Преимущества технологии фазированной решетки

Ультразвуковая технология уже много лет используется для контроля сварных труб ERW на различных этапах производственного процесса. Трубы ERW производятся путем холодной формовки стальной полосы в цилиндрическую форму с использованием формовочных валков, после чего между краями полосы проходит высокочастотный электрический ток, повышающий температуру стали до точки плавления. Края полосы сжимаются до тех пор, пока расплавленный металл не выйдет из стыка, образуя сварной валик. Соединение создается без наполнителя. Этот продольный сварной шов отличает ее от бесшовной трубы. В процессе сварки внутренний и внешний диаметр сварного шва удаляются. На этом этапе процесса могут возникнуть различные дефекты, и ультразвуковой контроль хорошо подходит для выявления технологических проблем в зоне сварки.

В отличие от традиционного одноэлементного ультразвука, технология фазированной решетки использует решетку шириной 3 дюйма со 128 небольшими датчиками, которые вместе подвергаются электронным импульсам, образуя несколько звуковых лучей, покрывающих площадь в несколько дюймов. Это позволяет охватить всю область сварного шва без каких-либо механических движений. Использование технологии фазированной решетки с водяным зазором между решеткой и трубой позволяет контролировать внешний диаметр путем измерения изменения пути прохождения воды, а также контролировать внутренний диаметр путем измерения толщины трубы. Способность фазированной решетки электронно сканировать длину решетки дает несколько преимуществ:

Экран Echomac® PA TW для выявления дефектов сварных труб. Данные отображаются в краткой форме с использованием C-скана и суммированного A-скана для сигналов, которые пересекают порог изменения толщины и обнаружения дефектов. Также представлено изображение B-скана в реальном времени, которое позволяет оператору легко выровнять систему с текущим положением сварки. Источник: Корпорация магнитного анализа.

В процессе сварки в сварном шве могут создаваться разнообразные дефекты. Непровары, пористость, проникающие и крючкообразные трещины — вот лишь некоторые из типичных дефектов. Ультразвук используется для проверки сварного шва на наличие дефектов такого типа. Продольные дефекты обнаруживаются путем передачи звука в сварной шов под оптимальным для типа дефекта углом. В зависимости от толщины стенки трубы может потребоваться несколько датчиков, ориентированных на внутренний диаметр, внешний диаметр и среднюю часть стенки. Также можно использовать несколько углов, но для каждого угла требуется отдельный датчик, что требует сложной механики и постоянного вмешательства оператора. Технология фазированной решетки дает возможность генерировать несколько звуковых лучей, сфокусированных на разных участках сварного шва и под разными углами. Кроме того, способность генерировать несколько звуковых лучей позволяет сканировать сварной шов и обеспечивает полное покрытие.

Испытательная головка Echomac® PA TW показана в портальной (альтернативной роботу) системе позиционирования для размещения головки на сварной трубе для проведения испытаний. Источник: Корпорация магнитного анализа.

Испытание сразу после сварки представляет собой испытание на очень горячий сварной шов, трубу, которая еще не имеет идеально круглой формы и испытывает вибрацию. Это создает проблемы в получении точных измерений звука. Для ультразвука требуется жидкая связующая среда, и если используется вода, тепло сварного шва может привести к образованию пара. Передача звука в трубу осуществляется с помощью испытательной головки с камерой с изолированной водой, в которой обычно используется охлаждающая жидкость мельницы. Звук не может проходить через пузырьки, поскольку они мешают передаче звука. Чтобы гарантировать удаление всех пузырьков, испытательная головка должна быть спроектирована таким образом, чтобы выпускать пар и обеспечивать соединительную камеру без пузырьков для передачи звука. Проблема некруглой формы означает, что водяная камера не может идеально обеспечивать хорошее уплотнение с трубой, чтобы удерживать соединительную жидкость. Без хорошего уплотнения в камере могут образоваться воздушные карманы, препятствующие передаче звука в трубу. Также необходимо учитывать проектные соображения, чтобы обеспечить достаточный поток воды. Вибрация, типичная для сварочного станка, означает, что испытательная головка должна быть спроектирована таким образом, чтобы матричный преобразователь удерживался перпендикулярно трубе. Этого можно добиться с помощью ряда пружин и втулок. Эту же испытательную систему можно установить после калибровочных валков и перед отрезной пилой. В этот момент сварной шов холодный, труба круглая, но место сварного шва не зафиксировано. Система должна иметь возможность размещать испытательную головку в месте сварки и регулировать ее по мере изменения сварного шва. Экономичный подход заключается в использовании робота и предоставлении оператору возможности регулировать положение испытательной головки. Поскольку электроника с фазированной решеткой становится более экономичной, общая стоимость фазированной решетки по сравнению с одним элементом значительно снижается. Электроника и преобразователи с фазированной решеткой дороже, но экономия на механике делает общую стоимость очень сопоставимой. Использование фазированных решеток для проверки труб ВПВ дает несколько преимуществ: