Một số khía cạnh liên quan cần được xem xét khi kiểm tra TOFD mối hàn đối đầu ống HDPE. Ảnh hưởng của một số tham số liên quan như PCS, nhiễu, tần số, mối quan hệ biên độ của xung và việc cần thiết sử dụng nêm nước.
Một số tiêu chuẩn liên quan đến kiểm tra ống HDPE
ASTM D2657-07 – Standard Practice for Heat Fusion Joining of Polyolefin Pipe and Fittings
Tham khảo: Carlos Correia [email protected], Grupo Endalloy, www.endalloy.net
Sự tương quan giữa chỉ thị khuyết tật và xung đáy
Cũng cần quan sát xem liệu các thay đổi từ tín hiệu phản xạ xung mặt đáy có đồng nhất với các thay đổi ở vùng trên của hình ảnh hay không, đây có thể là đỉnh trên của bất liên tục nối với ID. Nếu hình ảnh không được phân tích cẩn thận, các đỉnh của bất liên tục có thể được hiểu là các chỉ thị riêng lẻ như trên Hình 16. Kỹ thuật UT bổ sung là PAUT hay TFM có thể giúp đưa ra nhiều thông tin hơn trong trường hợp này. Để tăng POD, Phased Array có thể được áp dụng với các nêm nước và sóng dọc.
Xử lý hình ảnh thường được áp dụng trên hình ảnh TOFD. Hình 17 cho thấy các kỹ thuật phổ biến nhất được áp dụng để nâng cao khả năng quan sát các chỉ thị.
Xử lý hình ảnh cần được áp dụng cẩn thận. Có thể xóa một phần thông tin thực tế đến từ các bất liên tục thực khi sử dụng các thuật toán như Loại bỏ sóng bề mặt. Các chỉ thị ở vùng gần bề mặt có thể vô tình bị xóa hoặc bị suy giảm mạnh trong quá trình này.
Khoảng cách đầu dò (PCS) trong kiểm tra TOFD
Hầu hết các tiêu chuẩn yêu cầu các biến tối thiểu được xem xét trong quá trình phát triển quy trình kiểm tra TOFD. ASME BPVC 2015 Mục V Điều 4, yêu cầu các thông số của bảng T-421 và các thông số khác được trình bày trong Bảng III-422 và Bảng X-421 liên quan đến khía cạnh kiểm tra cụ thể như nhà sản xuất thiết bị và model máy, phần mềm được sử dụng, phương pháp định cỡ, phạm vị quét, v.v.
Một trong những điểm quan trọng liên quan đến quy trình kiểm tra TOFD là việc lựa chọn khoảng cách đầu dò (PCS). Trong kiểm tra TOFD, PCS được tính toán tương quan với giao điểm tia khúc xạ chùm âm (như trong Hình 1):
Khi độ dày của vật liệu cần kiểm tra tăng lên, các thiết lập bổ sung phải được cân nhắc. ASME BPVC 2015 Section V Article 4 Appendix O trình bày các thiết lập được khuyến nghị cũng như các giá trị “d” dưới dạng hàm của độ dày vật liệu.
Cần hiểu rằng khuyến nghị của tiêu chuẩn về vị trí hội tụ đã được đưa ra dựa trên các thông số trên vật liệu thép. Một cách tiếp cận phổ biến đối với thép, đối với độ dày ( T ) nhỏ hơn 50 mm, khuyến nghị d = 2/3 T (T là độ dày vật liệu). Đối với HDPE và độ dày dưới 50 mm, bằng các thực nghiệm có thể thấy thấy d = 4/5 T có thể cho kết quả tốt hơn, cả với các bất liên tục gần mặt trên ống. Tình huống được thể hiện trong Hình 2. Trong quá trình kiểm tra mối hàn HDPE, có thể cần thực hiện một số thử nghiệm để lựa chọn giá trị d tốt nhất để có PCS tối ưu.
