ультразвуковой контроль сварных швов узк контроль узк сварных швов дефектоскопия ультразвуковой неразрушающий контроль ультразвуковой контроль сварных соединений оказание услуги по ультразвуковой дефектоскопии сварочных проверка сварных швов ультразвуком контроль стыковых сварных соединений ультразвуковая дефектоскопия металлов ультразвуковой контроль качества сварных соединений
Ультразвуковая дефектоскопия металлов (ультразвуковой контроль качества сварных соединений) — метод, предложенный С. Я. Соколовым в 1928 году и основанный на исследовании процесса распространения ультразвуковых колебаний с частотой 0,5 — 25 МГц в контролируемых изделиях с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа. Является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля.
Принцип
работы
Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном
материале. Отражение акустических волн происходит от раздела сред с различными
удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические
сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела
сред. Так как включения в металле обычно содержат газ (смесь газов) возникающих
вследствие процесса сварки, литья и т. п. И не успевают выйти наружу при
затвердевании металла, смесь газов имеет на пять порядков меньшее удельное
акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически
полное.
Разрешающая способность акустического исследования, то есть способность выявлять мелкие дефекты раздельно друг от друга, определяется длиной звуковой волны, которая в свою очередь зависит от частоты ввода акустических колебаний. Чем больше частота, тем меньше длина волны. Эффект возникает из-за того, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, отражения колебаний практически не происходит, а доминирует их дифракция. Поэтому, как правило, частоту ультразвука стремятся повышать. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растет их затухание, что сокращает возможную область контроля. Практическим компромиссом стали частоты в диапазоне от 0,5 до 10 МГц.
Преимущества
Ультразвуковой
неразрушающий контроль (контроль стыковых сварных соединений) не разрушает и не
повреждает исследуемый образец, что является его главным преимуществом.
Возможно проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов,
так и неметаллов. Кроме того можно выделить высокую скорость исследования при
низкой стоимости и опасности для человека (по сравнению с рентгеновской
дефектоскопией) и высокую мобильность ультразвукового дефектоскопа.
Недостатки
Использование пьезоэлектрических преобразователей требует подготовки
поверхности для ввода ультразвука в металл, в частности создания шероховатости
поверхности не ниже класса 5, в случае со сварными соединениям ещё и
направления шероховатости (перпендикулярно шву). Ввиду большого акустического
сопротивления воздуха, малейший воздушный зазор может стать неодолимой
преградой для ультразвуковых колебаний. Для устранения воздушного зазора, на
контролируемый участок изделия предварительно наносят контактные жидкости,
такие как вода, масло, клейстер. При контроле вертикальных или сильно
наклоненных поверхностей необходимо применять густые контактные жидкости с
целью предотвращения их быстрого стекания.
Ультразвуковой контроль качества сварных соединений изделий с внешним диаметром менее 200 мм, необходимо использовать преобразователи, с радиусом кривизны подошвы R, равным 0,9−1,1R радиуса контролируемого объекта, так называемые притертые преобразователи, которые в таком виде непригодны для контроля изделий с плоскими поверхностями. Например для контроля цилиндрической поковки, необходимо производить перемещение преобразователя в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что подразумевает под собой использование двух притёртых преобразователей — по одному для каждого из направлений.
Как правило ультразвуковая дефектоскопия металлов не может дать ответ на вопрос о реальных размерах дефекта, лишь о его отражательной способности в направлении приемника. Эти величины коррелируют, но не для всех типов дефектов. Кроме того, некоторые дефекты практически невозможно выявить ультразвуковым методом в силу их характера, формы или расположения в объекте контроля.
Практически невозможно производить достоверный ультразвуковой контроль металлов с крупнозернистой структурой, таких как чугун или аустенитный сварной шов (толщиной свыше 60 мм) из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука. Кроме того, затруднителен контроль малых деталей или деталей со сложной формой. Также затруднен ультразвуковой контроль сварных соединений из разнородных сталей (например аустенитных сталей с перлитными сталями) ввиду крайней неоднородности металла сварного шва и основного металла.
Ультразвуковой контроль сварных швов
(узк сварных швов)
Многие ведомственные документы подразумевают обязательный ультразвуковой контроль сварных швов (контроль стыковых сварных соединений), либо альтернативный выбор ультразвукового или радиационного контроля, либо контроль обоими методами.
Основным документом в России по ультразвуковому контролю сварных швов является ГОСТ 14782−86, в котором рассмотрены в полном объёме методы контроля стыковых, тавровых, нахлесточных и угловых сварных швов, выполненных различными способами сварки. Также в нём подробно описаны стандартные образцы (эталоны) СО-1,СО-2(СО-2А),СО-3и СО-4 и стандартные образцы предприятия, необходимые для настройки дефектоскопа, а также их параметры для их изготовления.
Объёмы контроля и нормы оценки качества сварного соединения (проверка сварных швов ультразвуком) устанавливаются различными нормативными документами в соответствии с требованиями прочности к конкретной сварной конструкции. На предприятиях, изготавливающих особо ответственные изделия, а также различными надзорными органами могут выпускаться собственные методические материалы для оценки качества сварных швов. Примером может служить РД РОСЭК-001−96, разработанный Ростехнадзором для оценки качества сварных соединений для грузоподъёмных машин.
Ультразвуковой контроль швов (ультразвуковая дефектоскопия) – заказать услугу на сайте Череповецкого завода металлоконструкций
ООО «ЧЗМК» проводит ультразвуковые исследования металлоконструкций и сварных швов. Эксперты используют аттестованное, современное оборудование и работают оперативно.
УЗ дефектоскопия сварных конструкций из сталей, чугуна и других металлов – один из наиболее востребованных способов контроля. Во многих случаях он обязателен. При проведении дефектоскопии руководствуются требованиями нормативно-технических документов – ГОСТ№22690-88, №17624-2012 и прочих.
УЗ-контроль позволяет:
- выявить дефекты в металле – расслоение, провисание в нижней части сварных швов, несоответствие состава характеристикам;
- определить прочность металлоконструкций и трубопроводов, толщины их стенок – ультразвуковые проверки проводят даже при выявленной коррозии;
- обнаружить недостатки сварных участков (труб, соединений арматуры, швов) – коррозионные повреждения, трещины и прочие дефекты;
- выявить износ изделий, определить тип повреждения, скрытые недостатки сварных швов и так далее.
УЗД делится на несколько методов, каждый из них предполагает ультразвуковую обработку объекта. Излучение, отраженное от деталей, сварных швов, принимается приборами. Оператор изучает полученные в ходе контроля данные. Характеристики определяют по тому, как волна распространяется в толщине изделия.
Стандартно диапазон составляет 0,5-10 МГц, но иногда при контроле используют импульсы до 20 МГц. Если материал плохо проводит ультразвуковые волны или у материала, сварных участков большая толщина, используют низкочастотные приборы дефектоскопии.
Основные типы контроля:
- теневой – контроль основан на изучении колебательной амплитуды в импульсах;
- зеркально-теневой – недостатки швов выявляют, изучая коэффициент затухания;
- эхо и эхо-зеркальный – регистрируется отраженный ультразвуковой сигнал;
- дельта – контролируется отраженная УЗ-энергия.
У дефектоскопии много плюсов. Она не разрушает швы и изделия, безопасна для людей. Контроль достаточно дешев, на время его проведения не нужно останавливать строительный или производственный процесс, приборы мобильны – возможно, их применение на труднодоступных участках и швах.
При высокой скорости обеспечивается точность, но оценить все дефекты практически невозможно. К другим минусам методики относят сложность в анализе небольших изделий, зернистых металлов и загрязненных поверхностей (их нужно очищать).
