總結(jié)
必須仔細(xì)定義總聚焦方法(TFM)網(wǎng)格分辨率，以便在檢查期間提供可靠的特性描述和分級(jí)功能。使用OmniScan X3探傷儀新的振幅保真度讀數(shù)，用戶現(xiàn)在可以更容易地定義網(wǎng)格分辨率，用于代碼兼容的檢查。本應(yīng)用說(shuō)明提供了振幅保真度讀數(shù)的概要說(shuō)明。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱白皮書“TFM振幅保真度讀數(shù)”。”[1]
介紹
作為相控陣(PA)檢測(cè)技術(shù)的全聚焦法(TFM)的接受和標(biāo)準(zhǔn)化引入了操作員需要定義的新概念和參數(shù)，如TFM網(wǎng)格位置和分辨率。網(wǎng)格必須具有足夠高的分辨率，以提供可靠的缺陷檢測(cè)和特征描述，同時(shí)又不能具有很高的分辨率，否則會(huì)降低檢測(cè)效率并增加捕獲設(shè)備的內(nèi)存負(fù)擔(dān)。新的檢查規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求網(wǎng)格分辨率提供2分貝或更低的振幅保真值。振幅保真度(AF)與網(wǎng)格分辨率本身引起的分貝振幅變化相對(duì)應(yīng)。OmniScan X3探傷儀的振幅保真度讀數(shù)為用戶提供了一個(gè)理論值，該理論值可用于調(diào)整TFM網(wǎng)格分辨率設(shè)置，使其達(dá)到與代碼兼容的水平。
TFM網(wǎng)格分辨率的重要性
圖1顯示了使用脈沖回波TFM技術(shù)檢測(cè)的點(diǎn)散射體的典型整流振幅響應(yīng)。真實(shí)的散射體響應(yīng)用彩色圖表示:最大振幅值對(duì)應(yīng)于紅色區(qū)域，零振幅為白色。每個(gè)彩色橢圓對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的振幅平臺(tái)，這是由于校正，或絕對(duì)值，表示的信號(hào)。每個(gè)灰色十字代表TFM網(wǎng)格的一個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)，相鄰點(diǎn)之間的水平和垂直距離分別代表橫向和深度網(wǎng)格分辨率。虛線灰色箭頭表示聲傳播軸(即信號(hào)振蕩方向)。這樣的典型尺寸的散射體也說(shuō)明調(diào)查的中心波長(zhǎng)(λ0 = c / f0)。
圖1 -使用公共大帶寬脈沖信號(hào)的假想點(diǎn)散射體的整流振幅TFM圖像的彩色比例表示。一起顯示了聲波傳播軸近似散射體尺寸的探測(cè)波長(zhǎng)λ0中部。
振幅保真度要求定義為TFM網(wǎng)格測(cè)量的實(shí)際最大振幅(紅色區(qū)域)和最小最大振幅之間的最大振幅變化(單位為分貝)。換句話說(shuō)，振幅保真度是在TFM網(wǎng)格以非常細(xì)微的增量向各個(gè)方向移動(dòng)的情況下，測(cè)量到的最大峰值的振幅變化。因此，可以通過(guò)移動(dòng)TFM網(wǎng)格并在以檢測(cè)到的缺陷為中心的區(qū)域記錄最大振幅，從而對(duì)振幅變化進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)測(cè)量。在某些位置，真正的最大值將直接位于TFM網(wǎng)格評(píng)估點(diǎn)(產(chǎn)生Amax)上，而在其他時(shí)候，它將直接位于兩個(gè)評(píng)估點(diǎn)(產(chǎn)生Amin)的中間。用于計(jì)算振幅保真度的方程如下所示。
AF = -20 log10?(Amin / Amax )
雖然振幅保真度的經(jīng)驗(yàn)測(cè)量是可行的，但有一定的挑戰(zhàn)性。因此，本文提出了一種利用簡(jiǎn)單聲學(xué)模型的理論方法。