Nêm nước được chế tạo giống nêm thông thường nhưng có lỗ hình trụ chứa đầy nước (hoặc chất lỏng khác) cùng các lỗ dẫn tiện lợi trong quá trình quét. Nêm nước là một lựa chọn cần thiết vì sự suy giảm của sóng âm trong nước thấp hơn đáng kể so với sự suy giảm trong các vật liệu nhựa thông thường khác được sử dụng cho nêm (bao gồm cả Rexolite®). Việc sử dụng nêm nước làm tăng SNR, giảm suy hao và phân tán tần số liên quan đến vật liệu nêm thông thường như có thể thấy trong Bảng 1.
Nêm nước với bề mặt Teflon cho thấy hiệu suất tuyệt vời trên các vật liệu HDPE. Hình 3 giới thiệu một số nêm đường dẫn nước của Olympus®.
Nêm đường dẫn nước cũng làm giảm vấn đề thất thoát năng lượng do diện tích tiếp xúc và bề mặt tiếp xúc kém. Vòng đệm với mặt Teflon tránh rò rỉ nước nhanh, giảm lượng nước cần thiết trong quá trình thử nghiệm. Sóng ngang không thể lan truyền trong môi trường nước giúp giảm nhiễu có thể xảy ra và các sóng không mong muốn bên trong vật liệu nêm.
Việc sử dụng nước được cung cấp liên tục để kiểm tra mang lại những tác động tích cực liên quan đến việc ổn định nhiệt độ vật liệu để kiểm tra. Thay đổi nhiệt độ tạo ra các thay đổi vận tốc. Thay đổi vị trí sóng do thay đổi vận tốc là hiện tượng phổ biến trong quá trình kiểm tra ống HDPE ngoài hiện trường khi quét qua các khu vực có nhiệt độ khác nhau do tiếp xúc với ánh nắng mặt trời.
Hình ảnh A-Scan kiểm tra TOFD ống HDPE được trình bày trong Hình 4, A-Scan được thu được bằng cách sử dụng đầu dò PCS=113 mm, đường kính 6 mm 2,25 MHz và sóng dọc khúc xạ 60 độ trong HDPE dày 49 mm với nêm nước. Bạn có thể xem Sơ đồ quét trong Hình 5. Thiết bị có thể được sử dụng là OmniScan MX2 hoặc OmniScan X3.
Một trong những yêu cầu của ASME BPVC Sec. V, Mục. 4, Ứng dụng III (2015) là biên độ nhiễu không được vượt quá 10% FSH, phạm vi nhiễu được chấp nhận là khoảng 5-10 FSH. Hình 6 cho thấy rằng biên độ nhiễu dưới 8% FSH, trong trường hợp xấu nhất là SNR>9:1 (hoặc 19 dB).
SNR thấp giúp hình ảnh TOFD D-Scan rõ ràng, như có thể thấy trong Hình 7.
SNR cao, giúp phân tích các mối quan hệ pha trong tín hiệu hình ảnh và giúp phân biệt các đỉnh tip của bất liên tục (đầu trên hoặc đầu dưới) cho mục đích định cỡ.
Hình 8 trình bày hình ảnh B-Scan trong đó có thể nhìn thấy rõ rãnh khía ở giữa. A-Scan bao gồm sóng bên và tín hiệu nhiễu xạ từ đỉnh khuyết tật. Có thể quan sát thấy quy luật của mối quan hệ nghịch pha được thỏa mãn bởi hai xung. Sóng mặt bắt đầu với “xung âm đầu tiên” trong khi xung chỉ thị bắt đầu với một xung dương. Xung phản xạ mặt đáy (bị suy giảm mạnh ở các vị trí có bất liên tục ăn với ID) đang ngược pha với mặt như lý thuyết đã dự đoán.
Bản chất phân tán của HDPE làm cho tần số cực đại của sóng mặt LW kém hơn đáng kể so với tần số cực đại của đầu dò nhưng cao hơn tần số cực đại của xung phản xạ mặt đáy BW. Thực tế này hoàn toàn khác với việc kiểm tra thép bằng nêm Rexolite™. Sóng LW trên thép thường có thành phần tần số kém hơn rõ rệt so với xung phản xạ của BW. Tần số của LW và BW lần lượt được trình bày trong Hình 9 và Hình 10.