ООО «ЧЗМК» проводит ультразвуковые проверки с гарантией качества. Благодаря использованию современных приборов и квалификации экспертов погрешности сводятся к минимуму. Подробную информацию об услугах можно получить по телефону или e-mail.
Ультразвуковая дефектоскопия — Контроль работ по металлопокрытиям
Ультразвуковая дефектоскопия
Категория:
Контроль работ по металлопокрытиям
Ультразвуковая дефектоскопия
Ультразвуковая дефектоскопия основана на свойстве ультразвуковых колебаний (волн) распространяться в однородном твердом теле и на его плоских и кривых поверхностях в виде лучей прямолинейно и отражаться от границ тела или нарушений сплошности (трещин, раковин, расслоений, и пр).
Ультразвуковые колебания (УЗК) представляют собой упругие колебания с частотой выше предела слышимости и обладают некоторыми специфическими свойствами: при определенных частотах увеличивается направленность и уменьшается угол раскрытия пучка УЗК, что позволяет рассматривать его как «ультразвуковой луч».
Законы распространения УЗК (преломление и отражение) аналогичны законам геометрической оптики. Благодаря этим свойствам, а также способности проникать на большую глубину УЗК можно применять для выявления дефектов в металла* (раковин, трещин, расслоений и рыхлот), залегающих на глубине, в толще металла, не обнаруживаемых магнитными и люминесцентными методами и не всегда обнаруживаемых рентгеновскими лучами.
Принцип работы ультразвукового импульсного дефектоскопа заключается в’следующем. УЗК получают с помощью вибратора от специального импульсного генератора, вырабатывающего кратковременные импульсы переменного напряжения высокой частоты. Вибратор, преобразуя эти импульсы в упругие колебания той же частоты, периодически посылает ультразвуковые лучи в толщу металла. Дойдя до противоположной грани изделия (до «дна»), ультразвуковой луч отражается и попадает на специальный искатель, который преобразует отражение УЗК в переменное напряжение, поступающее на вход усилителя и далее на экран трубки осциллографа в виде пика. «Донный» сигнал виден на правой стороне экрана.
Если в толще металла есть дефект, то УЗК отражается от него, а так как длина пути УЗК до дефекта меньше, чем до «дна», то «дефектный» сигнал на экране появится раньше или левее «донного» сигнала (расположение «дефектного» и «донного» сигналов на экране предопределяется устройством осциллографа). Таким образом, о наличии дефекта судят по появлению «дефектного» сигнала.
Ультразвуковую дефектоскопию широко применяют для контроля слитков, подлежащих обработке давлением, фасонного литья, поковок, прутков и труб, сварных соединений. В последние годы ультразвуковую дефектоскопию широко применяют как средство осмотра и контроля состояния элементов конструкций и деталей машин, подверженных воздействию высоких переменных напряжений и склонных к усталостному разрушению в условиях эксплуатации (например, лопатки турбин и компрессоров). Ультразвуковой контроль с применением продольных, сдвиговых, поверхностных и нормальных волн используют для контроля изделий с защитными покрытиями для того, чтобы избежать снятия и повторного нанесения покрытий.
Существуют некоторые другие специальные звуковые методы контроля (импедансный, метод свободных колебаний), более подробно описанные в специальной литературе.
Реклама:
Читать далее:
Совершенствование структуры доменного производства
Статьи по теме:
Дефектоскоп — обзор
Большое внимание при диагностике конструкционных материалов следует уделять методам неразрушающего контроля (NDT). Относительно их как дополнительных методов диагностики, тем не менее, следует отметить. что они играют важную роль в принятии окончательного решения о состоянии материала. Хотя точность методов неразрушающего контроля пока невелика, в отдельных простых случаях их данные могут служить основанием для некоторых аспектов принятого решения.
Рассмотрим подробнее некоторые методы неразрушающего контроля, широко применяемые сейчас на практике.
Обнаружение поверхностных дефектов
Поверхностные дефекты деталей можно обнаружить при визуальном осмотре или с помощью специальных приборов и подходов. Визуальный осмотр может выявить только относительно крупные дефекты. Мелкие дефекты можно обнаружить с помощью оптических устройств, таких как увеличительное стекло, лупа и микроскоп.
Травление и порошковая обработка часто используются для улучшения видимости дефектов.В первом случае лучшая видимость дефекта достигается за счет большей растворимости дефекта или основного металла. Такие подходы подробно описаны в руководствах по металловедению. Обработка порошками улучшает видимость, так как зерна порошка расположены вдоль границы дефекта. Если испытываемая деталь погружена в масло или если масло нанесено на ее поверхность с помощью кисти, масло проникает в дефект и остается на нем после протирания поверхности сухой чистящей салфеткой, обнаруживая конфигурацию и размер дефекта.Однако видимость порошка может быть недостаточной для осмотра невооруженным глазом. В этом случае рекомендуется использовать флуоресцентную жидкость.
Метод проникновения красителя. Исследуемая деталь погружается в специальный раствор на 5–10 мин или окрашивается этим раствором с помощью кисти. Для покраски в растворы добавляют специальные красители, например судан или жирный апельсин. После покраски испытуемая деталь тщательно промывается водой. Затем место испытаний покрывают тонким слоем водного раствора каолина и сушат в струе теплого воздуха.Высохший белый слой впитывает окрашенный раствор, оставшийся в местах трещин или других дефектов. В результате на поверхности исследуемой области появляется ярко окрашенный узор.
Документ об обнаруженном дефекте может быть получен путем фотографирования, или он может быть выполнен в виде бумажного отпечатка, если после стирки влажный лист рисовальной бумаги плотно прижат к поверхности исследуемой области и обработан окрашенным раствором, а затем деталь немного нагревают, чтобы раствор вытек из трещин.
Флуоресцентный метод испытаний. Поверхность исследуемой конструкции, предварительно очищенная от накипи, жира и масла, обрабатывается флуоресцентным раствором. Раствор наносится на поверхность кистью. Материал предварительно нагревают до 50–60 ° С для улучшения проникновения раствора в глубь дефектов. После завершения операции по нанесению раствора исследуемую поверхность промывают струей холодной воды, сушат и присыпают сухим силикагелем или оксидом магния (карбонатом магния).Остатки порошка удаляются с исследуемой поверхности, и исследуемая область исследуется в ультрафиолетовом свете. Осевший в дефектном месте порошок дает яркое свечение после освещения лучами ультрафиолета. Люминесцентным методом можно не только выявить трещину, но и определить глубину трещины при определенном смещении ее раскрытия.
Метод испытания на магнитном порошке. Детали, подлежащие испытанию, намагничиваются постоянным или переменным током, а затем на их поверхность осаждаются частицы тонкого магнитного порошка, чаще всего в виде суспензии.Порошок располагается вдоль силовых линий магнитного поля. Наличие дефектов в металле искажает поток силы, что обнаруживается путем изучения картины распределения порошка на испытуемой поверхности.
Метод магнитного порошка может быть двух типов: испытание на остаточную намагниченность, когда магнитный порошок осаждается после намагничивания, и испытание с наложенным магнитным полем, когда порошок осаждается в присутствии намагничивающего поля. Первый тип испытаний обычно применяется для закаленных деталей, а также деталей из легированных марок стали.Детали, которые не подвергались термообработке, а также детали, испытанные на обнаружение внутренних дефектов, расположенных вблизи поверхности, подвергаются испытаниям с наложенным магнитным полем. Метод магнитного порошка позволяет выявить дефекты только в том случае, если они перекрывают путь потоку магнитных силовых линий.
