Đường cong DGS trong đánh giá kích thước bất liên tục

Việc sử dụng các đường cong DGS là kỹ thuật hữu ích để định kích thước các gián đoạn bằng siêu âm. Nguyên tắc chính của phương pháp DGS dựa trên mối quan hệ lý thuyết giữa tín hiệu của một vật phản xạ ở một khoảng cách và biên độ cụ thể khi so sánh với một vật phản xạ đã biết.

Những đánh giá này thường được thực hiện theo hai cách:

  • Sử dụng các đường cong phản xạ DGS theo đầu dò.
  • Phần mềm tính toán DGS.

Đường cong phản xạ

Đường cong phản xạ được tạo ra bằng cách tính toán vị trí lý thuyết và biên độ của các vật phản xạ đã biết. Một kỹ thuật phổ biến là sử dụng các công thức do IN Ermolov đề xuất trong Bài báo năm 1972 của ông, “Sự phản xạ của sóng siêu âm từ các mục tiêu có hình học đơn giản”, Thử nghiệm không phá hủy 5 (1972), trang 87-91”. Các công thức này cung cấp cơ sở lý thuyết để so sánh biên độ tương đối của các vật phản xạ khác nhau tại các đường truyền của chùm âm khác nhau.

Ermolov đã đề xuất nhiều công thức cho các loại phản xạ khác nhau bao gồm vật phản xạ điểm (nhỏ hơn kích thước chùm tia), mục tiêu dài (lớn hơn chùm tia theo một hướng) và mục tiêu vô hạn (lớn hơn chùm tia theo tất cả các hướng, ví dụ Back Wall Echo).

Các đường cong được tạo ra này thường được chuẩn hóa, để có thể sử dụng nhiều loại đầu dò, tần số, kết hợp vật liệu với cùng một đường cong. Quá trình chuẩn hóa được thực hiện bằng cách sử dụng Độ dài trường gần và biên độ tính bằng Decibel làm trục chung.

Dưới đây là một ví dụ về Đường cong phản xạ chuẩn hóa được giới thiệu trong AS 2574-2000.

Hình 1: Đường cong phản xạ chuẩn hóa, AS 2574-2000

Từ biểu đồ có thể thấy rõ rằng có sự thay đổi của biên dạng đường cong phụ thuộc vào đường đi của chùm tia và đường kính phản xạ tương đương.

Trong đường cong chuẩn hóa ở Hình 1, các mối quan hệ sau đây có thể quan sát được:

Back Wall Echo (BWE)

BWE lớn hơn chùm tia, do đó mối quan hệ giữa khoảng cách và biên độ về mặt lý thuyết là tỷ lệ nghịch. Nhân đôi khoảng cách, nhận nửa biên độ phản xạ (6dB).

Bộ phản xạ lỗ đáy phẳng (FBH)

FBH nhỏ hơn chùm tia, do đó mối quan hệ giữa biên độ về mặt lý thuyết là tỷ lệ nghịch theo bình phương khoảng cách. Nhân đôi khoảng cách, nhận một phần tư biên độ phản xạ (12dB).

Phần gạch chìm đại diện cho các khu vực mà đánh giá kích thước không sử dụng được, chúng bao gồm:

  • Trường gần
  • Khi đường kính bia phản xạ tương đương lớn hơn 1.

Cũng có thể thấy rằng sự ổn định của gradient đường cong không xảy ra cho đến khoảng ba (3) độ dài trường gần. Vì lý do này, để giảm thiểu các biến thiên biên độ có thể xảy ra (dự đoán là lên đến 12 dB), các đường cong phải được sử dụng ở khoảng cách lớn hơn tối thiểu ba (3) Vùng trường gần.

Hai trường hợp sử dụng đường cong hệ số phản xạ từ AS 2574-2000 được trình bày trong Phụ lục bên dưới.

Khoảng cách – độ khuếch đại – kích thước (DGS)

Phương pháp DGS được tiến hành bằng cách sử dụng các biến cụ thể của Đầu dò / Vật liệu (Đường kính, Tần số, Vận tốc vật liệu và mức suy hao), để tạo ra một đường cong cụ thể theo các biến đó. Điều này thường được thực hiện trực tiếp trên thiết bị siêu âm khuyết tật như EPOCH 650 hay OmniScan SX UT với phần mềm có sẵn. Phần mềm cho phép đánh giá nhanh kích thước tương đương của vật phản xạ mà không cần thực hiện nhiều phép tính hoặc vẽ thủ công trên đường cong.

Tham khảo thêm hướng dẫn sử dụng thiết bị EPOCH 650 để biết cách sử dụng tính năng DGS.

Đọc thêm: Một số tiêu chuẩn định cỡ trong kiểm tra siêu âm.

