Рекомендации по Дефектологической Характеристике Времени Дифракции Полета (TOFD) (время полета отраженного луча от поверхности)
Цель
Целью этого документа является обеспечение специалистов RTD по ультразвуковому тестированию и характеристике времени дифракции полета общей информацией для контроля кольцевых сварных швов.
Принципы TOFD
Принципы TOFD существенно отличаются от традиционного ультразвукового импульсно - эхового исследования, эта техника основывается на амплитуде отраженного ультразвука как средстве для измерения дефектов.
TOFD использует 2 угловых компрессионных датчика волны, расположенных по принципу падение-захват. Они установлены по обеим сторонам шва (или зоны исследования). Система измеряет время прибытия (время прилета) различных сигналов. Значимая зона определяется как «сигнал поперечной волны», которая представляет из себя волну сжатия, проходящую под поверхностью между датчиками, и «сигнал от задней стенки» BWE (см рис.1)
Принципы TOFD (продолжение)
Сигналы от любых дефектов в зоне исследования возникают между «сигналом поперечной волны» и »сигналом от задней стенки». Т.к. сигналы представляют из себя волны сжатия и обладают той же скоростью, глубина всех источников сигналов может быть высчитана согласно времени прибытия сигнала по теореме Пифагора. Эти вычисления производятся автоматически системой TOFD
Когда ультразвуковая волна взаимодействует с дефектом, помимо обычной отраженной волны это вызывает волны, преломленные от края дефекта. Эта преломленная энергия испускается в широком угловом диапазоне от краев дефекта. Это изображено на рис.2
Принципы TOFD (продолжение)
Рисунок 3 представляет крупный план преломления волн от места индикации. Сигнал 1 -из передающего датчика. Сигнал 2- сигнал, отраженный от места индикации. Сигнал 3-это переданная энергия, прошедшая сквозь индикацию. Сигналы 4 и 5- преломленные сигналы от верхнего и нижнего края индикации.
Исследовать дефекты по преломленной энергии удобно, т.к. это позволяет регистрировать широкий диапазон разнонаправленных сигналов при помощи единственной пары датчиков.
Этот метод также хорош для измерения дефектов, т.к. пространственная (временная) разница преломленных волн находится в прямом отношении к высоте дефекта. Обычно TOFD использует волны сжатия, т. к они приходят первыми, что упрощает интерпретацию.
Рис.3
Энергия с нижнего края места индикации попадает в приемник позже, чем с верхнего края и эта дополнительная временная задержка является мерой высоты дефекта. Кроме того, целевым импульсам обычно предшествует импульс энергии, проходящей вдоль поверхности образца, а после них следует отражение от задней стенки образца. Т.о. обычно можно получить важную информацию о расположении дефекта в толщине образца.
Характеристика данных TOFD
Общая информация
Критерии оценки могут быть приспособлены под требования заказчика. Данные TOFD могут быть расценены и сопоставлены в соответствии с существующими кодексами.
Опорный сигнал - как то поперечная волна или эхо-сигнал от задней стенки - должны выводиться на экран при каждом сканировании, чтобы показать, что процесс сбора данных проходит нормально, например, без потери контактного вещества.
Существует несколько способов различения дефектов и менее серьезных недостатков, важно максимально исключать последние, не мешая при этом качеству интерпретации. В сомнительных случаях следует проводить дополнительное исследование
Самым распространенным отражателем являются мелкие поры или мелкие шлаковые включения. Они вызывают характерную арочную индикацию, которая может располагаться на любой глубине
Ни одна из существующих ультразвуковых техник не может полностью охарактеризовать отражатели, но часто можно сгруппировать дефекты по типам. Более подробные формы TOFD или дополнительное ультразвуковое исследование могут быть использованы для уточнения диагноза в критических случаях. В сомнительных ситуациях всегда следует придерживаться консервативной оценки.
Категории дефектов TOFD
Открытые Дефекты
Сигналы, вызываемые открытыми поверхностными дефектами возникают с поперечной волной или после нее.
Эти дефекты характеризуются:
- Изменениями в поперечной волне
- Сигналом со дна дефекта с поперечной волной или после нее
- Эхо от задней стенки остается неизменным, если отсутствует внутренний дефект, как на рис 4
Изменения в поперечной волне могут быть незначительными; чувствительность TOFD к мелким (неглубоким) дефектам невелика. Уровень изменения поперечного сигнала в большой степени зависит от глубины дефекта (высоты дефекта). Дефекты, расположенные у поверхности, могут вызвать лишь небольшое изменение поперечной волны, т.к. сигналы от таких дефектов обычно имеют значительно меньшую амплитуду, чем поперечная волна, и импульсная длина также обычно меньше.