Величина и глубина дефекта существенно влияют на искажение формы магнитных линий. Чем меньше размер дефекта и чем больше его глубина, тем меньше искажение силовых линий магнитного поля над дефектной областью и тем ниже точность фиксации дефектов.С другой стороны, точность обнаружения дефектов зависит от ряда других факторов, таких как качество магнитного порошка и метод его нанесения, размер зерен порошка, напряженность магнитного поля и метод намагничивания. Увеличение напряженности магнитного поля, использование постоянного тока для намагничивания, осаждение мелкозернистого магнитного порошка с наложенным магнитным полем обеспечивают более точные результаты.
В последнее время были разработаны специальные магнитные жидкости на основе тонкодисперсных порошков железа, в которых частицы порошка железа находятся во взвешенном состоянии из-за их малых размеров и дендритной структуры.Такие жидкости позволяют существенно повысить точность обнаружения поверхностных и подповерхностных (до 1 см) дефектов. Цвет магнитного порошка или жидкости можно регулировать, добавляя полимеры разных цветов на поверхность частиц железа.
На рисунке 6.18 показаны кривые глубины дефекта z 0 и тока намагничивания I для различных условий испытаний и методов осаждения порошка: 1 — магнитная жидкость на основе крупнозернистого порошка железа при намагничивании. с переменным током; 2 — порошок в сухом виде при переменном токе; 3 — магнитная жидкость при постоянном токе намагничивания; 4 — сухой порошок при постоянном токе намагничивания; 5 — экспериментальная магнитная жидкость на основе мелкодисперсного порошка железа при постоянном токе намагничивания.
6.18. Зависимость разрешающей способности метода магнитопорошкового испытания от глубины дефекта z 0 и тока намагничивания I.
Поверхностные дефекты также можно выявить с помощью намагничивания контролируемой поверхности импульсами тока длительностью от 10 −3 до 10 −6 с. В этом случае намагниченный слой имеет незначительную толщину, достаточную для обнаружения поверхностных дефектов. Для успешного применения этого метода материал проверяемой детали должен иметь высокую коэрцитивную силу.Как правило, это закаленная углеродистая сталь.
Детали после магнитного контроля подвергаются размагничиванию. Размагничивание деталей, намагниченных переменным током, осуществляется с помощью соленоида, через который деталь протягивается. В этом случае магнитное поле соленоида должно уменьшиться от максимального значения до нуля. Размагничивание намагниченных постоянным током деталей следует производить в постоянном магнитном поле, но с обязательным изменением его направления и постепенным снижением его напряженности до нуля.Если детали после магнитного контроля должны подвергаться термообработке при температурах выше критических магнитных, эти детали нельзя подвергать размагничиванию.
Дефектоскопия с использованием магнитных порошков нашла широкое применение на машиностроительных предприятиях для контроля широкого спектра деталей и сварных швов.
Контроль магнитной структуры. Иногда магнитная дефектоскопия позволяет оценить структурные изменения в деталях по вариациям магнитных свойств.В последнее время нашли применение следующие методы контроля магнитных структур:
- —
контроль деталей по остаточной намагниченности и коэрцитивной силе;
- —
контроль деталей по их способности к намагничиванию, т. Е. По магнитной индукции и магнитной проницаемости;
- —
Контроль содержания ферромагнитных компонентов.
В этих случаях свойства внутренней структуры материалов коррелируют с их магнитными свойствами или намагничивающей способностью.
Обнаружение внутренних дефектов
Ультразвуковой контроль. Обнаружение дефектов внутри материалов ультразвуковым методом основано на свойствах ультразвука отражать от границ свободных поверхностей дефекты, присутствующие в проверяемых материалах. Пропуская ультразвуковую волну через материал компонента и выбирая ее отражение от дефектных поверхностей, можно определить местоположение, длину и глубину дефектов по направлению и интенсивности отраженного сигнала.
Источником возбуждения высокочастотных ультразвуковых волн является пьезоэлемент, колебания которого передаются на испытуемую деталь. Для уменьшения потерь при передаче колебаний контролируемой детали между ней и излучателем формируется прослойка из акустически прозрачного материала. Различные типы пористости, неоднородности и включения графита препятствуют проникновению ультразвуковых волн. Данные о глубине проникновения ультразвука в различные материалы приведены в таблице 6.6.
Таблица 6.6.
| Материал | Глубина проникновения ультразвуковых волн м, при различных | ||
|---|---|---|---|
| 0,5. 10 6 Гц | 1.0. 10 6 Гц | 5,0. 10 6 Гц | |
| Литая сталь | 4,5 — 6,0 | 4,5 — 6,0 | 1-3 |
| Стальной прокат | 6,6 — 7,5 | 6,6 — 7,5 | 6.6 — 7,5 |
| Серый чугун | 0,3 — 0,6 | 0,15 — 0,30 | — |
| Литой алюминий | 3,6 — 4,5 | 3,6 — 4,5 | 2,4 — 3,0 |
| 6,6 — 7,5 | 6,6 — 7,5 | 6,6 — 7,5 | |
| Медный прокат | 0 — 0,15 | 0 — 0,30 | — |
Для обеспечения эффективности ультразвукового метода контроля требовалось, чтобы поперечные размеры детали были не меньше длины ультразвуковой волны.
Существует два метода ультразвукового контроля: резонансный и импульсный.
Метод, показанный на рис. 6.19, может служить примером применения резонансного метода. Деталь 1 погружается в масляную ванну 2 контролируется источником ультразвуковых колебаний 3 . Масляный бак 4 ставится на деталь со стороны, противоположной входу балок. Свет, который при отражении дает изображение поверхности масла на экране 5, , падает на эту поверхность из источника 6.Ультразвуковые колебания проходят через деталь, вызывая образование системы волн на поверхности масла в резервуаре. Эти волны меняются в зависимости от наличия внутренних дефектов на пути ультразвука. Места различных дефектов можно обнаружить, перемещая деталь или источник ультразвукового излучения в масляной ванне в нужном направлении и изучая рисунок поверхности масла в резервуаре.
6.19. Ультразвуковой контроль детали.
Ультразвуковая импульсная дефектоскопия выполняется путем контроля деталей волновыми импульсами.В состав соответствующего оборудования обычно входят элементы РЛС. Импульсы ультразвуковых колебаний, посылаемые в объем материала контролируемой детали, отражаются от трещин и других дефектов, затем принимаются резонирующим приемником, усиливаются и регистрируются.
Ультразвуковой метод дефектоскопии сейчас очень широко применяется для тестирования самых разных деталей. Его модернизация направлена, прежде всего, на увеличение разрешения и улучшение качества представления результатов тестирования.В настоящее время широкое распространение получила компьютерная техника для расшифровки результатов испытаний и представления их в виде документа. Доступны мощные компьютеризированные инструменты, такие как P-Scan и ZIP-Scan, которые позволяют получить более полные изображения дефектов в тестируемых материалах.
Дефектоскопия трансмиссии. Метод дефектоскопии заключается в оценке интенсивности коротковолновых лучей, прошедших через деталь.Если деталь с толщиной стенки δ подвергнуть воздействию рентгеновских лучей, последние, пройдя через тело тестируемой детали в направлении I (рис. 6.20, a ), будут терять свою интенсивность в меньшей степени на участках полых дефектов, чем в бездефектном материале. Проявив пленку, можно определить расположение и размер дефектов в детали по положению и интенсивности черных пятен на пленке. Предельная толщина пропускания зависит от марки металла, и ее приблизительные значения приведены в таблице 6.7.
6.20. Схемы рентгенографии элементов.
Таблица 6.7. Предельная толщина пропускания материалов с помощью рентгеновских лучей
| Испытанный материал | Продолжительность воздействия, мин. | |||
|---|---|---|---|---|
| Малое поле | Большое поле | |||
| 10 | 60 | 10 | ||
| Алюминий | 210 | 245 | 325 | 380 |
| Железо | 55 | 65 | 70 | 80 |
| Медь | ||||
| Медь | ||||
Метод двойной передачи используется для определения координат дефектов.Вторую передачу (направление II ) можно осуществить в направлении, перпендикулярном первой (рис. 6.20 b ) или под углом к ней (рис. 6.20 c ). Во втором случае координаты дефекта могут быть рассчитаны по следующей формуле на основе вероятности образования треугольников проходящими лучами (рис. 6.20 c ):
x2 = y2x1y1.