Sử dụng

Việc sử dụng Đường cong phản xạ và giản đồ Kích thước – Biên độ – Khoảng cách (DGS) để định cỡ bất liên tục cần phải được thực hiện với hiểu biết rằng bất liên tục trong thực tế hiếm khi có bề mặt tương đồng theo cơ sở lý thuyết mà các phương pháp này dựa vào.

Nhiều biến số ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác bao gồm:

  • Hình dạng / cấu hình bất liên tục thực tế
  • Góc định hướng của bất liên tục
  • Đặc điểm băng thông chùm tia
  • Không có khả năng đặt chùm âm vuông góc với bất liên tục
  • Suy hao vật liệu khi sử dụng phương pháp phản xạ so sánh.

Các biến số này có thể có tác động đáng kể đến kết quả và do đó kỹ thuật này nên được giới hạn trong các ứng dụng sử dụng theo quy trình đã được phê duyệt hoặc theo các tiêu chuẩn với hạn chế của phương pháp được hiểu và thừa nhận.

Tính toán phản xạ từ chỉ thị: Lỗ đáy phẳng (FBH)

Tình huống 1

Đầu dò: Đầu dò thẳng 2MHz, đường kính 24mm, sóng nén trong thép.

Sử dụng Back Wall Echo (BWE) ở khoảng cách 500mm làm bia tham chiếu, một chỉ thị tại vị trí 300mm được phát hiện với biên độ -18dB của đường tham chiếu BWE. Kích thước Lỗ đáy phẳng (FBH) tương đương gần đúng của chỉ thị là gì?

Hình 2: Đường cong phản xạ chuẩn hóa trong Tình huống 1

Tính toán trong Tình huống 1 (Tham chiếu BWE)

Probe Diameter (mm)dc24
Probe Frequency (MHz)𝑓2
Materials Velocity (m/s)𝑣5920
   
Reference Echo TypeBWE (FBH)BWE
Reference Reflector Diameter (mm)*𝑠refN/A
Reference Reflector Beam Path (mm)𝑑ref500
   
Indication Beam Path (mm)dind300
Indication dB difference to reference𝐺-18
   
Tính toán:  
Wavelength (mm)𝜆 = V/f2.96
Near Zone (mm)Nc = dc2/4𝜆49
Reference Position Near ZonesDref = 𝑑ref / Nc10.3
Indication Position Near ZonesDind = 𝑑ind / Nc6.2
Reference Reflector Relative Size*Sind = Sref / dcN/A
Plot Both Positions on Graph Using reference position as initial point and plotting indication point after adjusting for Distance and amplificationReference Position Indication PositionReference x = 10.3 , y = – 16.5
Indication x = 6.2, y = -34.5
   
Determine Indication Relative Size from GraphSindApprox 0.25
Calculate FBH Size𝑑f = Sind * dcApprox 6mm

*Không áp dụng khi sử dụng BWE làm vật tham chiếu.

Tình huống 2

Đầu dò: Đầu dò thẳng 4HMz, đường kính 10mm, sóng nén trong thép.

Sử dụng Lỗ đáy phẳng (FBH) có đường kính 4mm ở khoảng cách 125mm làm vật tham chiếu, một chỉ thị tại 75mm được phát hiện với biên độ +14dB so với đường tham chiếu. Kích thước Lỗ đáy phẳng (FBH) tương đương gần đúng của chỉ báo thị gì?

Hình 3: Đường cong phản xạ chuẩn hóa trong Tình huống 2

Tính toán trong Tình huống 1 (Tham chiếu vật phản xạ đã biết trước)

Probe Diameter (mm)dc10
Probe Frequency (MHz)𝑓4
Materials Velocity (m/s)𝑣5920
   
Reference Echo TypeBWE (FBH)Known Reflector
Reference Reflector Diameter (mm)*𝑠ref4
Reference Reflector Beam Path (mm)𝑑ref125
   
Indication Beam Path (mm)dind75
Indication dB difference to reference𝐺+ 14
   
Calculations:  
Wavelength (mm)𝜆 = V/f1.48
Near Zone (mm)Nc = dc2/4𝜆24
Reference Position Near ZonesDref = 𝑑ref / Nc7.4
Indication Position Near ZonesDind = 𝑑ind / Nc4.4
Reference Reflector Relative Size*Sind = Sref / dc0.4
Plot Both Positions on Graph Using reference position as initial point and plotting indication point after adjusting for Distance and amplificationReference Position Indication PositionReference x = 7.4 , y = -31 Indication x = 4.4, y = -17
   
Determine Indication Relative Size from GraphSindApprox 0.55
Calculate FBH Size𝑑f = Sind * dcApprox 5.5mm

*Không áp dụng khi sử dụng BWE làm vật tham chiếu.

Trả lời