Sử dụng thiết bị OmniScan kiểm tra siêu âm PITCH-CATCH (Tandem) với đầu dò Phased Array

Tandem hay kỹ thuật kiểm tra siêu âm “song song” được ứng dụng khi góc tới của chùm âm lệch nhiều so với góc 90 độ và làm cho tín hiệu không thể quay trở lại đầu dò. Với thiết bị OmniScan MX2 hay OmniScan SX có hỗ trợ PR, việc kiểm tra siêu âm tandem trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Phần tiếp theo của bài viết này sẽ hướng dẫn các bước thực hiện khi cần kiểm tra kỹ thuật Tandem technique sử dụng đầu dò PA để phát hiện các vết khắc 3mm cao 3mm ở độ sâu 9mm trên mối hàn có góc 10 độ.

Thiết bị và phần mềm

  • Thiết bị OmniScan MX2 PA 32128PR
  • Phần mềm TomoView 2.10
  • Đầu dò 5L60-PWZ1 hoặc các đầu dò tương đương có kích thước lớn
  • Nêm SPWZ1-N55S-IHC
  • Đầu dò V220 để đo vận tốc sóng
  • Mẫu chuẩn CAL BLOCK WITH ID NOTCH, SDH và EDM NOTCH có thể phát hiện với kỹ thuật kiểm tra tandem.
Mẫu: thép carbon (dày 33mm) với EDM notch ở 9 mm (Cao = 3mm) theo hướng của mép mối hàn (10 độ)

Các bước thực hiện

Bước 1 – Kiểm tra nêm và thông số nêm

Kiểm tra các thông số nêm (chiều cao và góc, index offset). Để thực hiện, sử dụng chế độ phát tuyến tính (Aperture 16, Element 1 tới 49), phát sóng dọc 0 độ. Đặt đầu dò lên mẫu chuẩn và tìm tín hiệu backwall, qua đó xác định vị trí của mặt đáy. Nếu góc nêm và chiều cao chuẩn, tín hiệu backwall echo từ các chùm âm khác nhau sẽ xuất hiện ở cùng vị trí và hình thành 1 đường thẳng song song với bề mặt. Nếu đường backwall bị nghiêng, góc nêm có thể bị sai. Nêu tín hiệu không xuất hiện ở đúng vị trí, chiều cao nêm có thể không đúng. Trong cả hai trường hợp, sai số cho thấy hoặc thông tin nêm chọn bị sai, hoặc nêm cần được chỉnh lại. Chúng ta cũng cần kiểm tra Index Offset, tuy nhiên có thể thực hiện sau bước 2.

Bước 2 – Xác định vận tốc vật liệu

Vận tốc vật liệu có thể được đánh giá sử dụng đầu dò thẳng (Olympus V220 hoặc V222 với chất tiếp âm cho sóng dọc – SWC). Cũng có thể sử dụng vận tốc mặc định trong TomoView. Trong cả hai trường hợp, hãy sử dụng thực nghiệm để xác nhận vận tốc sóng trong nêm. Để thực hiện, cài đặt máy để phát quét quạt từ 40 tới 70 độ với giá trị vận tốc đã đo được. Di chuyển đầu dò dọc vết khắc ID Notch hay SDH và xác nhận độ sâu là đồng nhất cho các góc khác nhau. Ví dụ, nếu SDH được phát hiện ở độ sâu 10mm với góc 40 độ, và ở 8 mm với góc 60 độ, vận tốc không đúng hoặc vật liệu không đồng nhất. Thay đổi giá trị vận tốc và thực hiện lại thí nghiệm cho đến khi tất cả các góc cho cùng một giá trị độ sâu.

Trường hợp khác, vật liệu là không đồng nhất về âm học (anisotropic), khi đó vẫn có thể thực hiện kiểm tra tandem nhưng bạn cần thực hiện hiệu chuẩn vận tốc âm cho tất cả các góc (sử dụng SDH).

Bước 3 – Xác nhận điểm ra của chùm âm và Probe index offset

Sử dụng tín hiệu xung phản xạ từ góc mặt dưới của mẫu chuẩn. Lập trình một chùm âm ở góc 45 độ. Sử dụng ESBT, xác định Probe Index Offset cần cho chùm âm 45 độ đi qua vị trí góc dưới. Đặt đầu dò trên mẫu và di chuyển để lấy tín hiệu phản hồi từ hiệu ứng góc và xác nhận Index Offset là tương đương với giá trị lý thuyết. Nếu không đúng, đầu dò và mặt trước của nêm không có sự tương quan và không thể thực hiện kỹ thuật kiểm tra tandem một cánh đúng đắn.