В случае, когда невозможно выполнить передачу в двух направлениях или под углом, оба выстрела производятся в одной плоскости, так что полученные негативы могут быть проанализированы с помощью стереоскопа для изучения трехмерного положения дефектов.
Вместо фотографирования можно использовать метод визуального осмотра. Для этого светочувствительную пленку следует заменить люминесцентным экраном.
В некоторых случаях передача материалов осуществляется с использованием радиоактивных изотопов. Как правило, это источники γ-излучения. Для выполнения работы препарат γ-излучения помещается в специальную герметично запаянную ампулу диаметром несколько миллиметров и длиной 30-40 мм. Ампула хранится и транспортируется в специальном свинцовом контейнере, толщина стенок которого зависит от используемого радиоактивного препарата.Ампула с препаратом может долгое время служить источником γ-излучения.
Интенсивность излучения препарата во много раз ниже, чем у рентгеновского излучения. В связи с этим продолжительность воздействия γ-лучей при пропускании больше, чем в случае рентгеновских лучей. Например, воздействие лучей радия составляет несколько часов. Тем не менее использование радиоактивных препаратов в ряде случаев имеет определенные преимущества. Например, небольшие размеры ампулы значительно облегчают доступ к местам проверки, и существует возможность одновременной передачи нескольких частей.
Мы рассмотрели лишь некоторые методы неразрушающего контроля, используемые для проверки конструкционных материалов. Предпочтение было отдано традиционным методам, которые уже довольно давно широко применяются в отрасли. Существуют и другие методы, такие как вихретоковый контроль, голография и томография, методы, основанные на регистрации тепловизионных изображений и другие. В настоящее время эти методы получают все большее распространение в отрасли. Однако высокая стоимость некоторых из них является ограничивающим фактором для их широкого применения.
| Отображать | Отображать Любой совместимый Apple® iPad (iOS 10 и выше) | Отображать TFT 8.4 « | Отображать TFT 8.4 « | Отображать TFT 8.4 « | Отображать TFT 8.4 « | Отображать TFT |
| объем памяти | объем памяти До 1 ТБ (в зависимости от модели iPad) | объем памяти | объем памяти | объем памяти | объем памяти | объем памяти |
| Подключения | Подключения Зашифрованное соединение Wi-Fi с iPad | Подключения | Подключения | Подключения | Подключения | Подключения |
| Улучшение сигнала | Улучшение сигнала Цифровые фильтры, режекторные, усредненные | Улучшение сигнала Цифровые фильтры, сглаживание, контур, подавление, усреднение | Улучшение сигнала Цифровые фильтры, сглаживание, контур, подавление, усреднение | Улучшение сигнала Фильтры цифровые, сглаживающие, контурные, подавляющие | Улучшение сигнала Фильтры цифровые, сглаживающие, контурные, подавляющие | Улучшение сигнала Режим эха в эхо (только Zonotip +) |
| Архитектура | Архитектура 1 канал | Архитектура 2 канала, истинная частота дискретизации 200 МГц | Архитектура 1 канал, истинная частота дискретизации 200 МГц | Архитектура 16 активных каналов | Архитектура 16 активных каналов, мультиплексированных более 64 | Архитектура 1 канал |
| Частота оцифровки | Частота оцифровки 125 МГц | Частота оцифровки 50 МГц, 100 МГц, 200 МГц | Частота оцифровки 50 МГц, 100 МГц, 200 МГц | Частота оцифровки 65 МГц | Частота оцифровки 65 МГц | Частота оцифровки |
| Законы очага | Законы очага | Законы очага | Законы очага | Законы очага 128 | Законы очага 128 | Законы очага |
| Макс.длина сканирования | Макс.длина сканирования | Макс.длина сканирования 8192 | Макс.длина сканирования 8192 | Макс.длина сканирования 4096 | Макс.длина сканирования 4096 | Макс.длина сканирования |
| Поддерживаемые сканирования | Поддерживаемые сканирования A-Scan, сетка | Поддерживаемые сканирования A-скан | Поддерживаемые сканирования A-скан и TOFD | Поддерживаемые сканирования S-сканирование и L-сканирование | Поддерживаемые сканирования S-сканирование и L-сканирование | Поддерживаемые сканирования Толщина и А-скан (только Zonotip +) |
| Количество сканирований | Количество сканирований | Количество сканирований До 2 | Количество сканирований 1 TOFD + 1 Обычный UT | Количество сканирований 1 (до 3 извлеченных сканов A) | Количество сканирований 1 (до 3 извлеченных сканов A) | Количество сканирований |
| Количество макетов | Количество макетов | Количество макетов 18 | Количество макетов 18 | Количество макетов 35 | Количество макетов 35 | Количество макетов Zonotip: 2, Zonotip +: 3 |
| Измерения | Измерения Длина пути, глубина, расстояние до поверхности, DAC, AWS | Измерения Длина пути, глубина, расстояние до поверхности, DAC, AWS, DGS | Измерения Глубина, длина | Измерения Длина пути, глубина, расстояние до поверхности, DAC, AWS, DGS | Измерения Длина пути, глубина, расстояние до поверхности, DAC, AWS, DGS | Измерения Нормальный режим, режим памяти и режим А-сканирования (только Zonotip +) |
| Размер файла | Размер файла | Размер файла До 3 ГБ | Размер файла До 3 ГБ | Размер файла До 3 ГБ | Размер файла До 3 ГБ | Размер файла Память до 50 000 измерений |
| Генерация отчетов | Генерация отчетов Таблица индикации, экспорт в HTML | Генерация отчетов Настраиваемый отчет в формате pdf, снимок экрана PNG, опция вывода файла CSV | Генерация отчетов Настраиваемый отчет в формате pdf, снимок экрана PNG, опция вывода файла CSV | Генерация отчетов Настраиваемый отчет в формате pdf, снимок экрана PNG, опция вывода файла CSV | Генерация отчетов Настраиваемый отчет в формате pdf, снимок экрана PNG, опция вывода файла CSV | Генерация отчетов Файл CSV |
| Кодировщик | Кодировщик | Кодировщик 1 или 2 оси (квадратурный вход) | Кодировщик 1 или 2 оси (квадратурный вход) | Кодировщик 1 или 2 оси (квадратурный вход) | Кодировщик 1 или 2 оси (квадратурный вход) | Кодировщик Нет |
| Языки | Языки английский, немецкий, французский, испанский, китайский, японский, корейский | Языки Английский, немецкий, французский, испанский, русский, китайский, венгерский, итальянский, португальский и японский | Языки Английский, немецкий, французский, испанский, русский, китайский, венгерский, итальянский, португальский и японский | Языки Английский, немецкий, французский, испанский, русский, китайский, венгерский, итальянский, португальский и японский | Языки Английский, немецкий, французский, испанский, русский, китайский, венгерский, итальянский, португальский и японский | Языки Английский, немецкий, французский, испанский, русский, китайский, итальянский и португальский |
| Срок службы батареи | Срок службы батареи | Срок службы батареи 7 часов | Срок службы батареи 7 часов | Срок службы батареи 6 часов | Срок службы батареи 6 часов | Срок службы батареи 9 часов |
| Аккумулятор | Аккумулятор Съемный блок, 6 батарей AA (NiMH), безопасный для полетов | Аккумулятор | Аккумулятор | Аккумулятор | Аккумулятор | Аккумулятор |
| Срок службы батареи | Срок службы батареи 5 часов | Срок службы батареи | Срок службы батареи | Срок службы батареи | Срок службы батареи | Срок службы батареи |
| Особые возможности | Особые возможности IP67 | Особые возможности | Особые возможности | Особые возможности | Особые возможности | Особые возможности |
