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2023年09月26日
浅析超声波检测的近场区和盲区
超声波探伤中,常常遇到两个容易混淆的概念:盲区和近场区,今天简要辨析一下这两个概念。 1、近场区主要是由于波源附近声波的干涉而引起,盲区主要是由于仪器的发射脉冲特点和放大器性能而引起。 2、近场区里面超声波声压不规律,缺陷回波定量不准;盲区是缺陷回波信号不能被放大显示出来的区域。 3、近场的长度通过计算得出,盲区的大小通过测试测出。 一、近场区 1、近场区概念: 近场区也叫菲涅尔区,是由于波的干涉而在波源附近出现一系列声压极大值极小值的区域。波源轴线上**后一个声压极大值至波源的距离称为近场区长度。近场区的存在会导致缺陷回波的定量不准确。 2、近场区计算公式: 圆盘源的纵波近场长度公式: (其中Ds为圆盘源的直径,λ为波长) 矩形源的纵波近场长度公式: (其中Fs为矩形源的面积,λ为波长) 3、近场区的影响因素: 声源的面积Fs越大,近场长度N越大; 频率f越高、波长λ越小,近场长度N越大 二、盲区 1、盲区的概念: 超声仪的发射电路的发射脉冲在激励探头的同时,也直接进入接收电路,形成始波。由于发射脉冲电压很高,在短时间内放大器的放大倍数会降低,甚至没有放大作用,这种现象成为堵塞。由于发射脉冲自身有一定宽度,加上放大器的阻塞现象,因此发射脉冲开始后,放大器无法对输入信号做出响应。在靠近始波的一段时间内,所要求发现的缺陷往往不能发现,具体到被检工件中,这段时间所对应的由入射面进入工件的深度距离,成为盲区。 盲区也可以用时间域来表示: 发射脉冲后的死区时间dead time after transmitter pulse,指的是脉冲回波技术时,放大器由于发射脉冲而饱和,使得发射脉冲启始后无法响音输入信号的时间。在标准《EN12668.1:2010无损检测 超声检测设备的特性和验证 **部分:仪器》和《ISO22232-1-2020 超声检测设备器材的特性和验证:**部分:仪器性能部分》中都采用类似的规定。 2、盲区的影响因素: 1、仪器的发射功率:发射功率大,检测灵敏度大,信号强度大,始脉冲宽,盲区大。所以在达到需要检测灵敏度前提下,降低发射功率可以减少盲区。 2、信号带宽:信号的带宽越窄,信号脉冲宽度越大,盲区越大。所以提高仪器和探头的组合带宽,可以减少盲区。 3、探头的设计:比如采用延迟块可以减少盲区,双晶探头采用一发一收形式,发射晶片和接收晶片之间采用隔声层隔离,克服了发射声束和接收声束间的相互干扰和阻塞,同时也带有延迟块,可以有效减少盲区。 3、盲区的测试: 盲区的测试一般有两类: **类是测发射脉冲后的死区时间: 见EN12668.1:2010和ISO22232-1-2020中的相应部分,得出的是时间,一般要求是不大于10μs。ISO22232-1-2020规定的测试示意图如下: 第二类是用试块近似测试: 通用原理就是探测不同深度的反射体,找到**近的那个反射体,要求该反射体的回波能和始脉冲独立识别,这个**近的距离就是盲区。得出的距离。 通常利用CSK-1A试块上Φ50有机玻璃圆弧面距两侧边缘5mm和10mm的边距来测盲区大小,若探头置于I处有独立回波则盲区小于等于5mm。若I处无独立回波,II处有独立回波,则盲区在5~10mm之间。若II处仍无独立回波,则盲区大于10mm。(此处的“独立”意思是回波高度超过满屏50%以上时,且回波前沿和始波后沿相交的波谷满足低于10%满刻度。) 盲区的测试也可以通过盲区试块DZ-I来进行。测试原理也一样,把能和始脉冲独立分开的**短距离的孔的回波对应的孔的距离作为盲区。了解更多 -
2023年09月26日
风电用主轴超声相控阵检测
