Eine vielseitige Lösung mit mehreren Technologien; jedes Modell des OmniScan X4™ Prüfgeräts ist vollständig mit allen Ultraschallprüfverfahren (UT) ausgestattet, die wir anbieten:

• Konventionelle Ultraschallprüfung
• Phased-Array-Ultraschallprüfung (PAUT)
• Laufzeitbeugung (TOFD)
• Total Focusing Method (TFM)
• Phase Coherence Imaging (PCI)
• Plane Wave Imaging (PWI)
• Twin TFM/PCI

Die Kombination dieser fortschrittlichen Bildgebungsfunktionen mit einer einfach zu bedienenden Benutzeroberfläche ermöglicht es Anwendern aller Qualifikationsstufen, mit dem OmniScan X4 schnelle und zuverlässige Prüfungen von Schweißnähten und Komponenten durchzuführen.

Unsere alternde Infrastruktur kann von komplexen Schadensmechanismen wie Hochtemperatur-Wasserstoffangriff (HTHA), Schwefelwasserstoff (H2S) und Kriechschäden betroffen sein. Diese Fehler sind mit herkömmlichen UT- oder PA-Methoden besonders schwer zu erkennen, da der Schallstrahl sowie die Form, die Größe und der Winkel der Beschädigung Einschränkungen mit sich bringen. Es ist von Vorteil, wenn man verschiedene Techniken und Instrumente nutzen kann, um sie richtig zu erkennen.

Aber welche Technologie ist für welchen Fehlertyp am besten geeignet? FMC, TFM, PCI und PWI sind relativ neu im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung – selbst erfahrene Anwender der Phased-Array-Ultraschallprüfung sind mit einigen dieser neuen Ultraschalltechnologien möglicherweise nicht vertraut. Statt viel zu erzählen, habe ich mich entschieden, Ihnen die Unterschiede zu zeigen. Um TFM, PCI und PWI zu erklären, führte ich einige Versuche an Prüfstandards mit typischen Schweißfehlern durch und machte entsprechende Aufnahmen, beispielsweise für unzureichenden Wurzeleinbrand (LORP) und HTHA-Schäden.

Was ist der Unterschied zwischen TFM, PCI und PWI?

Bevor wir einen Blick auf die Bildgebungsvergleiche werfen, möchte ich kurz die Funktionsweise der einzelnen Bildgebungsverfahren in allgemeiner Form erläutern:

• FMC: Eine Impuls-Empfangs-Sequenz, die darauf ausgelegt ist, einen umfassenden Satz von Wellendaten mit einer einzelnen Phased-Array-Sonde (PA) zu erfassen. Die Sequenz sendet nacheinander Impulse der einzelnen Elemente, die von allen Elementen empfangen werden. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis jedes Element im Array einen Impuls gesendet hat.
• PWI: Eine Impuls-Empfangs-Sequenz, die im Vergleich zu FMC weniger Wellendaten erfasst. Bei dieser Methode werden Impulse durch Aperturen mit mehreren Elementen gesendet und Signale von allen Elementen empfangen. Der Vorgang wird so lange wiederholt, bis alle benutzerdefinierten Strahlen erfasst wurden.
• TFM: Die Daten, die von jeder Sender-Empfänger-Kombination, sei es mit FMC oder PWI, erfasst werden, werden mit Delay-and-Sum-Algorithmen verarbeitet, um ein „überall fokussiertes“ Bild zu erzeugen. Die synthetische Strahlformung wird sowohl bei der Übertragung als auch beim Empfang angewandt, indem alle Kombinationen der erfassten elementaren Sende- und Empfangsdaten (A-Scans) synthetisiert werden.

Sehen Sie sich unser Video zu den Grundprinzipien von TFM auf der Inspectioneering Website an.

• PCI: Eine amplitudenfreie TFM-Variante; die Phasenkohärenz-Bildgebung verwendet FMC-Daten, wobei nur die Phaseninformationen erhalten bleiben und die Amplituden verworfen werden. Ein Bild wird dann je nach dem Grad der Phasenkohärenz zwischen den A-Scans erzeugt, nicht aus den summierten Signalamplituden. Die Phasenkohärenz wird durch Analyse der Frequenzverteilung der A-Scans bewertet.

Vergleich der Schweißnahtprüfungen: PAUT vs. FMC vs. PWI

Im ersten Vergleich habe ich Bilder mit drei verschiedenen Technikkombinationen erstellt. Hier die von mir verwendeten Parameter:

• PAUT: Compound-Scan von 40° bis 70° mit einem Schritt von 0,5°
• FMC mit TFM und PCI: T-T-Modus mit doppeldichter Zone (Vollmatrix- und Sparse-Konfiguration)
• PWI mit TFM und PCI: T-T-Modus mit doppeldichter Zone (Winkel 40° bis 70° mit variierenden Winkelschritten)

Amplitudendaten

Für den Vergleich der PAUT-, FMC- und PWI-Amplitudendaten wurden optimale Scanparameter verwendet: Full sparse FMC und einem Winkelschritt von 1° für PWI. Für diesen Vergleich wurde das Spitzensignal des unzureichenden Wurzeleinbrand (LORP) auf 80 % normiert.

Hier sehen wir, dass die Signale der verschiedenen Technologien vergleichbar sind. PWI zeigt ein unerwünschtes Echo außerhalb des Prüfbereichs (rot eingekreist). PWI ermöglicht eine Abtastgeschwindigkeit, die etwa doppelt so hoch ist wie die von FMC. Die Ergebnisse mit PAUT sind ebenso gut, die Prüfgeschwindigkeit aber deutlich höher.