| Диапазон измерения | 0.03 ~ 590,5 дюйма (1,0 ~ 15000 мм) | |||||
| Разрешение | 0,000393 дюйма (3,93 дюйма) (0,01 мм (<100 мм)) | |||||
| Скорость | 500 ~ 2000 м / с 20 фиксированная скорость звука | |||||
| Задержка дисплея | -20 ~ 3400 мкс разрешение: 0,1 мкс | |||||
| Задержка датчика | Разрешение 0 ~ 99 мкс: 0,01 мкс | |||||
| Автокалибровка | Измерение и установка скорости звука и задержки датчика с использованием двух известных калибровочных эхо-сигналов ( 2-точечная калибровка) | |||||
| Линейная ошибка | Ошибка горизонтальной линейности ≤0.1% Погрешность вертикальной линейности ≤3% | |||||
| Динамический диапазон | ≥36 дБ | |||||
| Отклонения чувствительности | ≥64 дБ 200 ммФ2 отверстие с плоским дном | |||||
| Размер | 9,44X7 дюймов 180 × 50 мм) | |||||
| Вес | 4,188 фунта (1,9 кг) (включая аккумулятор) | |||||
| Рабочая среда | Температура: 32F ~ 140F (0 ℃ ~ 60 ℃) Влажность: 20% ～ 90 % | |||||
| Импульс передачи | ||||||
| Импульс возбуждения | Отрицательный импульс / прямоугольная волна | |||||
| Ширина импульса | 50 ~ 2000 нс | |||||
| Амплитуда импульса | 50-5009 Частота повторения импульса | 50-5009 | Частоту повторения импульсов PRF можно регулировать | |||
| Демпфирование | 50/150/250/400 Ом | |||||
| Приемная система | ||||||
| Режим тестирования | Импульсное эхо / передача и прием / передача | |||||
| Режим измерения | Пик / граница | |||||
| Усиление | От 0 до 110 дБ Заказчики определяют шаги 0/0.2 / 0,5 / 1/2/6/12 | |||||
| Диаграмма детектора | RF / двухполупериодная / положительная / отрицательная полуволна | |||||
| Полоса частот | 0,3 ~ 1 / 0,5 ~ 4/2 ~ 15 МГц широкополосный фильтр Узкополосный фильтр 1 / 2,5 / 5/10/15 МГц | |||||
| Дисплей | ||||||
| ЖК-дисплей | Широкотемпературный высокосветовой цветной ЖК-дисплей TET 5,7 ″, промышленный класс | |||||
| Подсветка | 5 могут быть выбраны оценки | |||||
| Частота обновления дисплея | Не менее 60 Гц | |||||
| Тема графического интерфейса пользователя | 5 цветовых тем графического интерфейса пользователя: простой / классический / серый / яркий свет / темный свет Клиенты могут выбрать тему, установив цвет символов Цветовой фон с координатами волнового сканирования | |||||
| Строб / Измерение / Тревога | ||||||
| Строб | Два разделенных строба A / B | |||||
| Измеряемое значение | 5 областей отображения значений, одна из них в основном площадь.Выбранный измеряемый контент SA / SB / DA / DB / PA / PB / A% A / A% B / dBtA / dBtB / dBrA / dBrB / SBA / DBA / PBA / LA / LB | |||||
| Alarm | Все ворота могут тревога логически и независимо | |||||
| Память | ||||||
| Параметры канала | 20 групп | |||||
| Волна A-сканирования | 3200 группа | |||||
| Значение толщины | 320000 Linear | |||||
| Опорная волна | 4 | |||||
| Вход / выход | ||||||
| Кабель зонда | LEMO / BNC | |||||
| Связь | RS232 / USB | |||||
| Язык | Китайский Английский | |||||
| Единица | мм / дюйм | |||||
| Питание | ||||||
| Аккумулятор | 9 0114 Литиевая батарея высокой мощности, способная предотвратить перезарядку и чрезмерную разрядку||||||
| Индикатор питания | Монитор мощности на основе кулонметра, показывающий оставшуюся емкость батареи в процентах и срок службы батареи | |||||
| Время работы | Непрерывная работа более 20 часов | |||||
| Адаптер питания | Вход 100 ~ 240 В / 50 ~ 60 Гц, выход 9 В постоянного тока / 4 А | |||||
| High Grade | ||||||
| Dynamic Echo | Digital Nature Simulation Performance | |||||
| 9011 Хранилище ключей памяти 9011 скриншота отчета данных значение толщины волны | ||||||
| Решетка | Анализ деталей широкой области ворот | |||||
| двухмерное кодирование B-сканирование | Толщина / Форма сканирования Серый / Цветная доска Дизайн | |||||
| Эхо-кодирование | Два выбранных варианта кодирования: координата / форма волны, удобная для вычислить интервал | |||||
| Кривая замерзания | Все / пиковое значение / контракт / огибающая / огибающая задержки | |||||
| Индикатор характеристик | Измерение фронта и амплитуды звуковой волны расстояния | |||||
| Калибровка кривой CSC | Корректировка значения в соответствии с для определения толщины угла деталей и диаметра кривизны | |||||
| Блокировка | Отдельное меню независимо заблокировано, чтобы система не настраивала соответствующие данные; Группа данных может заблокироваться, чтобы избежать ошибочного удаления | |||||
| Заставка | Ожидание / символ / отключение питания | |||||
| Эквивалентная кривая | ||||||
| Кривая DAC | Запись 30 точек калибровки; автоматическое усиление; калибровка любого порядка; две поправки на калибровку / редактирование; учет затухания материала и коэффициента экономии поверхности; 5 оценочных кривых скорректированного усиления соответствуют стандарту JIS и API. | |||||
| Кривая DGS | Кривая DGS соответствует трем эталонам, включая сквозные отверстия с плоским дном и плоским дном; учет затухания материала и коэффициента экономии поверхности с оценкой дефектности; эквивалентный размер / эквивалентный прирост / процент; | |||||
|
Ультразвуковая дефектоскопия — Дефектоскопы — Дефектоскопы ACS — Дефектоскоп ACS A1550 IntroVisor TFM
IntroVisor — это ультразвуковой дефектоскоп и томограф с датчиком антенной решетки, сфокусированным на всех точках поперечного сечения материала. A1550 легкий и простой в использовании. Он разработан для быстрого и легкого решения большинства задач ультразвуковой дефектоскопии. Внутренняя структура тестового объекта отображается в реальном времени в виде изображения поперечного сечения, что значительно упрощает интерпретацию по сравнению с традиционным детектором. Изображения дефектов четче и лучше сфокусированы, чем инструменты UTPA. |
Скорость и эффективность
| Проверка надежности
|
Режимы визуализации:
Томограф A1550 предлагает 5 режимов визуализации разрывов. Режимы выбираются в зависимости от цели контроля и характера испытуемого образца. Режимы отмечены специальными символами, как показано ниже. Вот их общее описание:
| Объект испытаний: полупространство | Объект испытаний: плита, T = 0.4 «-4» (10-100 мм) | Объект испытаний: пластина, T => 0,4 »(10 мм) | Объект испытаний: плита или плита, t = <4 дюймов (100 мм) | Объект испытаний: плита или плита, T = <4 дюймов (100 мм) |
Отражатель: точка Звук: прямое Назначение: Для предметов неправильной формы, определенной толщины или предметов с шероховатой задней поверхностью. | Отражатель: точка Зондирование: прямое и отраженное Назначение: Для плоскопараллельных объектов известной толщины. | Отражатель: точка Зондирование: отраженное Назначение: Для плоскопараллельных объектов известной толщины, объектов малой толщины при поиске дефектов у поверхности. | Отражатель: плоский Зондирование: прямое и отраженное Назначение: Для обнаружения вертикально ориентированных дефектов и ровных поверхностей с зеркальным отражением ультразвука. | Отражатель: объемный Зондирование: прямое и отраженное Назначение: Универсальный режим для плоскопараллельных объектов известной толщины и всех типов несплошностей. |
Дополнительные функции:
|
Программное обеспечение: С помощью нашего специального программного обеспечения A1550-IntroVisor вы можете отправлять данные, сохраненные на устройстве, на внешний ПК, чтобы результаты проверки можно было обработать, задокументировать в виде изображений томограмм и эхо-сигналов A-Scan с параметрами проверки и впоследствии архивировать. | |
