Czy głowice zanurzeniowe mogą mieć przewagę nad konwencjonalnymi?
Głównym zagadnieniem mapowania korozji w ujęciu ultradźwiękowym jest uzyskiwana rozdzielczość badania. Technika ultradźwiękowa bazująca na klasycznej zasadzie rozchodzenia się fali w badanym obiekcie pozwala na rejestrację zgodną z uzyskiwaną propagacją wiązki ultradźwiękowej. W wymiarze podstawowym korzystamy z głowic jedno lub dwuprzetwornikowych. Fala dostarczana jest poprzez kontakt głowicy z badanym elementem i jest to główny czynnik który wpływa na rodzaj uzyskanej wiązki ultradźwiękowej. Poniższy szkic ukazuje charakterystykę uzyskiwanej fali podczas badania głowicą w sposób kontaktowy.
Badanie głowicami klasycznymi pozwala na wykorzystania energii rozchodzenia się fali tylko w polu dalekim jest to bezpośrednio związane z występującymi fluktuacjami ciśnienia (wahaniami ciśnienia) w polu bliskim które skutecznie uniemożliwiają nam normalną obserwację w tym polu. Wykorzystanie wiązki w polu dalekim lub bliskim jest odpowiedzialne bezpośrednio za możliwości wykrywania korozji z zadowalającą nas rozdzielczością. Echo nadawcze (wstępne, zakłóceń itp.) które skutecznie zasłania nam pole widzenia podczas klasycznych badań głowicami kontaktowymi UT nie pozwala na praktyczne wykorzystanie zjawiska koncentracji wiązki w polu bliskim. Energia fali w polu bliskim N jest naturalnie skoncentrowana co daje nam możliwość wykorzystania tego zjawiska podczas badań zanurzeniowych. Poniższy szkic ukazuje charakterystykę propagacji fali ultradźwiękowej uzyskane z przetwornika ultradźwiękowego.
W dalszej części zagadnienia skoncentrujemy się na możliwościach jakie daje nam wykorzystanie pola bliskiego głowicy podczas mapowania korozji.
Zdecydowana większość mapowanych elementów to rurociągi, zbiorniki magazynowe oraz ciśnieniowe. Grubość ścianki waha się w zależności od rodzaju zbiornika oraz samego ciśnienia czynnika przechowywanego oraz jego rodzaju. Zakres grubości to zazwyczaj od 5 do 25 mm, rzadziej grubości powyżej 25 mm.
Wykorzystanie zjawiska koncentracji wiązki w polu bliskim ma też swoje ograniczenia ze względu na długość trwania tego pola. Dlatego zdecydowanie dużo lepsze zastosowanie techniki zanurzeniowej będzie podczas badania ścianek cieńszych.
Jaka jest podstawowa różnica ultradźwiękowej techniki zanurzeniowej od klasycznej ?
Generalnie technika korzysta z tego samego zjawiska rozchodzenia się fali ultradźwiękowej aczkolwiek różnica jest co do wykorzystania rodzaju wiązki propagowanej. Technika zanurzeniowa bezpośrednio czerpie zalety z koncentrowania się wiązki poprzez odpowiedni dobór specjalnych głowic immersyjnych. Głowice te propagują falę o ustalonym ogniskowaniu w zależności od odległości głowicy od badanego elementu. Zasadniczą różnicą jest również środowisko w którym są wykonywane badania zanurzeniowe. Pełne zanurzenie w wodzie lub wykorzystanie kolumny wody czy strumienia daje nam możliwość uzyskania niebywale stabilnego impulsu, co przekłada się na jakość samego badania. Poniżej przedstawiono zarys techniki zanurzeniowej oraz zdjęcie z klasycznym wykorzystaniem głowicy podczas badań elementów o wysokich wymaganiach jakościowych.
