PAUT, PWI, PCI 및 TFM 기술 비교해 보기

다기능 다중 기술 솔루션인 OmniScan X4™ 결함 감지기의 모든 모델은 Evident가 제공하는 모든 초음파 검사(UT) 기법을 탑재하고 있습니다.

• 일반 UT
• 위상 배열 초음파 검사(PAUT)
• TOFD(ime-of-flight diffraction)
• TFM(Total focusing method)
• PCI(Phase coherence imaging)
• PWI(Plane wave imaging)
• 트윈 TFM/PCI

이러한 고급 이미징 기능과 사용하기 쉬운 인터페이스를 함께 사용하면 숙련도에 상관없이 모든 OmniScan X4 사용자가 용접부 및 부품을 빠르고 신뢰할 수 있는 방식으로 검사할 수 있습니다.

노후화되는 인프라는 고온수소침식(HTHA), 황화수소(H2S), 크리프 손상과 같은 복잡한 손상 메커니즘의 영향을 받을 수 있습니다. 이러한 결함은 초음파 빔 및 형태, 크기 그리고 손상의 각도와 관련된 내재적 한계 때문에 일반 UT 또는 PA만으로는 감지하기가 특히 어렵습니다. 이러한 결함을 제대로 구분하려면 다양한 기법과 도구를 사용할 수 있어야 유리합니다.

그런데 결함 유형에 따라 가장 적합한 기법은 무엇일까요? FMC, TFM, PCI, PWI는 NDT 분야에서 비교적 새로운 기술에 속합니다. 숙련된 위상 배열 실무자 조차도 이러한 새로운 초음파 기술에 익숙하지 않을 수 있습니다. 저는 여러분에게 설명하는 대신 직접 보여드리기로 했습니다. 그래서 TFM, PCI, PWI를 충분히 이해할 수 있도록, 저는 일반적인 용접 결함, 즉 지붕 용입 부족(LORP) 및 HTHA 손상을 포함한 표준을 대상으로 몇 가지 이미징 실험을 수행했습니다.

TFM, PCI, PWI의 차이점은 무엇일까요?

이미징을 비교하기 전에, 각 이미징 기법의 작동 원리를 이해하기 쉽게 요약해 드리겠습니다.

• FMC: 단일 위상 배열(PA) 프로브로부터 포괄적인 파형 데이터 세트를 획득하기 위한 펄스-리시브 시퀀스입니다. 이 시퀀스는 모든 요소에 대해 수신할 때 하나의 요소를 펄싱합니다. 배열의 각 요소가 개별적으로 펄싱될 때까지 이 프로세스가 반복됩니다.
• PWI: FMC보다 적은 양의 파형 데이터를 포착하는 펄스-리시브 시퀀스입니다. 이 방법에서는 다중 요소 조리개가 펄싱되며 모든 요소에 대해 신호가 수신됩니다. 사용자가 정의한 모든 빔이 수집될 때까지 이 프로세스가 반복됩니다.
• TFM: FMC 또는 PWI 중 무엇을 사용하든, 각 송-수신기 조합으로 수집한 데이터가 지연 및 합계 알고리즘을 통해 처리되어 “모든 곳에 초점이 맞는” 이미지를 생성합니다. 획득된 기본적 송신 및 수신 데이터(A 스캔)의 모든 조합을 합성하여 송신 및 수신 모두에 합성 빔포밍을 적용합니다.

동영상을 통해 Inspectioneering 웹사이트에서 TFM의 기본 원리에 대해 알아보세요.

• PCI: TFM의 변형으로 진폭을 활용하지 않는 PCI는 FMC 데이터를 사용하지만, 위상 정보만 보존되고 진폭은 무시됩니다. 그 다음, 합산된 신호 진폭 대신 A 스캔 간 위상 일관성 수준을 기반으로 이미지가 생성됩니다. A 스캔의 주파수 분포를 분석하여 위상 일관성을 평가합니다.

용접 검사 비교: PAUT와 FMC와 PWI 비교

첫 번째 비교를 위해, 기법을 세 가지로 조합하여 이미지를 생성했습니다. 사용한 매개변수를 다음과 같습니다.

• PAUT: 0.5° 단계의 40°~70° 복합 스캔
• TFM 및 PCI를 사용한 FMC: 더블 두께 구역이 있는 T-T 모드(전체 매트릭스 및 스파스 구성)
• TFM 및 PCI를 사용한 PWI: 더블 두께 구역이 있는 T-T 모드(다양한 각도 단계의 40°~70° 각도)

진폭 데이터

PAUT, FMC 및 PWI 진폭 데이터를 비교하기 위해 최적의 스캔 매개변수가 사용되었습니다. PWI를 위한 “전체 스파스” FMC 및 1°의 각도 단계. 이 비교에서는, 지붕 용입 부족(LORP) 팁 신호가 80%로 정규화되었습니다.

여기서 이러한 여러 기술의 신호가 비슷하다는 것을 볼 수 있습니다. PWI는 검사 영역 뒤에 원하지 않는 에코를 보여줍니다(빨간색 원). PWI는 FMC보다 대략 두 배의 스캔 속도를 지원합니다. 그러나 PAUT 결과도 그만큼 우수하며 검사 속도는 훨씬 더 빠릅니다.