Режимы работы A1550 IntroVisor имеет три основных режима работы и функцию установки конфигурации для каждого конкретного объекта, который будет быстро выбран позже: | |
Режим томографа Работает с антенными решетками DFA и построением томограмм в реальном времени. В этом режиме отображаются не только томограммы (B-Scan), но и вся служебная информация, включая элементы управления, курсоры, цифровые индикаторы и т. Д… При обнаружении дефекта его оценивают и оценивают следующими методами: классическим (сравнение амплитуды сигнала опорных отражателей) и прямым измерением точки непосредственно по изображению дефекта. | |
Режим сканирования
| |
Режим дефектоскопа В этом режиме A1550 IntroVisor работает как традиционный ультразвуковой дефектоскоп с классическими датчиками нормали или угла.Сигналы отображаются как A-сканы. IntroVisor A1550 обладает всеми функциями современного дефектоскопа (встроенные DGS-диаграммы, TCG и DAC, многоуровневый цифровой монитор, программируемая форма эмиссионного импульса и т. Д.). Этот режим обеспечивает корректную оценку обнаруженных дефектов в соответствии с в соответствии со стандартными требованиями кодекса. | |
Режим настройки Setup Mode используется для установки и выбора параметров и рабочих конфигураций. Для различных объектов контроля можно создать ряд рабочих конфигураций, сохранив их под уникальными именами. Необходимая конфигурация выбирается из списка прямо у объекта. | |
Технические характеристики:
Типы массивов с цифровой фокусировкой Для различных областей применения в томографе А1550 используются следующие массивы:
Сменные акустические модули можно устанавливать на трубы различного диаметра, расширяя круг задач, решаемых при ультразвуковом контроле. |
Особенности DFA:
|
A1550 IntroVisor Включает:
|
|
Все о дефектоскопах — включая ультразвуковые и вихретоковые обнаружения
Изображение предоставлено: rumruay / Shutterstock.ком
Датчики / детекторы дефектов— это электронные устройства, используемые в различных производственных процессах для обнаружения несоответствий на поверхностях или в лежащих в основе материалах, таких как сварные швы. Дефектоскопы используют ультразвуковые или вихретоковые средства для выявления дефектов в материалах и могут быть переносными или стационарными. Основные характеристики включают тип датчика, обнаруживаемый дефект или диапазон толщины, а также предполагаемое применение. Для получения информации о других датчиках, пожалуйста, обратитесь к нашей статье «Типы датчиков».
Ультразвуковой
Звуковые волны обеспечивают неразрушающий метод глубокого проникновения для испытания металла и композитов на наличие дефектов, таких как пористость, неправильная структура зерна, расслоение и т. Д. Испытания сварных швов — это самое крупное применение технологии, где они используются для обнаружения включений, пористости. , отсутствие проникновения и отсутствие плавления. Еще одно применение — обнаружение усталостных трещин в машинах. При этом высокочастотные (0,1-15 МГц) звуковые волны передаются в материал через преобразователь и пленку контактной смазки, а результирующее эхо записывается и отображается для анализа.Анализ данных остается своего рода искусством и обычно проводится сертифицированными ультразвуковыми инспекторами — по крайней мере, для оценки сварных швов. Стандарты доступны от таких организаций, как Американское сварочное общество (AWS), которые предоставляют ссылки на образцы для испытаний с известными геометрическими характеристиками или дефектами.
При обычном испытании сварного шва датчик перемещается по траектории с обеих сторон сварного шва. Неровности поверхности, такие как брызги сварного шва или вершина сварного шва, могут препятствовать передаче ультразвуковых волн в материал и должны быть удалены (в случае брызг) или измерения должны проводиться под углом (в случае сварного шва). Корона).В специальных преобразователях используются пластиковые клинья, вставленные между зондом и деталью, для преобразования продольных волн в поперечные, поперечные, поверхностные или колебательные моды Лэмба путем дифракции.
Эхо-импульсные системы являются наиболее распространенными системами, в которых используется один преобразователь, но иногда используются системы сквозной передачи, в которых используются отдельные передающие и принимающие преобразователи.
Доступны как ручные, так и автоматизированные ультразвуковые дефектоскопические системы. Автоматические системы иногда погружают деталь и зонд в водяную баню, чтобы исключить необходимость прямого контакта зонда с деталью и, таким образом, любого износа поверхности зонда.
Ограничения ультразвуковой дефектоскопии включают форму объекта, шероховатость поверхности, размер зерна, структуру материала, ориентацию любых дефектов, избирательность неоднородностей и навыки оператора. EMAT, или электромагнитные акустические передатчики, используют магнитострикционный эффект для передачи и приема сигналов. Они могут работать на небольшом расстоянии от детали, что исключает необходимость использования связующих или удаления накипи. Специальные преобразователи предназначены для других сложных задач контроля, таких как проверка точечных сварных швов.Также доступны зонды для использования с композитными конструкциями.
Вихретоковый
Испытание на мелкие проникающие вихревые токи используется для измерения толщины термообработки, глубины корпуса, покрытия и т. Д. Металлических деталей, а также для обнаружения неоднородностей или изменений материала. Вихревые токи индуцируются в металлах всякий раз, когда они попадают в индуцированное переменным током магнитное поле. Эти вихревые токи создают вторичное магнитное поле, которое противодействует индуцирующему полю, изменяя кажущееся сопротивление индукционной катушки.Высокочастотные вихревые токи чувствительны к дефектам поверхности, в то время как низкочастотные вихревые токи могут проникать глубже в материал.
Вихретоковое сканирование широко используется в авиационной промышленности в качестве стационарных и переносных систем для проверки колес, тормозов и шасси, крепежных деталей и отверстий для них, поверхностей крыла и шарниров, опор двигателя и т. Д. Благодаря мобильности систем они эффективны в в электроэнергетике и нефтегазовой промышленности, где они достаточно компактны, чтобы их можно было использовать в местах, доступных по тросу.Автопроизводители, переработчики металлов и железнодорожные операторы используют вихретоковый контроль, а также для обнаружения поверхностных трещин и подповерхностных дефектов и коррозии, для проверки сварных швов, для сортировки черных и цветных металлов и т. Д.
Вихретоковая дефектоскопия предлагает альтернативу магнитопорошковому контролю для обнаружения поверхностных трещин. Обычно используются зонды типа карандаша или блинчика, некоторые из которых способны обнаруживать трещины размером до 0,1 мм. Экранированные зонды могут использоваться для выявления неоднородностей вблизи краев или между разнородными материалами, такими как железные крепежи в алюминиевых конструкциях.Специальные роторные датчики упрощают проверку отверстий в планерах и т. Д.