Phase-Daten

Mit der Standard-PCI-Farbpalette liefert PWI/PCI ein deutlich schwächeres Signal als FMC/PCI. Wenn die Farbpalette jedoch angepasst (gezoomt) wird, zeigt PWI/PCI ein lauteres Signal und zeigt auch, dass alle Aspekte der Anzeige noch immer erkannt werden.

Wir sehen hier, dass PWI zwar eine schnellere Abtastgeschwindigkeit ermöglicht, aber einen erheblichen Kompromiss bei der Signalqualität darstellt, wobei die Qualität mit zunehmender Geschwindigkeit schlechter wird.

Amplitude: Sparse (Leer)

Für die nächste Bilderserie verwendete ich die Einstellung „Sparse 1/2“ für das Firing. Dies beeinflusste das Rauschverhalten der Fehler: Bei LORP sank das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von 30,8 dB auf 29,4 dB; bei dem Zehenriss sank es von 25,6 dB auf 23,1 dB.

Wir sehen hier, dass die Scangeschwindigkeit mit Sparse 1/2 der von PWI mit einem 1°-Winkelschritt entspricht, ohne den Nachteil der unerwünschten Signale.

Amplitude: Begrenzte PWI-Winkel

Im Vergleich dazu sehen wir eine rasche Abnahme der Signalqualität, wenn der PWI-Winkelschritt erhöht wird.

HTHA-Inspektionsvergleich: PAUT vs. FMC vs. PWI

In unserem zweiten Technikvergleich werfen wir einen Blick auf Inspektionsbilder, die mit drei verschiedenen Technikkombinationen und Parametern erstellt wurden:

• PAUT: 0° Linear-Scan mit einer 40-Elemente-Apertur
• TFM und PCI mit FMC: L-L-Modus (Vollmatrix- und Sparse-Konfiguration)
• TFM und PCI mit PWI: L-L-Modus (Winkel −20° bis +20° mit variierenden Winkelschritten)

Amplitudendaten

Zum Vergleich der PAUT-, FMC- und PWI-Amplitudendaten wurden diese Scanparameter verwendet: „Full sparse“ FMC und einem Winkelschritt von 1° für PWI.

Für diesen Vergleich wurde ein isoliertes Signal mit 127 mm Prüfdistanz auf 100 % normiert.

Wir sehen hier, dass PAUT eine viel schnellere Abtastgeschwindigkeit ermöglicht, aber das Signal kommt nicht einmal annähernd an die Informationen heran, die wir mit FMC und PWI erhalten können. HTHA ist eine Anwendung, bei der diese Technologien zum Einsatz kommen. PWI liefert mehr Informationen als FMC, ohne die Signale in der unteren Ecke zu erzeugen und ein schwächeres Rückwandsignal zu haben.

Phase-Daten

Bei Verwendung der Standard-PCI-Farbpalette liefert PWI/PCI ein schwächeres Signal als FMC/PCI. Wenn die Farbpalette jedoch angepasst (gezoomt) wird, zeigt das PWI/PCI mehr Details der HTHA-Schäden an.

Wir sehen hier, dass PWI auch eine bessere Scangeschwindigkeit ermöglicht.

Phase: Sparse (Leer)

Aufgrund der statistischen Natur von PCI wird Sparse-Firing normalerweise nicht empfohlen. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf das Signal bei dieser Konfiguration. Die Prüfgeschwindigkeit mit Sparse 1/2 Firing ist höher als bei PWI mit einem Winkelschritt von 1°.

Phase: Begrenzte PWI-Winkel

Die gleiche Signalverschlechterung wie bei TFM tritt auch bei PCI auf.

Zusammenfassung

Diese Vergleiche der Bildgebungstechnologien zur Schweißnahtprüfung: PAUT vs. FMC vs. PWI und HTHA-Prüfung PAUT vs. FMC vs. PWI – erlaubten folgende Schlussfolgerungen:

25,4 mm V-Schweißnahtprüfung

PAUT überzeugte – die Ergebnisse sind mit FMC-TFM und PWI-TFM vergleichbar, jedoch ist die Prüfgeschwindigkeit deutlich höher.

HTHA-Prüfung mit einem 10L64-A32 Prüfkopf im Kontaktmodus

PWI übertrifft PAUT und FMC, unabhängig davon, ob TFM- oder PCI-Technologie verwendet wird. Trotz der niedrigeren Prüfgeschwindigkeit im Vergleich zu PAUT erhöht PWI die Erkennungswahrscheinlichkeit.

Hinweis: Um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) aufrechtzuerhalten, sind ein kleiner Winkelschritt oder viele PWI-Strahlen erforderlich.

Ob automatisierte, halbautomatisierte oder manuelle Prüfmethoden – das OmniScan X4 Prüfgerät unterstützt alle erwähnten Ultraschalltechnologien. In manchen Fällen können mehrere Technologien für eine Prüfung kombiniert werden, um die Erkennungswahrscheinlichkeit zu steigern und die Identifizierung und Größenbestimmung von Fehlern zu erleichtern.

Wenn Sie an weiteren Einzelheiten interessiert sind, wenden Sie sich bitte an Ihren Evident-Vertreter vor Ort oder kontaktieren Sie uns.