위상 데이터

기본 PCI 색상 팔레트를 사용하면, PWI/PCI는 FMC/PCI보다 눈에 띄게 약한 신호를 반환합니다. 그러나 색상 팔레트를 조정하면(줌 사용), PWI/PCI의 신호 잡음이 더 많아지지만, 손상 징후의 모든 측면이 여전히 감지됩니다.

여기서 PWI가 더 빠른 스캔 속도를 지원하지만, 속도가 증가함에 따라 품질이 저하되어 신호 품질 측면에서 상당한 악영향이 발생하는 것을 볼 수 있습니다.

진폭: 스파스

다음 이미지 세트에는 “스파스 1/2” 파이어링 설정을 사용했습니다. 이로 인해 결함의 잡음 수준이 영향을 받았습니다. LORP의 경우, 신호 대 잡음비(SNR)가 30.8dB에서 29.4dB로 변경되었고, 지단 균열의 경우 SNR이 25.6dB에서 23.1dB로 변경되었습니다.

스파스 1/2 상태에서 스캔 속도가 1° 각도 단계의 PWI와 동등하며 원하지 않는 신호 측면의 단점을 나타나지 않는 것을 볼 수 있습니다.

진폭: 제한된 PWI 각도

이에 비해, PWI 각도 단계가 증가됨에 따라 신호 품질이 급격히 저하되는 것을 볼 수 있습니다.

HTHA 검사 비교: PAUT와 FMC와 PWI 비교

두 번째 기법 비교를 위해 세 가지 기법 조합과 매개변수를 사용하여 생성한 검사 이미지를 살펴보겠습니다.

• PAUT: 40요소 조리개를 사용하는 0° 선형 스캔
• FMC를 사용하는 TFM 및 PCI: L-L 모드(전체 매트릭스 및 스파스 구성)
• PWI를 사용하는 TFM 및 PCI: L-L 모드(다양한 각도 단계의 −20°~+20° 각도)

진폭 데이터

PAUT, FMC 및 PWI 진폭 데이터를 비교하기 위해 다음과 같은 스캔 매개변수가 사용되었습니다. PWI를 위한 “전체 스파스” FMC 및 1°의 각도 단계.

이 비교를 위해, 127mm 스캔 거리에서 격리 신호가 100%로 정규화되었습니다.

여기서 PAUT가 훨씬 더 빠른 스캔 속도를 지원하지만 신호는 FMC 및 PWI를 통해 얻은 정보와 차이가 크다는 것을 볼 수 있습니다. HTHA는 이 기술을 매우 유용하게 사용할 수 있는 응용 분야입니다. PWI는 하단 모서리에서 신호를 생성하지 않고 백월(back wall) 신호가 더 약하지 않은 상태에서 FMC보다 더 많은 정보를 반환합니다.

위상 데이터

기본 PCI 색상 팔레트를 사용하면, PWI/PCI는 FMC/PCI보다 더 약한 신호를 반환합니다. 그러나 색상 팔레트를 조정하면(줌 사용), PWI/PCI는 HTHA 손상에 대한 세부 정보를 더 많이 보여줍니다.

또한, 여기서 PWI가 더 빠른 스캔 속도를 구현하는 것을 볼 수 있습니다.

위상: 스파스

PCI의 통계적 성격 때문에 스파스 파이어링은 일반적으로 권장되지 않습니다. 그러나, 이는 이 구성의 신호에 영향을 주지 않습니다. 스파스 1/2 파이어링을 사용하여 얻은 스캔 속도는 1° 각도 단계의 PWI보다 더 빠릅니다.

위상: 제한된 PWI 각도

TFM에서 발생한 신호 저하가 PCI에서도 나타납니다.

결론

이러한 이미징 기법 비교, 즉 용접 검사 시 PAUT와 FMC와 PWI 비교, 그리고 HTHA 검사 시 PAUT와 FMC와 PWI 비교는 다음과 같은 결론을 제시합니다.

25.4mm V 용접 검사

PAUT는 탁월한 결과를 제공합니다. FMC-TFM 및 PWI-TFM과 유사한 결과를 제공했지만, 상당히 더 높은 검사 속도를 달성했습니다.

접촉 상태의 10L64-A32 프로브를 사용한 HTHA 검사

TFM 또는 PCI 기술 중 무엇을 사용하든 PWI는 PAUT 및 FMC을 능가합니다. PAUT에 비해 스캔 속도가 느리지만, PWI는 감지 확률을 높입니다.

참고: 우수한 신호 대 잡음비(SNR)를 유지하려면 각도 단계가 작거나 PWI 빔의 수가 많아야 합니다.

자동, 반자동, 수동 스캔 방법 중 무엇을 사용하든, OmniScan X4 결함 감지기는 위에서 언급한 모든 UT 기술을 지원합니다. 경우에 따라, 감지 확률을 높이기 위해 동일한 검사에 여러 기법을 함께 사용하여 더 쉽게 손상 징후를 파악하고 크기를 측정할 수 있습니다.

더 자세한 내용을 알고 싶으시면 현지 Evident 담당자에게 문의하거나 Evident에 문의해 주시기 바랍니다.