背景 风能作为清洁的可再生能源受到全世界的重视,风力发电机组的发展趋势是功率更大、重量更轻、造价更低、可靠性更高。从增大功率和增加可靠性角度出发,国外对新型传动链进行了较多的研究和应用,开发了如集成式、分流式、直驱等多种传动方案用于配合中速和低速发电机。 主轴是风力发电机组中的关键零部件,其设计安全性和合理性将直接影响整个机组的性能。而主轴断裂现象也时有发生,这就促使风力发电企业越来越重视对风机主轴的在役检测方法研究。 检测方法 风电转轴由于机型的不同,分为很多种不同的类型,各类型的结构也会差异较大。而且由于是在役检测,因而不同机型可接触的部位也不尽相同。所以针对每个不同的机型,需要有不同的检测工艺和方法。 大体可放置探头的区域可分为轴身面和轴端面两个部位,针对这两个部位有着不同的相控阵探头和设置,而且检测大多针对的是轴身外表面裂纹类缺陷。 轴端面使用0度接触式相控阵探头,可见声束可以覆盖整个轴身面外表面。 轴身面使用斜入射探头,并通过中心孔的二次波折射,可以检测轴身 结合零度角和斜入射两种探头基本可以适合不同类型风机轴的检测 检测结果 轴端面检测结果如下图所示,每一个几何外形反射都清晰可见,并可以看到前端螺纹区域的信号,如红色圈中所示。 轴身面检测结果如下图所示,使用中心孔作为反射面,可以看到后端的螺纹信号,如红色圈中所示。 结论 使用超声相控阵技术,在轴端面和轴身面两个部位进行检测,可以清晰地观察到各部位的几何外形反射,且信号显示位置和深度与真实几何外形相符。因而使用超声相控阵技术同样可以检测轴身上的裂纹类缺陷。了解更多 -
2023年09月26日
Al蜂窝板及玻纤蜂窝板相控阵C扫检测
1. 背景 蜂窝结构的复合材料由于其高强度的耐压能力,**早被用于航空航天的重要支撑结构上。 随着技术的发展,蜂窝结构复合材料也被广泛用于包括铁路、建筑装饰、船舶等多个领域。 尤其是Al蒙皮/Al蜂窝结构的复合材料,中心为铝质六边形蜂窝,密度小(每平方米大约为3~7公斤),是同厚度同面积木板重量的1/5,玻璃的1/6、铝材的1/7,大大降低建筑载荷和造价,由于中间夹层含大量空气,可隔音(空气隔声量可达30dB)、隔热(热阻可达0.02(㎡·K/W)),无可燃物质,防火等级达到B1级,防水、防潮、无有害气体释放,单位质量的比强度大、比刚度高(结构刚度为肋式的1.7倍),且不易变形。 蜂窝结构复合材料的检测历来都是检测的难点,之前的航空航天蜂窝复合材料检测主要使用超声喷水系统进行检测,系统结构复杂,造价昂贵,且效率不高,一般只用于航空航天复材制造企业,检测复杂形状且检测要求较高的环境使用。 该实验使用一种全新的超声相控阵检测技术进行检测,该检测方法高效、显示清晰、检测结果可靠,设备或系统造价相比于喷水系统低廉,且适用于航空航天复材维修维护企业。 2. 检测设备配置 主机: Omniscan X3相控阵超声检测系统 探头:5MHz,64晶片轮式超声相控阵探头。 3. 检测结果分析 试块(1) 材质:铝蒙皮/铝蜂窝芯,蒙皮厚度:0.3mm 试块(1)上A面的检测结果如下,可以清晰地看到4个人工缺陷,且蜂窝结构清晰可见。 试块(1)上B面的检测结果如下,可以清晰地看到8个人工缺陷,且蜂窝结构清晰可见。 试块(2) 材质:铝蒙皮/铝蜂窝芯,蒙皮厚度:1mm 试块2上的检测结果如下,同样可以看到清晰的蜂窝结构,及内部的人工缺陷。 试块(3) 材质: 玻纤(GFRP)窝芯结构,蒙皮厚度:0.3mm 试块3上A面的检测结果如下,可以清晰地看到4个人工缺陷。 试块3上B面的检测结果如下,也可以看到4个人工缺陷。 5. 结论 使用超声相控阵技术,结合轮式探头,可以有效检测Al合金蜂窝及GFRP蜂窝结构复合材料的脱粘检测,检测结果清晰可靠,可以观察到蜂窝六边形的完整结构,并对缺陷反应灵敏。了解更多 -
2023年09月26日
数字射线DR在管道腐蚀检测中的应用
在石油化工行业,部分管道长期高温或超低温运行,受到内部物料及外部介质的化学与电化学作用,管道易出现腐蚀及壁厚减薄现象,从而带来安全隐患,严重的甚至导致泄漏或爆炸事故。为了保证在检验周期内管道的安全运行,迫切需要实现管道缺陷隐患的在线检测,但对于有保温层的管道,传统检测方法难以实施。主要难点在于检测时需要大量拆除保温层,拆除保温层后的管道表面高温又可能影响检测结果,检测完恢复保温层后还可能产生二次腐蚀。因此,选择可靠的管道带保温层检测技术具有十分重要的意义。目前,常用的管道带保温层检测技术有脉冲涡流检测、漏磁检测以及胶片射线检测法,但都各有局限性。脉冲涡流技术对管道带保温层检测时,周围管道以及保温层内的铁磁性物质对特征信号的提取会存在一定的干扰,保温层厚度的不均匀也会干扰检测结果,且对局部腐蚀的检测灵敏度较低。胶片射线照相检测技术有检测效率低、宽容度较小、胶片长期储存困难和不利于数字建档等缺点。漏磁检测技术只能发现较大的腐蚀坑,且图像不直观。射线数字成像(DR)技术,可以在不拆除保温层的前提下实现管道腐蚀和缺陷检测。