Sóng chuyển đổi nằm sau BW trong HDPE thể hiện biên độ rất thấp, thậm chí thấp hơn sóng mặt LW. Sóng mặt bị suy giảm mạnh trong HDPE, cũng góp phần làm sóng chuyển đổi có biên độ thấp trong HDPE. Trong các ống có độ dày lớn, xung phản xạ sóng chuyển đổi có thể không quan sát được. Hình 11 cho thấy biên độ sóng chuyển đổi sau BW so với sóng LW.
Do vùng chuyển đổi dạng sóng không có thông tin hữu ích (khác với vật liệu thép), phạm vi có thể được chọn chỉ hiển thị sóng LW và BW với khoảng cách từ 1 đến 3 µs trước sóng LW và toàn bộ sóng của BW. Trong hầu hết các trường hợp, bất liên tục của mối hàn HDPE nằm trong mặt phẳng thẳng đứng giữa hai đầu dò và không có khuyết tật nào nằm ngoài vùng hàn, do đó, trong mọi trường hợp, thông tin sóng chuyển đổi dạng sóng không cần thiết như trong trong vật liệu thép.
Như trong tất cả các ứng dụng TOFD, một vùng dead zone gần bề mặt có thể là vấn đề cần lưu tâm. HDPE cũng có nhược điểm tương tự. Một cách tiếp cận để ước tính vùng chết bề mặt trên (Ds) có thể được tính bằng phương trình sau:
Với C khoảng 2400m/s, S=56.5mm, tp = 1.7µs, vùng chết ở mặt trên Ds ≅ 15 mm.
Với tw = 62 µs (đo được trên A-Scan), vùng chết gần mặt đáy dự kiến:
Hình 12 cho thấy rằng có thể nhìn thấy đầu trên của chiều cao rãnh khía 75% ở gần với vùng chết trên thực tế (mặc dù đầu rãnh khía nằm trong vùng chết lý thuyết là 3 mm), các cung nhiễu xạ có thể hỗ trợ giải đoán và xác nhận khuyết tật.
Hình 13 cho thấy con trỏ ở 15 mm, vùng chết tính toán theo lý thuyết ở 12 mm ( vị trí 3 mm trong vùng chết).
Các tính toán vùng chết lý thuyết có vẻ không áp dụng được trong trường hợp này. Cách tiếp cận tốt hơn là sử dụng các thực nghiệm với vết khứa và lỗ khoan để xác nhận vùng chết trên mẫu chuẩn và mẫu tham chiếu.
Các thông tin tính toán có thể được lấy từ phần mềm ESBEAMTOOL như trên Hình 5.
Hình ảnh TOFD của mối hàn giáp mí HDPE có nêm nước thường chấp nhận được với độ nhiễu thấp và không gặp nhiều khó khăn khi phân tích. Chiến lược để phân tích có thể liên quan đến việc phân tích biên độ và tần số tín hiệu.
Khi có sự thay đổi trong việc truyền âm, sự thay đổi của biên độ sóng mặt phải tương đồng với sự thay đổi của xung mặt đáy và các tín hiệu chuyển đổi dạng sóng (nếu chế độ chuyển đổi được quan sát thấy). Các biến đổi đột ngột với trường hợp giảm hoặc tăng rõ rệt biên độ sóng mặt mà không có sự biến đổi của các tín hiệu khác thường là dấu hiệu cho thấy có khả năng tồn tại bất liên tục liên quan đến vùng trên. Tình huống này được trình bày trong Hình 14.
Việc giảm biên độ của xung phản xạ BW sau thường có nghĩa là có điều gì đó xảy ra ở khu vực này, thậm chí chỉ suy giảm ở mức độ thấp. Việc giảm biên độ đi kèm với sự thay đổi đường viền cũng có thể gây ra bởi các bất liên tục, như có thể thấy Hình 15.
