Kỹ thuật hình ảnh kết hợp pha PCI là gì và 5 ưu điểm của PCI

Với việc phát hành phần mềm MXU 5.10, thiết bị siêu âm khuyết tật OmniScan™ X3 64 được bổ sung một kỹ thuật kiểm tra siêu âm tiên tiến mới: hình ảnh kết hợp pha (PCI). Ngay sau khi thiết bị OmniScan X3 64 được cập nhật, bạn có thể bắt đầu tận hưởng những lợi ích của PCI để có được hình ảnh theo phương pháp lấy nét tổng thể (TFM) với độ rõ nét và độ nhạy chưa từng có đối với các khuyết tật nhỏ.

Giới thiệu về PCI

Hình ảnh kết hợp pha (PCI) là một kỹ thuật kiểm tra siêu âm tiên tiến mới tạo ra hình ảnh theo phương pháp lấy nét tổng thể (TFM) với độ rõ nét và độ nhạy cao đối với các khuyết tật nhỏ. Không giống như các công nghệ kiểm tra siêu âm (UT) khác — bao gồm siêu âm mảng pha thông thường (PAUT) — quá trình xử lý tín hiệu của PCI không xem xét biên độ khi tạo hình ảnh TFM. Việc xử lý tín hiệu của kỹ thuật PCI hoàn toàn dựa trên thông tin pha của các dữ liệu A-Scan cơ bản được sử dụng để tạo ra hình ảnh TFM. Cách tiếp cận không có biên độ này giúp nâng cao khả năng hiển thị và mô tả đặc tính đối với một số khuyết tật khó phát hiện nhất nếu sử dụng các kỹ thuật siêu âm thông thường.

Ví dụ, so sánh hình ảnh TFM của các hưu hại vật liệu trong Hình 1 với hình ảnh chế độ PCI của cùng vị trí trong Hình 2 . Nhiễu nền và phản xạ của thành sau trong hình ảnh TFM dựa trên biên độ (nền màu xanh) che khuất các hư hại có thể thấy rõ trong hình ảnh của chế độ PCI (nền màu xám).

Cách thức hoạt động của PCI

• Đầu tiên, ảnh A-scan thu được sẽ được chuẩn hóa.
• Sau đó, sự phân bố pha của mỗi A-scan được so sánh với từng vị trí trong vùng TFM.
• Đối với một vị trí nhất định, mức độ kết hợp giữa các A-Scan càng cao thì phản hồi tín hiệu cho vị trí đó càng mạnh (tối đa là 100%).
• Sự phản xạ và nhiễu xạ từ các khuyết tật dẫn đến phản hồi mạch lạc và rõ ràng so với phản hồi không mạch lạc của tín hiệu thu được từ nhiễu nền tần số cao. Điều này làm cho việc xác định các khuyết tật trở nên rất dễ dàng, đặc biệt đối với các khuyết tật nhỏ trong vật liệu nhiều nhiễu hoặc suy giảm mạnh.

So sách cách thức hoạt động của PCI với các kỹ thuật siêu âm khác

PCI là một kỹ thuật không biên độ. Quá trình xử lý tín hiệu hoàn toàn dựa trên thông tin pha của các dữ liệu A-Scan cơ bản được sử dụng để tạo ra hình ảnh TFM.

Cách thức hoạt động của PCI như sau:

• Đầu tiên, các dữ liệu A-Scan thu được được chuẩn hóa.
• Sau đó, phân bố pha của mỗi A-Scan được so sánh cho từng vị trí trong vùng TFM.
• Đối với mỗi vị trí, mức độ nhất quán giữa các dữ liệu A-Scan càng cao thì phản hồi tín hiệu cho vị trí đó càng mạnh (với mức tối đa là 100%).
• Phản xạ và nhiễu xạ từ các khuyết tật sẽ mang lại một tín hiệu phản hồi nhất quán, so với phản hồi không nhất quán của tín hiệu thu được do nhiễu nền tần số cao. Điều này làm cho việc xác định các khuyết tật rất dễ dàng, đặc biệt là đối với các khuyết tật nhỏ trong vật liệu nhiễu hoặc suy giảm âm cao.