Xác nhận Probe Index Offset sử dụng hiệu ứng góc.

Bước 4 – Kế hoạch kiểm tra

Sau khi đã xác nhận các tham số, cần xác định chùm âm tối ưu để phát hiện vết khắc trên mẫu chuẩn. Quá trình cần cần thực hiện và xác nhận lại nhiều lần với giá trị vận tốc đã đo được trong các bước trước.

BeamTool cũng có thể được sử dụng để xác nhận biến tử phát và biến tử thu, góc phát… của chùm âm tandem.

Phát hiện vết khắc sẽ yêu cầu bộ phát và bộ thu siêu âm độc lập (chùm âm phát sử dụng biến tử từ 1 tới 16 ở góc 45 độ SW, và tín hiệu phản hồi của vết khắc sẽ thu được sử dụng biến tử 32 tới 47 với góc 61 độ). Probe Index Offset là +1.5 mm (mũ mối hàn được mài phẳng).

Bước 5 – Xác định thời gian truyền âm

Xác nhận lại thời gian để sóng âm di hết quãng đường từ bộ phát tới vết khắc và từ vết khắc về tới bộ thu. Sử dụng các giá trị tham chiếu khi lên kế hoạch kiểm tra để xác nhận lại.

TOF = (d0 +d4) / Vwedge + (d1 + d2 + d3)/Vsteel = (13.9mm +39.5mm) /( 2.32 mm/us) + (47.4mm +35.4mm+18.4mm) /( 3.24 mm/us)

TOF (lý thuyết) = 53.6 us

Bước 6 – Luật hội tụ cho chùm âm tandem

Sử dụng Tomoview, mở một file mặc định, sau đó vào phần Advanced calculator, và chọn Static beam để lập trình luật hội tụ cho chùm âm. Trong trường hợp này, chúng ta lập trình chùm âm 45 độ phát từ biến tử 1 tới 16, sau đó chọn nút REPLACE.
Chùm âm mặc định cần được sửa đổi biến tử thu. Mở Advanced calculator, giữ nguyên các tham số ngoại trừ góc thu nhận tín hiệu ở 62 độ cũng như chỉnh biến tử nhận tín hiệu từ 32 tới 47 sau đó chọn REP REC, khi đó giá trị delay trên các biến tử thu sẽ được thay đổi.
Đặt lại giá trị độ trễ nêm (Wedge delay). Trong phần tab Probe, chọn nút Wedge delay và đánh 0 vào phần wedge delay. Điều chỉnh time base ở phần UT settings. Sau đó điều chỉnh time base for ruler (Cửa sổ pane properties).

Kiểm tra trong cửa sổ UT setting giá trị của tập biến tử phát và biến tử thu chùm âm.

Bước 7 – Thực hiện thử nghiệm

Di chuyển đầu dò dọc theo vết khắc và giữ khoảng cách probe index offset đã chọn trong BeamTool. Tín hiệu cần xuất hiện gần với thời gian lý thuyết đã tính toán trước đó. Cụ thể trong thí nghiệm này:

TOF (thực nghiệm) = 53.5 us so với TOF (lý thuyết) = 53.4 us

Tín hiệu từ vết khắc sử dụng kỹ thuật kiểm tra siêu âm tandem – TOF chênh lệch khoảng 0.1 us so với tín hiệu tính toán do vậy không cần thay đổi vị trí index offset để tối ưu hóa tín hiệu phản hồi – (So với khi sử dụng thiết bị PWZ kiểm tra API 1104 cần thay đổi biến tử để đạt được tín hiệu phản hồi tối đa khi hiệu chuẩn).

Khi di chuyển đầu dò dọc theo vết khắc, cần kiểm tra xem nếu vị trí Index offset được giữ cố định, tín hiệu phản hồi sẽ ở vị trí cực đại, nếu không, cần kiểm tra các thông số lại từ đầu.

Kết luận

Việc kiểm tra siêu âm sử dụng kỹ thuật tandem (Pitch-catch) có thể được thực hiện trên thiết bị OmniScan sử dụng đầu dò Phased Array với phần mềm TomoView. Các chi tiết cần được chú ý để tránh các sai sót vì khi kiển tra tandem, cần đảm bảo tất cả các thông số được thiết lập đúng. Special attention is required to eliminate potential errors. This document provides guideline that we hope will help you implementing new applications using Phased Array technology.

Sử dụng các tính năng mới trên phần mềm BeamTool và OmniScan MX2, việc thiết lập có thể trở nên đơn giản hơn và hoàn thành trong một buổi làm việc 3-4 tiếng.