使用该技术检测时,穿透被检管道的射线被数字探测器阵列(DDA)接收,直接转换成数字图像显示,无需暗室处理,宽容度大,检测效率高,可自动测量管道壁厚、腐蚀坑、管径等。数字射线图像能在电脑、平板、手机等屏幕上查看,易于存储、调用、传输和共享,大大方便了石油、化工、电力、机械、冶金、制药、食品加工等行业的管道完整性评估和监控。 1.DR基本原理 DR技术是利用X射线或γ射线穿透被检管道,由于衰减特性,不同厚度区域透射出来的射线强度相对入射强度会有不同程度的减弱;透过工件后的射线由平板数字探测器接收并转换为数字信号,数字信号被送至计算机中进行处理,从而形成数字图像。DR技术是快速高效的射线成像技术之一,可以在几秒钟内获得数字图像。便携DR检测系统一般由射线机、数字探测器阵列、计算机、软件、电缆、电源线、网线等组成。 2.检测示意图 3.应用图例 壁厚自动测量 点腐蚀 外壁腐蚀-减薄 焊缝缺陷-未熔合 4.总结 (1)DR技术可应用于在役高温(超低温)管道带保温层检测,对于管道腐蚀与堆积、壁厚测量及焊缝缺陷可以高效检出和识别,便于在役或超期服役管道安全运行的评价及对隐患的及时发现。(2)DR技术解决了保温管道常规检测技术给生产带来的停产停运、或拆除管道保温层的麻烦和由此造成的经济损失,还间接地为保温层的评价提供了依据。(3)DR技术的应用符合当前国家提倡的节能环保的政策。检测灵敏度较高,快速、高效,降低了射线剂量,减少了对员工及公众的辐射危害,减轻了辐射防护压力。不使用胶片,没有胶片的暗室处理环节,消除了化学药剂对环境以及人员健康的影响。(4)受保温层限制及数字平板探测器不能弯曲,探测器侧和射线源侧的缺陷影像都有不同程度的放大,对缺陷的判定需要根据数字图像的特点以及对比块进行修正。(5)实际上,DR技术不仅可应用于管道腐蚀和焊缝缺陷检测,还能应用于金属及其合金和非金属材料的铸件检测、塑料、橡胶、陶瓷、复合材料、电子零部件、重要装置的装配正确性和结构完整性检测、矿物筛选、文物及考古鉴定等。了解更多 -
2023年09月26日
披荆斩棘 GSCAN-200横空出世
前言 螺栓广泛应用于火电、风电等部件的连接上,在役使用过程中需承受复杂的应力、温度等作用,容易出现断裂或失效,其安全性越来越多地受到人们的重视。如何在不拆卸螺栓的情况下,检测出螺栓 的疲劳裂纹始终是个难题。疲劳裂纹的检测,理论上来说是可以使用常规超声检测方法的,但在役设备检测空间有限,探头可达性差,检测灵敏度低,需要将设备停机,将螺栓卸下来再进行检验。超声相控阵技术是无损检测领域中的新技术,均可在不移动探头的情况下实现较大角度范围的扫查,能实现对缺陷的各种视图成像,检测结果直观,便于对缺陷的识别与判定。并且这种技术能对几何形状复杂的工件进行检测,可通过软件控制,提高检测分辨力、信噪比和灵敏度。 1.基本理论 超声相控阵技术检测原理为:通过控制阵列换能器中各个阵元的激励与接收脉冲的时间延迟,来改变各个阵元发射(或接收)声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方位的变化,从而完成相控阵的波束合成,形成成像扫描。超声相控阵技术可以通过软件来控制波束的特性、扫查角度范围、聚焦深度和焦点尺寸等,因而在很大程度上克服了常规超声方法由于声束的方向性带来的检测局限性。 2.系统介绍 GSCAN 200是我司与高校联合研发设计、基于超声相控阵检测原理针对在役及非在役螺栓检测的一款螺栓专用的相控阵探伤仪。该机体积小、重量轻,硬件性能强,软件功能完善,操作简单,是现场检测的不二之选! 3.产品特点 l 8.4彩色液晶触摸屏 l 16/64、32/64两种型号可选 l 配备AutoCAD高级工件轮廓图形加载模块 l 配置螺栓检测专用探头 l 兼具常规相控阵检测功能 l A/B/S/C/TOFD/离线3D等多种显示模式 4.性能指标 5.应用场景 应某风电叶片厂委托我司派两名工程技术人员到现场对风电螺栓进行检测。现场检测如下图: 检测效果示意图如下: 总结: 通过上面检测效果图可以看到除去底波显示以外,检测区的画面很清晰颜色基本一致,看不到有杂波、侧壁干涉波、固有回波等常规超声手段检测时出现的干扰波形显示;这些都归功于G-SCAN200强大的软件处理功能以及相控阵实时聚焦的特点;相较于现下其他相控阵设备,GSCAN200在螺栓检测方面表现的更加全面,效果清晰、操作简单、检测效率更快。了解更多