zweidimensionaler Matrizen, die auf austauschbaren keilförmigen Komponenten platziert werden, deren Konturen dem Außendurchmesser der betrachteten Komponente entsprechen.Verwenden Sie niedrige Frequenzen – 1,5 MHz für Schweißnähte aus unterschiedlichen Metallen und anderen dämpfungsreduzierenden Materialien, 2 MHz bis 3,5 MHz für gleichmäßig bearbeitete Edelstahlsubstrate und Schweißnähte.
Die duale T/R-Konfiguration (Senden/Empfangen) bietet folgende Vorteile: keine oberflächennahe „tote Zone“, Eliminierung von „Phantomechos“ durch interne Reflexionen im Keil und letztlich eine bessere Empfindlichkeit und ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (Verhältnis Signal/Rausch).Rauschzahl) ) aufgrund der Faltung der T- und R-Strahlen.
Werfen wir einen Blick auf die PA UT-Methode zur Steuerung der Herstellung von Schweißnähten aus austenitischem Edelstahl.
Bei der Produktionskontrolle sollte anstelle der RT die Kontrolle das Volumen der Schweißnaht und die gesamte Wandstärke der Wärmeeinflusszone umfassen.In den meisten Fällen ist die Lötkappe vorhanden.Bei Schweißnähten aus Kohlenstoffstahl wird empfohlen, Scherwellen zu verwenden, um das kontrollierte Volumen auf beiden Seiten zu beschallen, während die letzte Halbwelle normalerweise verwendet wird, um spiegelnde Reflexionen von Defekten an der Schweißfase zu erhalten.
Bei niedrigeren Frequenzen kann eine ähnliche Scherwellenmethode zur Prüfung der proximalen Abschrägung von Schweißnähten aus rostfreiem Stahl verwendet werden, ist jedoch für die Prüfung durch austenitisches Schweißmaterial nicht zuverlässig.Darüber hinaus befindet sich bei den sogenannten CRA-Schweißnähten eine korrosionsbeständige Legierungsbeschichtung am Innendurchmesser des Kohlenstoffstahlrohrs, und die letzte Hälfte der Drahtbrücke des Querträgers kann nicht effektiv genutzt werden.
Schauen wir uns die Probenerkennungsmethoden mit einem tragbaren UT-Gerät und Software an, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Duale 2D-Array-Wandler, die gebrochene P-Wellenstrahlen von 30 bis 85 Grad erzeugen, die für die vollständige Volumenabdeckung verwendet werden können.Für Wandstärken von 15 bis 50 mm gelten je nach Dämpfung des Untergrundes Frequenzen von 1,5 bis 2,25 MHz als geeignet.
Durch die Optimierung des Keilwinkels und der Konfiguration der Array-Sondenelemente kann ein breites Spektrum an Brechungswinkelscans effizient ohne zugehörige Nebenkeulen generiert werden (Abb. 2).Der Platzbedarf des Keilknotens in der Einfallsebene wird minimiert, sodass der Strahlaustrittspunkt so nah wie möglich an der Schweißnaht liegen kann.
Die Leistung eines Standard-Dual-Array-Arrays mit 2,25 MHz und 10 x 3 im TRL-Modus wurde an einer Schweißnaht aus 304-Edelstahlblech mit einer Wandstärke von 25 mm bewertet.Die Testproben hatten eine typische V-förmige Neigung und einen „wie geschweißten“ Oberflächenzustand und enthielten echte und gut dokumentierte Schweißfehler parallel zur Schweißnaht.
Reis.3. Kombinierte Phased-Array-Daten für ein standardmäßiges 2,25 MHz 10 x 3 Dual Array (TRL)-Array auf einer 304-Edelstahlplattenschweißung.