W technice klasycznej głowica styka się bezpośrednio z badanym elementem co nie daje nam możliwości ustawienia przetwornika względem badanego elementu. Uzyskujemy możliwość badania ale wyłącznie w polu dalekim, gdzie energia wiązki jest tłumiona w stosunku do przebytej drogi. Rozdzielczość takiego badania jest naturalnie dużo gorsza niż w przypadku wykorzystania wiązki skoncentrowanej.
W jaki sposób uzyskujemy koncentrowanie się wiązki podczas mapowania?
Szkic poniżej przedstawia podstawową zasadę z której korzystają rozwiązania oparte na głowicach zanurzeniowych w technice kolumnowej.
Znając wartość ogniskowania poszczególnych przetworników wykorzystywanych podczas badań możemy przewidzieć jaki zasięg koncentracji w badanym elemencie uzyskamy. Dobór odpowiedniego przetwornika generuje zakres uzyskiwanego ogniskowania. Główna zasada opiera się na niezmiennych zasadach matematycznych, do których zaliczymy zasadę iż kąt odbicia jest równy kątowi padania. Poniżej kilka przykładów wykorzystania przetworników o różnym ogniskowaniu w celu uzyskania interesującego nas ogniskowania wiązki.
Przetworniki zanurzeniowe:
1. średnica Ø 6 mm – 10 MHz – ogniskowanie 40 mm – koncentracja wiązki w materiale – 3 mm
2. średnica Ø 10 mm – 5 MHz – ogniskowanie 50 mm – koncentracja wiązki w materiale – 6.25 mm
3. średnica Ø 10 mm – 5 MHz – ogniskowanie 75 mm – koncentracja wiązki w materiale – 12.5 mm
Gdzie zastosowano opisaną technikę?
Firma Silverwing oparła swój flagowy system do mapowania korozji RMS2 na technice zanurzeniowej ze względu na wysoką rozdzielczość uzyskiwanych wyników. Pójście w tym kierunku było związane z wieloletnim doświadczeniem firmy Silverwing w zagadnieniach związanych z mapowaniem korozji. Bezpośrednie doświadczenia które były związane z badaniami przeprowadzanymi u klientów z branży petrochemicznej pozwoliły na znalezienie rozwiązania, które zapewniłoby wysoką rozdzielczość uzyskiwanych wyników co bezpośrednio przekłada się na jakość oferowanych usług laboratoryjnych.
Firma Silverwing oferuje system RMS2 oparty właśnie na tym rozwiązaniu.
Co uzyskujemy wykorzystując głowice oparte na przetwornikach zanurzeniowych?
Wysoka rozdzielczość
Zaletą tej techniki jest niewątpliwie wysoka rozdzielczość uzyskanych skanów. 0,5 mm w mapowaniu korozji to wynik niewątpliwie dobry zważając na możliwości klasycznej techniki ultradźwiękowej. Obrazy c-scan uzyskane z tej metody są bezkonkurencyjne lecz o tym w następnym blogowym wpisie.
Wysoka stabilność sygnału
Wysoka stabilność sygnału w tej technice pozwala na badania z prędkością przemieszczania się głowicy, aż do 730 mm/s co wyraźnie przyśpiesza badanie. Technika zanurzeniowa daje również możliwość stabilnego, powtarzalnego badania co pozwala na nie obarczoną błędem analizę wyników archiwalnych w odniesieniu do badań aktualnych w przyszłości.
Technika zanurzeniowa szeroko wykorzystywana w branżach o wysokich wymaganiach jakościowych, do których zaliczymy branżę lotniczą już dawno zatwierdziła technikę zanurzeniową jako podstawową metodę badań nieniszczących objętościowych. Od nas zależy czy będziemy chcieli skorzystać z zalet takiego podejścia, niewątpliwie możliwości które daje nam technika zanurzeniowa pozwalają na wydatne podniesienie możliwości wykrywania korozji w przemyśle opartym na elementach stalowych co bezpośrednio przekłada się na obniżenie częstotliwości występowania kosztownych awarii.