OmniScan X3型探傷儀的AF讀出理論基礎(chǔ)
OmniScan X3探傷儀的振幅保真度讀數(shù)(AF)是基于高斯波形的，通常在無(wú)損檢測(cè)聲學(xué)成像技術(shù)中發(fā)現(xiàn)。這種波形的一個(gè)例子以其復(fù)雜的形式表示在圖2中，其中黑色的平原曲線表示沿聲傳播軸的典型脈沖回波信號(hào)(參見圖1)。
利用這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，可以計(jì)算出探測(cè)器頻率、樣品聲速和網(wǎng)格分辨率定義函數(shù)的理論振幅變化。該讀數(shù)提供了一個(gè)保守值，因?yàn)樗豢紤]了聲傳播方向的振幅變化。經(jīng)驗(yàn)振幅保真度總是較低，由于散射回波的寬度(沿法線到聲傳播軸)。
圖2 -高斯波形的表示。傳播軸(軸)表示相對(duì)于探測(cè)器的中心頻率波長(zhǎng)(λ0)。
自從TFM信號(hào)整流(絕對(duì)值),下列方程對(duì)應(yīng)于一個(gè)糾正高斯波形,其中ρ表示沿傳播距離軸,c中的聲速檢驗(yàn)部分,σ是探頭帶寬之間的關(guān)系BW和中央角頻率ω0,、k0對(duì)應(yīng)頻率波數(shù)。波數(shù)k0和帶寬術(shù)語(yǔ)σ計(jì)算使用以下方程。
g(ρ) = | e(-ρ2 / (2c2 σ2)) cos?(k0ρ) |
k0 = ω0 / c
σ= √(8 ln?2 ) / (BW ω0 )
最壞的情況,最小振幅峰值兩邊,距離對(duì)應(yīng)于網(wǎng)格對(duì)角線的一半長(zhǎng)度Δd,這是獲得使用索引軸網(wǎng)格分辨率Δx和深度軸網(wǎng)格分辨率Δz。
Δd = +√(Δx2 + Δz2 )
因此，振幅逼真度AF可以用下面的方程來(lái)計(jì)算
AF = -20 log10? (g(ρ = Δd / 2) )
實(shí)證驗(yàn)證
使用的理論模型與來(lái)自兩種不同設(shè)置(使用剪切波的接觸探頭和角度探頭)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，總共有四個(gè)側(cè)鉆孔(SDHs)。實(shí)證測(cè)量振幅保真度值通過(guò)計(jì)算TFM網(wǎng)格在不同網(wǎng)格決議,從λ0 / 20λ0 / 3,然后在各個(gè)方向移動(dòng)網(wǎng)格通過(guò)輕微的距離測(cè)量最小(Amin)和最高(Amax)最大值。
下圖是理論振幅保真值(普通曲線)與經(jīng)驗(yàn)測(cè)量值(虛線曲線)的比較。為了說(shuō)明在最壞情況下的必要性，在使用網(wǎng)格分辨率沿x軸和z軸(藍(lán)色曲線)和使用對(duì)角線分辨率(橙色曲線)時(shí)，計(jì)算了理論振幅保真值。
圖3 -兩個(gè)TFM用例的實(shí)驗(yàn)和理論振幅保真度測(cè)量比較。在左邊:聯(lián)系用例(L-L模式)。在右邊:斜角楔用例(T-T模式)。紅色虛線表示2 dB代碼需求。
比較表明，OmniScan X3型探傷儀計(jì)算的振幅保真度提供了保守值，有助于確保滿足檢查要求(例如，ASME的新TFM強(qiáng)制附錄)。它還表明一個(gè)振幅保真度的價(jià)值獲得2 dBλ0 / 7的決議,這是接近最糟糕的經(jīng)驗(yàn)案例λ0 / 6。
結(jié)論
TFM網(wǎng)格分辨率是檢測(cè)前需要定義的一個(gè)重要參數(shù)。規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在要求用戶定義一個(gè)允許2 dB或更低的振幅保真值的網(wǎng)格分辨率。OmniScan X3探傷儀的振幅保真度讀數(shù)為操作者提供了一個(gè)理論上的安全值。