Auf Abb.3 zeigt Bilder der kombinierten PAR-Daten für alle Brechungswinkel (von 30° bis 85° LW) entlang der gesamten Länge der Schweißnaht.Die Datenerfassung wurde mit einem niedrigen Verstärkungsniveau durchgeführt, um eine Sättigung stark reflektierender Defekte zu vermeiden.Die 16-Bit-Datenauflösung ermöglicht geeignete Soft-Gain-Einstellungen für verschiedene Arten von Fehlern.Die Dateninterpretation kann durch die richtige Positionierung des Projektionsverschlusses erleichtert werden.
Ein Bild eines einzelnen Defekts, das mit demselben zusammengeführten Datensatz erstellt wurde, ist in Abbildung 4 dargestellt. Überprüfen Sie das Ergebnis:
Wenn Sie den Stopfen vor der Inspektion nicht entfernen möchten, können Sie eine andere Inspektionsmethode verwenden, um axiale (quere) Risse in Rohrschweißnähten zu erkennen: Eine einzelne Array-Array-Sonde kann im Impulsechomodus verwendet werden, um den Schweißstopfen zu „kippen“. Schallstrahl von unten Da sich der Schallstrahl hauptsächlich im Untergrund ausbreitet, können Scherwellen Defekte auf der nahen Seite der Schweißnaht zuverlässig erkennen.
Idealerweise sollten Schweißnähte in vier Strahlrichtungen geprüft werden (Abbildung 5) und erfordern die Prüfung zweier symmetrischer Keile aus entgegengesetzten Richtungen, im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn.Abhängig von der Frequenz und Größe der einzelnen Elemente des Arrays kann die Keilanordnung optimiert werden, um Brechungswinkel von 40° bis 65° relativ zur Richtung der Scanachse zu erhalten.Auf jede Suchzelle fallen mehr als 50 Strahlen.Ein hochentwickeltes US-PA-Instrument mit integriertem Rechner kann problemlos Sätze von Fokussierungsgesetzen mit unterschiedlichen Verzerrungen definieren, wie in Abbildung 6 dargestellt.
Normalerweise wird eine zweizeilige Scheckfolge verwendet, um den Betrag eines Schecks vollständig abzudecken.Die axialen Positionen der beiden Scanlinien werden aus der Rohrdicke und der Breite der Schweißspitze bestimmt.Die erste Scanlinie verläuft so nah wie möglich am Rand der Schweißnaht und deckt Fehler an der Wurzel der Schweißnaht auf, und die zweite Scanlinie vervollständigt die Abdeckung der WEZ.Die Grundfläche des Sondenknotens wird so optimiert, dass der Strahlaustrittspunkt möglichst nahe an der Spitze der Krone liegt, ohne nennenswerte interne Reflexionen im Keil.
Diese Prüfmethode hat sich bei der Erkennung fehlgeleiteter axialer Fehler als sehr effektiv erwiesen.Auf Abb.7 zeigt ein Phased-Array-Bild, das von einem axialen Riss in einer Edelstahlschweißnaht aufgenommen wurde: Defekte wurden bei verschiedenen Neigungswinkeln gefunden und es konnte ein hohes SNR beobachtet werden.
Abbildung 7: Kombinierte Phased-Array-Daten für axiale Risse beim Schweißen von Edelstahl (verschiedene SW-Winkel und -Neigungen): konventionelle Projektion (links) und polare Projektion (rechts).
Die Vorteile der fortschrittlichen PA UT als Alternative zur Radiographie gewinnen in der Öl- und Gasindustrie, der Energieerzeugung, der Fertigung und anderen Branchen, die auf eine zuverlässige Inspektion austenitischer Schweißnähte angewiesen sind, immer mehr an Aufmerksamkeit.Ebenso machen vollständig integrierte PA-UT-Instrumente, leistungsstarke Firmware und 2D-Array-Sonden diese Inspektionen weiterhin kosteneffektiver und effizienter.
Guy Maes ist Zetecs Vertriebsleiter für UT.Mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Implementierung fortschrittlicher Ultraschallmethoden, Kompetenzbewertung und Softwareentwicklung.Für weitere Informationen rufen Sie (425) 974-2700 an oder besuchen Sie www.zetec.com.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20. August 2022