Дефекты большой высоты, тем не менее, вызовут явное уменьшение амплитуды (силы) поперечной волны. Дефекты с высотой 5-10 мм могут привести к полному исчезновению поперечной волны.
Сигнал близкий к открытому дефекту имеет ту же фазу что и поперечная волна (противофаза эхо-сигнала задней стенки). Неглубокие дефекты бывает трудно распознать по сигналам поперечной волны и иногда они выглядят лишь как незначительные изменения. Рис 4 изображает искаженную поперечную волну с дефектами.
Рис 4- подрез/газовые поры/ несплавление
Замечание:
Одной из причин ложных сигналов этого типа может быть отхождение датчика, который через увеличение толщины контактного вещества регистрирует индикацию близкую к плоскостному открытому эффекту. Так же следует проверять эхо-сигнал от задней стенки. Если сигнал от задней стенки подражает падению поперечной волны, произошло отхождение датчика и может потребоваться повторное сканирование.
Внутренние дефекты
Сигналы, порождаемые дефектами на внутренней поверхности, появляются перед эхо-сигналом от задней стенки.
Эти дефекты характеризуются:
- Отсутствием изменений поперечного сигнала: данные дефекты не влияют на поперечную волну.
- Возникновением сигнала между поперечным и первым отражением от задней стенки, часто непосредственно перед эхо-сигналом от задней стенки.
- Уменьшением амплитуды или полным исчезновением эхо-сигнала от задней стенки, иногда сопровождающимся увеличением времени полета оставшихся эхо-сигналов от задней стенки.
Индикация дефекта имеет ту же фазу, что и эхо сигнал от задней стенки или противофазу поперечной волны.
Более глубокие дефекты (дефекты со значительной высотой) обычно прерывают ультразвуковой луч и могут вызвать уменьшение амплитуды эхо-сигнала от задней стенки, что может сопровождаться смещением эхо-сигнала от задней стенки. Это смещение возникает из-за того, что кратчайший путь блокируется дефектом, и возникающий сигнал происходит от части луча, идущего более длинным путем (рис. 5 и 6)
Рис 5 - прожог
Рис 6 - продольная трещина и непровар по кромке
Внутренние плоскостные дефекты на внутренней поверхности могут потребовать отдельного рассмотрения. Как если бы это были дефекты, открытые к внутренней поверхности.
Допущение, что они ведут себя как поверхностно-разрушающие дефекты, часто снимает необходимость рассматривать эхо-сигнал от нижнего края, который может быть близок эхо-сигналу от задней стенки. Только затем следует рассматривать глубину верхнего края. Фаза напоминает эхо-сигнал от задней стенки. Обычно может потребоваться сканирование с уменьшенным усилением, чтобы хорошо рассмотреть фазу эхо-сигнала от задней стенки.
Рис 7-несплавление
Геометрические Признаки Задней стенки
Обычно эхо-сигнал от задней стенки - простой показатель, но иногда он может разделяться на 2 и более компонента. Например, при смещении в стыковом сварочном соединении, которое образовалось при монтаже. В этом случае на разных уровнях появляются 2 ясных отражения от задней стенки (см рис. 8)
Сложность в том. Что эти разделившиеся показатели могут быть интерпретированы как дефекты, проникающие из внутренней поверхности. Анализ этих показаний является важной частью интерпретации, особенно если есть вероятность внутренних дефектов, включая трещины, непровар в корне и несплавление.
Геометрические сигналы – это показания и/или изменения в задней стенке (и другие сигналы) возникающие из отклонений от идеальной или намеченной конфигурации.
Для расшифровки возникающих геометрических сигналов обычно необходимо просмотреть весь шов. При интерпретации следует рассмотреть следующие причины разделения эхо-сигнала от задней стенки.
- Не является ли оно следствием конструкции/производства детали (например, переходящий шов)?
- Это также может быть вызвано соединением труб разного диаметра
- Сопоставимы ли оба эхо-сигнала по высоте с нормальным эхо-сигналом от задней стенки?
Рис. 8-Смещение