Trong thử nghiệm của chúng tôi, PCI đã được chứng minh là mang lại kết quả xuất sắc cho nhiều trường hợp sử dụng, cũng như cải thiện kết quả cho các ứng dụng phổ biến như kiểm tra mối hàn. Dưới đây là 5 ưu điểm khiến kỹ thuật kiểm tra mới này trở nên mạnh mẽ.

1 Hình ảnh 2D trực tiếp sử dụng thông tin pha tín hiệu

Người dùng kiểm tra siêu âm (UT) có thể quen với việc khai thác thông tin pha tín hiệu để xác định và định cỡ các khuyết tật khi sử dụng các kỹ thuật như nhiễu xạ thời gian bay (TOFD). Các kỹ thuật như vậy rất nhạy và dễ dàng xác định các khuyết tật rất nhỏ hoặc theo hướng có phản ứng kém với kỹ thuật mảng pha (PA).

Tuy nhiên, cần lưu ý TOFD có hai nhược điểm chính:

• Không thể xác định được khiếm khuyết theo trục Index nếu không quét nhiều vị trí theo trục Index.
• Vẫn sử dụng biên độ để xác định trực quan các thay đổi pha đối với các tín hiệu từ khuyết tật.

PCI là một kỹ thuật mạnh mẽ để xác định các khuyết tật định hướng kém hoặc rất nhỏ, chẳng hạn như nứt do tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA), nhưng nó không bị các giới hạn như kỹ thuật TOFD. Vì TFM thu thập dữ liệu thể tích, các khuyết tật có thể được định vị và định kích thước theo mọi hướng. Hình ảnh cuối cùng sử dụng chế độ PCI cũng hoàn toàn không phụ thuộc vào biên độ.

Điều này làm cho việc phân tích dễ dàng hơn vì nó loại bỏ yêu cầu phải quét từ nhiều vị trí Index khác nhau. Hơn nữa, vì PCI trên OmniScan X3 64 tạo ra hình ảnh trực tiếp ngay khi quét, nên nó không yêu cầu xử lý toàn bộ dữ liệu thô sau thu thập.

2 Không thể làm bão hòa tín hiệu

Một trong những thách thức với các kỹ thuật dựa trên biên độ là độ bão hòa tín hiệu. Mặc dù đã hiệu chuẩn và điều chỉnh độ lợi trong quá trình thiết lập, vẫn có thể có một số tín hiệu phản xạ làm bão hòa tín hiệu. Có thể là do kích thước, kiểu hoặc hướng của khuyết tật khi so với lỗ khoan cạnh (SDH) trong khối hiệu chuẩn hoặc một bia phản xạ đã biết khác.

Vì PCI dựa trên tính nhất quán của phương sai thống kê trong pha của mỗi dữ liệu A-Scan sơ cấp, nên mức độ nhất quán giữa tất cả các A-Scan không thể vượt quá 100%. Ngay cả khi tín hiệu của các A-Scan sơ cấp bị bão hòa, cũng sẽ không ảnh hưởng đến dữ liệu PCI cuối cùng vì chỉ thông tin pha được xem xét và sử dụng.

Không bão hòa tín hiệu giúp việc chuẩn bị kiểm tra trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn vì chất lượng quét ít nhạy hơn với thay đổi cấu hình. Sau khi các bộ sóng được chọn và điện áp được đặt thành 160 Vpp (điện áp từ đỉnh đến đỉnh), mọi thứ sẽ diễn ra tốt đẹp.

3 Không cần điều chỉnh Gain cho một phản xạ đã biết

PCI là một kỹ thuật hoàn toàn không có biên độ. Điều này có nghĩa là bước thiết lập khi sử dụng một bộ phản xạ đã biết trong khối hiệu chuẩn để điều chỉnh độ nhạy là không cần thiết. Khi bạn chọn chế độ “Tính ổn định theo pha” trong thông số thiết lập OmniScan X3 64, bạn sẽ thấy rằng việc điều chỉnh độ nhạy bị chặn vì biên độ không được xem xét trong dữ liệu PCI cuối cùng.

