So sánh các công nghệ PAUT, PWI, PCI và TFM

Là một giải pháp đa công nghệ, linh hoạt, mọi mẫu máy siêu âm khuyết tật OmniScan X4™ đều được trang bị đầy đủ mọi kỹ thuật kiểm tra siêu âm (UT):

• UT thông thường
• Kiểm tra siêu âm mảng pha (PAUT)
• Nhiễu xạ thời gian bay (TOFD)
• Phương pháp hội tụ toàn phần (TFM)
• Hình ảnh đồng pha (PCI)
• Hình ảnh sóng phẳng (PWI)
• TFM/PCI chia màn hình

Sự kết hợp giữa các khả năng dựng ảnh tiên tiến và giao diện dễ sử dụng cho phép người dùng OmniScan X4 ở mọi cấp độ thực hiện kiểm tra mối hàn và các mẫu kiểm nhanh chóng và đáng tin cậy.

Các cơ sở hạ tầng cũ kỹ của chúng ta có thể bị ảnh hưởng bởi các cơ chế hư hỏng phức tạp như tấn công hydro nhiệt độ cao (HTHA), nứt do hydro sunfua (H2S) và hư hỏng do biến dạng. Những khuyết tật này đặc biệt khó phát hiện chỉ với UT hoặc PA thông thường vì những hạn chế cố hữu liên quan đến chùm âm và hình dạng, kích thước và góc tiếp cận tới khuyết tật. Có thể khai thác các kỹ thuật và công cụ mới để phân biệt các khuyết tật mà phương pháp truyền thống khó thực hiện một cách chính xác là một lợi thế.

Nhưng kỹ thuật nào là phù hợp nhất cho loại khuyết tật nào? FMC, TFM, PCI và PWI là những kỹ thuật tương đối mới trên thị trường NDT — ngay cả những người kiểm tra siêu âm mảng pha có kinh nghiệm cũng có thể không quen thuộc với một số công nghệ siêu âm mới này. Thay vì nói rõ về từng phương pháp, chúng tôi quyết định cho bạn thấy một cách trực quan. Để cố gắng giúp làm sáng tỏ sự khác nhau giữa TFM, PCI và PWI, chúng tôi đã thực hiện một số thí nghiệm hình ảnh trên các mẫu chuẩn có khuyết tật hàn điển hình như thiếu ngấu chân (LORP) và hư hại do HTHA.

Sự khác biệt giữa TFM, PCI và PWI là gì?

Trước khi xem xét các so sánh hình ảnh chi tiết, tôi sẽ tóm tắt lại cách thức hoạt động chung của từng kỹ thuật dựng hình ảnh:

FMC: Quá trình phát-thu tuần tự được thiết kế để thu thập một tập hợp dữ liệu dạng sóng từ một đầu dò mảng pha đơn (PA). Chuỗi này bao gồm việc phát xung một biến tử tại một thời điểm trong khi nhận dữ liệu trên tất cả các biến tử còn lại. Quá trình này được lặp lại cho đến khi từng biến tử trong mảng được phát và thu dữ liệu về.
PWI: Quá trình phát-thu nhận được khối lượng dữ liệu dạng sóng giảm so với FMC. Trong phương pháp này, các khẩu độ nhiều biến tử được phát và tín hiệu được nhận trên tất cả các biến tử. Quá trình này được lặp lại cho đến khi tất cả các chùm tia do người dùng xác định được thu thập.
TFM: Dữ liệu thu thập được từ mỗi tổ hợp phát-thu, dù sử dụng FMC hay PWI, đều được xử lý bằng thuật toán trễ-cộng-tổng để tạo ra hình ảnh “tập trung ở mọi nơi”. Định hình chùm tia tổng hợp được áp dụng trong cả truyền và nhận bằng cách tổng hợp tất cả các tổ hợp dữ liệu truyền và nhận cơ bản (A-scan) thu được.
Xem video của chúng tôi về các nguyên tắc cơ bản của TFM.

PCI: Một biến thể không biên độ của TFM, hình ảnh đồng nhất pha sử dụng dữ liệu FMC nhưng chỉ thông tin pha được bảo toàn và biên độ bị loại bỏ. Sau đó, hình ảnh được tạo ra dựa trên mức độ đồng nhất pha giữa các dữ liệu quét A, thay vì các biên độ tín hiệu được tổng hợp. Đồng nhất pha được đánh giá bằng cách phân tích phân phối tần số của các lần quét A.

So sánh kiểm tra mối hàn: PAUT so với FMC và PWI

Trong lần so sánh đầu tiên, tôi đã tạo ra hình ảnh bằng cách sử dụng ba kỹ thuật khác nhau với các thông số sau:

• PAUT: Quét hợp nhất từ 40° đến 70° với bước góc 0,5°
• FMC sử dụng TFM và PCI: chế độ TT với vùng có độ dày gấp đôi (FMC cấu hình lược bớt dữ liệu)
• PWI sử dụng TFM và PCI: Chế độ TT với vùng có độ dày gấp đôi (góc 40° đến 70° với các bước góc thay đổi)

Dữ liệu biên độ

Để so sánh dữ liệu biên độ PAUT, FMC và PWI, các tham số quét tối ưu đã được sử dụng: FMC “lược bớt” và bước góc 1° cho PWI. Đối với lần so sánh này, tín hiệu thiếu ngấu chân (LORP) đã được chuẩn hóa thành 80%.

Chúng ta thấy rằng các tín hiệu khá tương đồng giữa các công nghệ khác nhau. PWI cho thấy xung phản xạ không mong muốn ngoài vùng kiểm tra (khoanh tròn màu đỏ). PWI cho phép tốc độ quét gấp khoảng hai lần so với FMC. Tuy nhiên, kết quả PAUT rất tốt và tốc độ kiểm tra lại nhanh hơn đáng kể.