При осмотре планера используется энергия низкой частоты (110 Гц — 10 кГц) для обнаружения подповерхностных трещин глубиной до 10 мм в алюминии и подобных материалах, которые были бы невидимы под поверхностью или покрыты покрытиями. Обычно рекомендуется, чтобы диаметр зонда был вдвое больше глубины предполагаемого дефекта, но не больше. Частоты тестирования определяют глубину проникновения из-за явления переменного тока, называемого «скин-эффектом».«Глубина проникновения тока — это глубина, на которой вихревые токи равны 37% от их поверхностного значения.
Различают абсолютные и дифференциальные испытательные катушки. Абсолютные испытания катушек без использования эталонного объекта в другой катушке. Дифференциальные катушки вместо этого используют две катушки, соединенные последовательно друг с другом. Катушки могут иметь круглую форму, катушку или зонд для окружающих предметов, вставляемых в отверстия или перемещающихся по поверхностям.
Как и в случае с большинством методов неразрушающего контроля, вихретоковая дефектоскопия требует должным образом обученного специалиста.Одним из главных преимуществ метода является то, что он подходит для автоматизированных процессов, в которых приборы могут быть настроены так, чтобы игнорировать все, кроме неожиданных аномалий в проверяемых материалах.
Вихретоковая дефектоскопия применяется в некоторых неожиданных ситуациях, включая аттракционы, светофоры, решетки тюремных камер и т. Д., А также в некоторых более распространенных местах, таких как стальные здания и мосты.
Радиографические и визуальные системы
Гамма- и рентгеновский контроль — это давние методы оценки качества сварных швов.Эти методы упоминаются здесь лишь вскользь, поскольку они не попадают в категорию датчиков / детекторов. То же самое относится и к системам технического зрения, которые способны обнаруживать дефекты поверхности, такие как отслоение краски и т. Д.
Сводка
В этой статье представлено краткое обсуждение дефектоскопов с акцентом на ультразвуковые и вихретоковые методы обнаружения. Для получения дополнительной информации о других продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.Конкретную информацию по контролю сварных швов можно найти на сайте Американского общества сварщиков.
Прочие датчики Артикулы
Больше от Instruments & Controls
Системы неразрушающего ультразвукового контроля безопасной и надежной электроники: сканирующие акустические томографы Hitachi FineSAT и ES: Hitachi Review
1. Введение
Развитие электромобилей и все более совершенное автомобильное электронное управление создает растущий спрос на 100% -ный контроль неразрушающими методами, выполняемый для обеспечения надежности электронных компонентов, от которых зависят человеческие жизни.Все более компактные высокопроизводительные мобильные устройства также создают спрос на неразрушающий контроль с высоким разрешением. Чтобы реагировать на эти рыночные тенденции, Hitachi Power Solutions Co., Ltd. разработала и поставляет серию сканирующих акустических томографов FineSAT и серию высокоскоростных электронных сканирующих акустических томографов ES (см. Рисунок 1). Модели серии FineSAT имеют ряд различных функций сканирования и подходят для измерений как со стандартным, так и с высоким разрешением. Модели серии ES поддерживают высокоскоростные измерения и используются в качестве основного оборудования поточных систем контроля для силовых устройств, установленных на транспортных средствах.
Рисунок 1 — Сканирующий акустический томограф FineSAT типа V (слева) и высокоскоростной электронный сканирующий акустический томограф ES5100 (справа) Серия FineSAT имеет ряд различных функций сканирования и подходит для измерений с высоким разрешением, в то время как серия ES отличается высокой скоростью измерения.
2. Обзор сканирующих акустических томографов
2.1 Принцип обнаружения дефектов на основе ультразвуковых волн
Как показано на Рисунке 2, отражение и передача происходят на границе раздела слоев, когда ультразвуковые волны излучаются на образец, состоящий из слоев Medium 1 и Medium 2.Интенсивность отраженной волны ( R ) определяется как:
, где Z 1 и Z 2 — акустический импеданс среды 1 и среды 2, а I — интенсивность падающей волны.
Устройство, используемое для генерации ультразвуковых волн, излучаемых на образец, и приема отраженных волн обратно от образца, называется преобразователем. Сканирующие акустические томографы обеспечивают плоские измерительные изображения произвольной глубины внутри образца путем сканирования преобразователя в плоскости X-Y, обеспечивая при этом градуированное отображение интенсивности отраженной или прошедшей волны для ультразвуковой волны, принятой в каждой точке.Интенсивность отображается в оттенках серого.
Акустический импеданс — это мера того, насколько легко звук распространяется через среду. Он самый высокий для твердых веществ, более низкий для жидкостей и самый низкий для газов. Значения акустического импеданса газов как минимум на 3 порядка ниже, чем у твердых тел. Из-за такой большой разницы в акустическом импедансе почти 100% падающей волны отражается расслоениями и пустотами. В результате изображения, полученные методом отражения, обеспечивают большой контраст с окружающей средой, что позволяет обнаруживать дефекты.Для отслоений обнаружение возможно, когда зазор в направлении глубины составляет 5 нм (1) .
Рисунок 2 — Принцип обнаружения дефектов на основе ультразвуковых волн Когда ультразвуковые волны излучаются на образец, они отражаются от границ раздела. Когда газ присутствует на границе раздела, от этого места получается большая интенсивность отраженной волны, чем от других, что позволяет обнаружить его как дефект.
2.2 Матричный преобразователь для электронного сканирования
FineSAT использует одну линзу для фокусировки ультразвуковой волны, генерируемой одним генератором, и излучения ее на образец.Контрольное изображение получается путем использования преобразователя для механического сканирования ультразвукового луча в плоскости X-Y с минимальным шагом.
В отличие от этого, ES5100 использует метод электронного сканирования и матричный преобразователь, показанный на Рисунке 3, для выполнения измерения. Матричный преобразователь имеет большое количество осцилляторов (до 384 элементов), расположенных в виде полос. Используемые генераторы последовательно переключаются электронным способом (электронное сканирование), что позволяет мгновенно получать изображения шириной 30 мм в направлении Y.Технология фазированных решеток используется для изменения времени передачи и приема ультразвуковых волн от нескольких генераторов (до 32 элементов), что позволяет регулировать глубину фокуса в направлении Y.
Рисунок 3 — Схематическое изображение электронного сканирования и высокоскоростного измерения матричного преобразователя Мгновенное получение изображения шириной 30 мм становится возможным за счет последовательного переключения используемых генераторов. Глубиной фокуса можно управлять, регулируя синхронизацию передачи / приема ультразвуковых волн несколькими генераторами.
3. Технологии, поддерживающие проверки с высоким разрешением
3.1 Взаимосвязь между разрешением и характеристиками ультразвуковой волны
Растущая миниатюризация электронных устройств приводит к появлению мелких дефектов, существенно влияющих на функциональность, создавая растущую потребность в проверках с высоким разрешением. Преобразователи для измерения с высоким разрешением обычно имеют акустическую линзу на конце и излучают сфокусированный луч на образец. Диаметр пятна d луча, сфокусированного в воде, демонстрирует корреляцию, выраженную приведенной ниже формулой в терминах фокусного расстояния F , диаметра апертуры акустической линзы D и частоты ультразвуковой волны f .
Диаметр ультразвукового луча необходимо сузить для улучшения разрешения. Как указано в приведенной выше формуле, его можно сузить, уменьшив фокусное расстояние линзы F , увеличив диаметр апертуры линзы D или увеличив частоту ультразвуковой волны f . Но величина, на которую может быть уменьшено фокусное расстояние F , ограничена материалом и толщиной образца. Точно так же увеличение диаметра апертуры линзы D генерирует полное отражение ультразвукового луча, испускаемого из внешней части линзы в соответствии с законом Снеллиуса, предотвращая проникновение ультразвуковых волн в образец.Регулировка этих двух параметров улучшит разрешение только в ограниченной степени. Таким образом, несмотря на проблему увеличения затухания ультразвуковой волны в материалах по мере увеличения частоты волны, увеличение частоты является наиболее эффективным методом улучшения разрешения.
