Nêm Phased Array sử dụng trong kiểm tra siêu âm nhiệt độ cao tới 150°C

Giới thiệu

Thực hiện kiểm tra siêu âm mảng điều pha Phased Array trên các bộ phận và thành phần nhiệt độ cao đặt ra những thách thức nhất định. Các phần tử áp điện và các kết nối bên trong đầu dò khá nhạy cảm với nhiệt và có thể bị hư hỏng do nhiệt độ cao. Để giúp giảm thiểu vấn đề này, Olympus đã phát triển một công cụ mới cho phép kiểm tra siêu âm phased array thủ công ở nhiệt độ lên tới 150° C.

Khó khăn và thách thức khi kiểm tra siêu âm phased array nhiệt độ cao

Khi các đầu dò mảng pha nóng lên, các biến tử áp điện và các kết nối điện tử có thể bị hỏng. Thử nghiệm của chúng tôi cho thấy rằng các đầu dò siêu âm mảng pha điển hình hoàn toàn bị hư hại nếu chúng đạt đến 80°C. Để sử dụng an toàn, đầu dò không được vượt quá nhiệt độ 60°C.

Cách nhiệt, tản nhiệt, và làm mát là ba yếu tố quan trọng trong thiết kế nêm để ngăn chặn nhiệt quá mức tiếp cận các thành phần bên trong đầu dò. Cáp của đầu dò cũng phải được bảo vệ khỏi chi tiết nóng được kiểm tra.

Vận tốc âm thanh trong nêm và vật liệu cũng thay đổi theo nhiệt độ, và điều này có thể ảnh hưởng đến tính toán độ hội tụ và điểm ra, dẫn đến lỗi về vị trí chỉ thị. Tín hiệu siêu âm suy giảm và dịch chuyển tần số cũng phải được đưa vào tính toán.

Giải pháp kiểm tra siêu âm Phased Array nhiệt độ cao

Olympus đã phát triển một loạt nêm mới cho phép kiểm tra các thành phần nóng lên đến 150 ° C. Để mô tả và xác nhận hiệu quả của các nêm này, kiểm tra phòng thí nghiệm được thực hiện bằng thiết bị siêu âm Phased Array OmniScan MX2 được cấu hình để thực hiện quét từ 40 ° đến 70 ° SW, điển hình cho kiểm tra mối hàn với đầu dò mảng pha.

Các nêm được sản xuất bằng nhựa polyetherimide nhiệt dẻo vô định hình được gọi là ULTEM ™. Vật liệu này có khả năng chịu nhiệt cao, độ bền và độ cứng gần với thủy tinh chịu nhiệt ở 200 ° C.

Hai model nêm được thiết kế với ứng dụng cụ thể; với tên mã SA31C-ULT-N55S-IHC và SA32C-ULT-N55S-IHC. Những nêm này bao gồm các lỗ gắn bộ mã hóa Mini-Wheel của Olympus, cho phép kiểm tra mã hóa vị trí. Các nêm ULTEM cũng có thể được chế tạo cho các dòng đầu dò khác của Olympus nhưng cần liên hệ trước với Olympus.

Đầu dò siêu âm Phased Array được gắn trên nêm ULTEM chịu nhiệt

Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm được thực hiện trên các thành phần được gia nhiệt đến 150 ° C. Đầu dò siêu âm trên OmniScan MX2 được sử dụng để thực hiện quét khu vực điển hình từ 40 ° đến 70 ° SW với độ phân giải 1 độ. Chất tiếp âm dạng Glycerine được sử dụng để kết nối đầu dò vào với nêm, và chất tiếp âm nhiệt đô cao được sử dụng giữa nêm và vật kiểm tra.

Các phụ kiện sử dụng trong kiểm tra siêu âm Phased Array nhiệt độ cao.

U8 number	Mô tả
Q7200423	SA31C-ULT-N55S-IHC: Custom wedge for angle beam phased array probe A31, normal scan, 55 degree shear wave, from Ultem to steel, with IHC option (irrigation, holes and carbides).
Q7200422	SA32C-ULT-N55S-IHC: Custom wedge for angle beam phased array probe A32, normal scan, 55 degree shear wave, from Ultem to steel, with IHC option (irrigation, holes and carbides).
Q7200538	SA32C-ULT-0L-IHC: Custom wedge for angle beam phased array probe A32, normal scan, 0 degree, longitudinal wave, from Ultem to steel, with IHC option (irrigation, holes and carbides).
Q7201019	SA31C-ULT-0L-IHC: Custom Ultem Wedge for Angle Beam Phased-Array Probe A31, Normal scan, 0-degree Refracted Angle in Steel, Longitudinal Wave, with IHC option (Irrigation, Holes and Carbides). The wedge has a 25 mm delay line
Q3300178	5L32-19.2X10-A31-P-2.5-OM: Phased array probe.
Q3300179	5L64-32X10-A32-P-2.5-OM: Phased array probe.
Q3300180	5L32-32X10-A32-P-2.5-OM: Phased array probe.
Q7700002	H-2 Couplant: Temperature range 0 °F (-18 °C) to 750 °F (400 °C) in many open environment applications when used per manufacturer’s recommended procedure.*
U8770023	B2 Couplant: Glycerin 2 oz. Squeeze Bottle (.06 liters), up to 200 °F (90 °C).
Q7750078	0,3m vỏ bảo vệ cáp đầu dò và encoder, đường kính 12.5mm chịu được nhiệt đô lên tới 150 độ. 0.3 m (1 ft) of protective sleeve to protect the probe and encoder cables. Nominal diameter of 0.5 in., resists temperatures up to 150 °C.