Dữ liệu pha

Sử dụng bảng màu PCI mặc định, PWI/PCI trả về tín hiệu yếu hơn đáng kể so với FMC/PCI. Tuy nhiên, khi bảng màu được điều chỉnh (phóng to), PWI/PCI hiển thị tín hiệu nhiễu hơn và cũng cho thấy tất cả các khía cạnh của chỉ thị vẫn được phát hiện.

Chúng ta thấy rằng trong khi PWI cho phép tốc độ quét nhanh hơn thì lại có sự đánh đổi đáng kể về chất lượng tín hiệu khi chất lượng giảm dần khi tốc độ tăng.

Biên độ: Lược bớt dữ liệu

Đối với bộ ảnh tiếp theo, tôi đã sử dụng cài đặt lược dữ liệu “Sparse 1/2”. Điều này ảnh hưởng đến mức độ nhiễu của các khuyết tật: với LORP, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) tăng từ 30,8 dB lên 29,4 dB; và đối với vết nứt chân, SNR tăng từ 25,6 dB lên 23,1 dB.

Ở đây chúng ta thấy rằng tốc độ quét khi sử dụng Sparse 1/2 tương đương với PWI với bước góc 1° và không phải chịu các nhược điểm tín hiệu không mong muốn.

Biên độ: Góc PWI giới hạn

Khi so sánh, chúng ta thấy chất lượng tín hiệu giảm nhanh khi bước góc PWI tăng lên.

So sánh kiểm tra HTHA: PAUT so với FMC và PWI

Trong phần so sánh kỹ thuật thứ hai, chúng ta sẽ xem xét các hình ảnh kiểm tra được tạo bằng ba kỹ thuật và thông số khác nhau:

• PAUT: Quét tuyến tính 0° sử dụng khẩu độ 40 biến tử
• TFM và PCI sử dụng FMC: chế độ LL (ma trận đầy đủ và cấu hình lược bớt dữ liệu)
• TFM và PCI sử dụng PWI: chế độ LL (góc −20° đến +20° với các bước góc thay đổi)

Cấu hình thử nghiệm thứ hai là khối mẫu có nứt HTHA nhân tạo dày 47mm. Các thử nghiệm được tiến hành bằng đầu dò 10L64 A32 ở chế độ tiếp xúc.

Dữ liệu biên độ

Để so sánh dữ liệu biên độ PAUT, FMC và PWI, các tham số quét sau đã được sử dụng: FMC “dữ liệu đầy đủ” và bước góc 1° cho PWI.

Trong quá trình so sánh này, tín hiệu riêng biệt ở khoảng cách quét 127 mm đã được chuẩn hóa thành 100%.

Chúng ta thấy rằng PAUT cho phép tốc độ quét nhanh hơn nhiều, nhưng tín hiệu không có các thông tin chúng ta có thể nhận được với FMC và PWI. HTHA là một ứng dụng mà các công nghệ mới tỏa sáng. PWI trả về nhiều thông tin hơn FMC và không tạo ra các tín hiệu ở góc dưới cùng và có tín hiệu xung đáy yếu hơn.

Dữ liệu pha

Sử dụng bảng màu PCI mặc định, PWI/PCI trả về tín hiệu yếu hơn FMC/PCI. Tuy nhiên, khi bảng màu được điều chỉnh (phóng to), PWI/PCI bắt đầu hiển thị nhiều chi tiết hơn về hư hỏng HTHA.

Chúng ta thấy rằng PWI cũng cho phép tốc độ quét tốt hơn.

Pha: lược bớt dữ liệu

Do bản chất thống kê của PCI, việc phát ở chế độ lược bớt dữ liệu thường không được khuyến khích. Tuy nhiên, nó không ảnh hưởng đến tín hiệu trong cấu hình này. Tốc độ quét khi sử dụng chế độ lược bớt 1/2 dữ liệu tốt hơn PWI với bước góc 1°.

Dữ liệu pha: Góc PWI giới hạn

Sự suy giảm tín hiệu tương tự xảy ra với TFM cũng xảy ra với PCI.

Kết luận

Những so sánh về các kỹ thuật dựng ảnh siêu âm PAUT, FMC, PWI kiểm tra mối hàn và kiểm tra HTHA đã đưa ra những kết luận sau:

Kiểm tra mối hàn chữ V 25,4 mm

PAUT rất xuất sắc—nó cung cấp kết quả tương đương với FMC-TFM và PWI-TFM nhưng có tốc độ kiểm tra cao hơn đáng kể.

Kiểm tra HTHA bằng đầu dò 10L64-A32 tiếp xúc

PWI vượt trội hơn PAUT và FMC, cho dù sử dụng công nghệ TFM hay PCI. Mặc dù tốc độ quét chậm hơn so với PAUT, PWI vẫn tăng khả năng phát hiện.

Lưu ý: Để duy trì tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) tốt, cần có bước góc nhỏ hoặc số lượng chùm tia PWI cao.

Cho dù bạn đang sử dụng phương pháp quét tự động, bán tự động hay thủ công, máy dò khuyết tật OmniScan X4 đều hỗ trợ tất cả các kỹ thuật UT đã đề cập ở trên. Trong một số trường hợp, bạn có thể kết hợp nhiều kỹ thuật như PCI và TFM trong cùng một lần kiểm tra (twin TFM/PCI) để cải thiện khả năng phát hiện và giúp xác định và định cỡ các chỉ thị dễ dàng hơn.

Nếu bạn muốn biết thêm chi tiết, hãy liên hệ với VISCO.