В моделях серииFineSAT используются две новые технологии, разработанные Hitachi Power Solutions: высокочастотный высокочувствительный преобразователь (преобразователь серии A) и новый тип дефектоскопа, который может выдавать узкие импульсы с поддержкой высокочастотной передачи.Новый дефектоскоп позволяет FineSAT поддерживать максимальную номинальную частоту 400 МГц нового преобразователя серии A, что является улучшением по сравнению с максимальной номинальной частотой 300 МГц обычного высокочастотного преобразователя (преобразователь ZnO).
3.2 Преимущества использования технологий для более высокого разрешения
На рис. 4 показаны результаты проверочных испытаний, проведенных для демонстрации преимуществ использования преобразователя серии A и нового дефектоскопа, упомянутого выше. Образец был создан из кремниевой (Si) пластины толщиной 550 мкм, на которой в виде искусственных дефектов образовались вмятины глубиной 170 нм.Другая пластина Si толщиной 150 мкм была прикреплена к первой пластине так, чтобы охватить область углублений внутри материала. Искусственные дефекты были двух разных форм. Один тип — прямоугольники длиной 2 мм и шириной от 1,0 до 300 мкм. На рисунке 4 (а) показаны результаты измерений для этого типа. Другой тип — круги диаметром от 1,0 до 128 мкм. На рисунке 4 (б) показаны результаты измерений для этого типа.
Верхние изображения для каждого типа дефекта — это изображения измерений, полученные при использовании обычного дефектоскопа с датчиком ZnO (12M2.0) номинальной частоты 300 МГц и фокусного расстояния 2,0 мм. Нижние изображения — это изображения измерений, полученные при использовании нового дефектоскопа с преобразователем (A16M2.0) с номинальной частотой 400 МГц и фокусным расстоянием 2,0 мм. Первая установка была способна обнаруживать прямоугольные дефекты шириной 2,5 мкм и круглые дефекты диаметром 8,0 мкм. Вторая установка, использующая новую технологию, смогла обнаружить прямоугольные дефекты шириной до 1,0 мкм (самые узкие из созданных) и круглые дефекты размером до 4.0 мкм в диаметре. Эти результаты демонстрируют улучшение способности обнаруживать дефекты.
На рисунке 5 показан пример измерения имеющейся в продаже крупномасштабной интегральной схемы (БИС) с более высоким разрешением. На рисунке 5 (а) показан результат измерения при использовании обычного дефектоскопа с преобразователем из ZnO (12M8.1) с номинальной частотой 300 МГц и фокусным расстоянием 8,1 мм. На рисунке 5 (б) показан результат измерения при использовании нового дефектоскопа с преобразователем (А16М8.1) номинальной частотой 400 МГц и фокусным расстоянием 8,1 мм. Как показывают профили интенсивности между точками A и B, для нового дефектоскопа, используемого с преобразователем серии A, был более высокий контраст света / темноты, чем для обычного дефектоскопа, используемого с преобразователем ZnO, и более четко видимая внутренняя структура .
Рисунок 4 — Результаты измерения искусственных дефектов в склеенной пластине На рисунке (а) показаны результаты измерения прямоугольных дефектов.На рисунке (b) показаны результаты для круглых дефектов. Верхние части каждой иллюстрации были получены с условием 300 МГц, а нижние части — с условием 400 МГц. Цифры внизу каждого изображения — это ширина и диаметр искусственного дефекта (мкм).
Рис. 5. Доступные в продаже изображения измерений LSI Фотография (a) — это изображение, полученное с помощью преобразователя с частотой 300 МГц. Фотография (b) — это изображение, полученное с помощью преобразователя 400 МГц. Графики внизу представляют собой профили ультразвуковых волн в поперечном сечении между точками A и B.Как показано, более четкий контраст света / темноты был получен с использованием преобразователя 400 МГц.
4. Возможность одновременного сканирования двух интерфейсов для выполнения 100% проверок
Как показано на левой стороне рисунка 6, обычная модель ES5100 выполняет формирование плоского изображения путем фокусировки ультразвуковой волны на границе раздела для обнаружения дефектов и применения затвора к форме волны, отраженной обратно от интерфейса. Таким образом, одно измерение, выполненное одним матричным преобразователем, позволяет наблюдать только одну границу раздела (измерение с одним преобразователем / с одним вентилем).
Но на практике ситуации, в которых нужно наблюдать только один интерфейс, редки. Требуются контрольные изображения нескольких интерфейсов, поэтому Hitachi Power Solutions разработала технологию, позволяющую сканировать два интерфейса одновременно (измерение с одним датчиком / с двумя затворами). Эта технология фокусирует ультразвуковую волну около середины соседних интерфейсов, применяет затвор к форме волны, отраженной обратно от двух интерфейсов до и после фокального положения в направлении распространения ультразвуковой волны, и вводит результат в процессор сигналов для определения высоты импульса. анализ.
Поскольку этот метод не связывает точку фокусировки с интерфейсами, которые отражают форму сигнала обратно после применения затвора, ожидалось, что он пропустит дефекты из-за падения интенсивности сигнала. Поэтому компания провела проверочное испытание, используя условия измерения, обычно используемые при измерении силовых устройств (шаг 0,2 мм). Как показано на Рисунке 7, было обнаружено, что, несмотря на ухудшение изображения, само обнаружение возможно. Таким образом, этот метод был объединен с технологией обработки изображений, чтобы работать над его улучшением и сокращением пропущенных дефектов.
Рисунок 6 — Измерение с одним датчиком / двумя затворами Иллюстрация Метод с одним датчиком / одним затвором фокусируется на интерфейсе, который необходимо измерить, и захватывает волну, отраженную обратно от этого интерфейса, для формирования изображения. Метод с одним преобразователем и двумя затворами фокусируется между двумя соседними интерфейсами и формирует изображение, улавливая волны, отраженные от обоих интерфейсов.
Рисунок 7 — Захваченные изображения и улучшение качества изображения за счет одновременного сканирования двух интерфейсов Ожидалось, что падение интенсивности сигнала снизит эффективность обнаружения метода с одним датчиком / двумя воротами, но сочетание его с технологией повышения резкости улучшило изображение качество и предотвращение пропущенных дефектов.
5. Выводы
В этой статье обсуждаются высокоскоростные технологии обнаружения с высоким разрешением. Технологии высокоскоростного обнаружения дефектов помогают повысить надежность электронных компонентов, что становится все более важным требованием на фоне появления электромобилей и все более совершенного автомобильного электронного управления. Технологии обнаружения с высоким разрешением поддерживают современные мобильные устройства, которые становятся все более компактными и производительными.
В сериях FineSAT используется новый преобразователь серии A с номинальной частотой 400 МГц, а также новый дефектоскоп, поддерживающий его.Он продемонстрировал свою способность обнаруживать прямоугольные дефекты шириной всего 1 мкм и круглые дефекты диаметром всего 4 мкм. Серия ES выполняет электронное сканирование с помощью матричного преобразователя. Он отличается высокоскоростным обнаружением дефектов и еще больше увеличивает скорость за счет технологии, которая дает ему возможность сканировать два интерфейса одновременно. Ожидается, что в ближайшие годы тенденции в отношении электромобилей и все более совершенного автомобильного электронного управления будут усиливаться.Hitachi Power Solutions планирует удовлетворить эти потребности, работая над более совершенными технологиями высокого разрешения и высокоскоростного обнаружения дефектов.
ССЫЛКИ
- 1)
- Х. Ямамото и др., «Сканирующий акустический томограф для ускорения разработки процесса поверхностного монтажа», Hitachi Hyoron, 91, стр.