Lưu ý: Các nêm PA tùy chỉnh được liệt kê ở trên đã được thiết kế với các ứng dụng cụ thể. Nếu các ứng dụng đặc biệt hay thay đổi nhiều về nhiệt độ, các nêm này có thể không còn phù hợp và có thể phải đề xuất thay đổi thiết kế. Để có thêm thông tin, xin liên hệ bộ phận bán hàng của VISCO.

* Các ứng dụng đo độ dày sử dụng lượng tiếp âm mỏng trong môi trường mở, nơi lượng khí nhỏ hình thành khi bay hơi có thể tiêu tan nhanh chóng. Tuy nhiên, nếu việc cháy nổ gây ra bởi khí ga được yêu cầu nghiêm ngặt thì chất tiếp âm này không nên được sử dụng ở trên nhiệt độ gây cháy.

Kết quả sử dụng nêm ULTEM kiểm tra Phased array nhiệt độ cao

Đầu dò với các tần số khác nhau đã được kiểm tra để đánh giá sự thay đổi tần số trung tâm do việc sử dụng vật liệu ULTEM. Ở nhiệt độ phòng, tần số trung tâm của đầu dò 2,25 MHz vẫn giữ nguyên, nhưng tần số trung tâm của đầu dò 5 MHz chuyển xuống 4 MHz. Sự thay đổi tần số trung tâm quan trọng nhất xảy ra với đầu dò 7,5 MHz, giảm xuống 5 MHz. Do đó, các đầu dò có tần số trên 5 MHz không nên được sử dụng với các nêm ULTEM. Thử nghiệm được thực hiện với đầu dò 5 MHz trên bề mặt ở 150 ° C cho thấy tần số trung tâm dịch chuyển xuống 3 MHz.

Trong khi các tính chất cách điện của ULTEM được sử dụng để bảo vệ đầu dò khỏi nhiệt, tản nhiệt cũng rất quan trọng để có thời gian kiểm tra dài hơn. Khi nhiệt độ môi trường là 25 ° C, nêm có thể được giữ bằng cách tiếp xúc với bề mặt 150 ° C trong tối đa 10 phút. Mất thêm 10 phút cho đầu dò và nêm để nguội. Khi sử dụng với chu trình này, không có thiệt hại quan sát được cho nêm hoặc đầu dò.

Không có sự suy giảm đáng kể tín hiệu siêu âm khi chi tiết kiểm tra đạt đến 150 ° C miễn là chất lượng của chất tiếp âm giữa nêm và bề mặt kiểm tra được duy trì. Người dùng phải chú ý để đảm bảo tiếp âm đáng tin cậy. Với đầu dò 5 MHz được sử dụng với các nêm ULTEM, tín hiệu suy giảm khoảng 4 dB và thường được coi là chấp nhận được.

Khi nhiệt độ tăng từ 24 °C đến 150 °C, vận tốc siêu âm của vật liệu nêm ULTEM giảm từ 2470 m / s xuống 2270 m / s, trong khi vận tốc sóng biến dạng trong thép giảm từ 3240 m / s xuống 3103 m / S. Do đó, khi sử dụng luật hội tụ chùm tia siêu âm được tính toán với vận tốc ở nhiệt độ phòng, chúng tôi quan sát các chuyển động của chùm tia nhỏ đi vài độ khi chi tiết kiểm tra đạt đến 150 ° C. Ngay cả khi những chuyển động / thay đổi này là tối thiểu, các thông tin này có thể cần phải được xem xét để định vị chính xác hơn ở nhiệt độ cao tùy thuộc vào yêu cầu kiểm định chất lượng. Tính toán luật hội tụ với vận tốc đã biết ở nhiệt độ cao ngay từ khi bắt đầu có thể loại bỏ các chênh lệch này. Để giảm thiểu sai số tiềm năng do thay đổi vận tốc, Olympus đã xác định góc nêm để đạt được góc khúc xạ danh nghĩa với mẫu bằng thép ở 100 ° C và vận tốc trong nêm ULTEM đặt ở 2340 m / s.

Nhiệt độ phòng, phản hồi lớn nhất ở 60 độ SW với độ khuếch đại 45dB.

Ở 150°C, phản hồi lớn nhất ở 63 độ SW với độ khuếch đại 49dB và soundpath 33.6mm.

Chú ý quan trọng:

Để giúp đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc của đầu dò và nêm, thiết bị nên được sử dụng trong thời gian không quá 10 phút và phải có ít nhất 10 phút để nguội. Chu kỳ làm việc này được thiết lập dựa trên nhiệt độ môi trường tối đa ở 25 °C. Người dùng phải cẩn thận để xác định chu kỳ làm việc thích hợp tương ứng với điều kiện làm việc nếu nhiệt độ môi trường vượt quá 25 °C

Kết luận

Các nêm nhiệt độ cao của Olympus cho phép kiểm tra siêu âm mảng pha thủ công đơn giản và giá cả phải chăng trên các chi tiết lên đến 150 ° C. Người dùng cần lưu ý tần số đầu dò tối đa 5 MHz, sự suy giảm của tần số, suy giảm biên độ phản hồi và góc khúc xạ thay đổi.