Với việc loại bỏ nhu cầu điều chỉnh độ nhạy, thời gian và nỗ lực cần thiết để tạo ra một thiết lập cung cấp hình ảnh chất lượng cao được giảm đáng kể. Việc điều chỉnh lại giữa các lần quét dựa trên loại bia phản xạ cũng không còn cần thiết nữa, giảm nhu cầu quét TFM lặp lại để đảm bảo rằng dữ liệu là hợp lệ.

Độ chính xác về kích thước của thiết lập PCI vẫn có thể được xác nhận, nhưng với một mẫu vết khắc. Bằng cách sử dụng đỉnh của phản ứng nhiễu xạ từ đỉnh vết khắc, chiều cao khuyết tật có thể được đo bằng con trỏ.

4 Kết quả nhất quán hơn và định cỡ dễ dàng hơn

Vì thiết lập PCI dễ dàng hơn và nhanh hơn với ít tham số hơn khi cấu hình, kỹ thuật này cho phép sự nhất quán tốt hơn giữa các lần kiểm tra và người kiểm tra khác nhau. Vì không thể bão hòa tín hiệu trong quá trình quét và vì độ nhạy không ảnh hưởng đến tín hiệu, nên có ít thao tác hơn có thể thay đổi kết quả trong quá trình phân tích.

Để xác định kích thước của một khuyết tật, người kiểm tra chỉ cần tìm các “điểm nóng” của các tín hiệu nhiễu xạ từ đỉnh nhọn và đặt con trỏ vào mức tối đa của các điểm nóng này. Kết quả đo từ con trỏ cung cấp kích thước của khuyết tật và không cần thực hiện điều chỉnh độ nhạy mỗi lần định cỡ.

Nếu cùng một đầu dò được sử dụng, kích thước khuyết tật sẽ không đổi giữa các lần quét.

5 Yêu cầu ít nhóm quét (group) hơn

Công cụ Bản đồ ảnh hưởng âm học (AIM) trong kế hoạch quét vẫn được sử dụng với PCI. Ưu điểm của PCI so với TFM thông thường là các thay đổi trong biên độ tín hiệu được hiển thị bởi AIM là không liên quan. Trong khi AIM cho thấy sự phân bố biên độ tín hiệu trong vật liệu, PCI sẽ có kết quả tốt, ngay cả khi biên độ trả về thấp.

Đây là một tác dụng phụ của bản chất không có biên độ của PCI. Hình ảnh kết hợp có thể được đánh giá ngay cả khi biên độ yếu vì tín hiệu được chuẩn hóa khi đánh giá pha tín hiệu. Quan trọng hơn nữa, vị trí của một khiếm khuyết trong vùng TFM sẽ ít ảnh hưởng đến tính nhất quán của tín hiệu đó do biên độ.

Các tín hiệu nhiễu xạ thường có thể bị mất đi trong nhiễu nền khi sử dụng TFM thông thường hoặc khi sử dụng Phased Array. Nhưng PCI làm nổi bật những tín hiệu nhiễu xạ này, làm cho chúng nổi bật ngay cả khi chúng không thể hiện rõ với TFM hoặc PA thông thường.

Tất cả các yếu tố này dẫn đến việc cần ít nhóm quét hơn cho cùng một vùng phủ sóng.

Bởi vì PCI không phải là một kỹ thuật dựa trên biên độ, bạn cần phải thay đổi cách tiếp cận khi chọn các thông số cấu hình và thiết lập của mình. Nó khác với các phương pháp UT khác mà bạn có thể quen sử dụng. Đọc thêm tài liệu hướng dẫn Làm quen với Hình ảnh kết hợp pha (PCI) để biết các phương pháp hay nhất hoặc liên hệ với VISCO để lên lịch demo PCI sớm nhất.