Med Phased Array-teknik har automatiserade tester banat vägen för helt nya möjligheter.
Automatisering av system för ultraljudprovning har praktiserats i årtionden. Behov av att kunna inspektera områden med begränsat utrymme, höga eller låga temperaturer, radioaktiv strålning eller andra begränsande förhållanden har gjort det nödvändigt utveckla scanners och robotar som ersätter manuell ultraljudprovning. Men nödvändigheten att dokumentera data, öka probability of detection eller helt enkelt för att spara utgifter för byggnadsställningar, spelar också en stor roll i införandet av automatiserade tester.
Phased array ultrasonic test (PAUT), kom på banan redan på 60-talet. Det är först de senaste 10-15 åren som det blivit en etablerad teknik inom oförstörande provning. Phased Array är en ultraljudsteknik baserad på phased array-teknologi. En phased array probe består av ett antal små piezoelektriska element, som vart och ett sänder ut ultraljud. På en konventionell ultraljudsprobe finns det bara en eller två ljudgivare. Genom att koordinera ultraljudet från de enskilda elementen kan man på elektrisk väg styra fältet. Det betyder att en större andel av volymen av ett ämne kan undersökas från en förhållandevis liten kontaktyta.
Som ett resultat av detta kan en svetsfog undersökas med 1-dimensionell scanningslinje. För konventionellt ultraljud hade det krävts en 2-dimensionell skanning.
Figur 1: 3D datapresentation från automatiserat Phased array av en stumsvets.
Generellt öppnas det massor med möjligheter med Phased array-teknik. Automatiserade 3D phased array-lösningar möjliggör provning av komplexa ämnen med precis mätning av storlek och placering av indikationer. 3D databehandlingen beaktar ämnets komplexa geometri och hur ljudet utbreder sig i ämnet. Som resultat får man en precis bild av ämnet med placering av indikationer på fel och korrosion.
Ett automatiserat phased array-system består i huvudsak av fyra enheter:
- En scanner som utför det mekaniska arbetet med att transportera proberna
- En styrenhet för motorer i scannern
- En ultraljudsenhet som sänder och tar emot ljud
- En dator som samlar in ultraljuddata och positioner och koordinerar signalerna.
Enheterna kan vara samlade eller i flera system, och datorn kan vara integrerad i systemet. P-scan stack är ett exempel på en utrustning där en scanner kontrollerar ultraljudsprocesser, samt då det är nödvändigt, en vattenpump, är samlat i ett system. Det är viktigt att använda den utrustning som passar den specifika uppgiften. För att välja rätt skanner skall man känna till ämnet och platsförhållanden. Är ämnet exempelvis tillverkat av kolstål, är en skanner med magnethjul ett uppenbart val. Men handlar det om ett autentiskt stål krävs andra val. Platsförhållanden kring skannern måste beaktas. I många fall är det nödvändigt att utveckla en skanner för en specifik uppgift, därför att omgivningen kräver att skannern har en speciell geometri eller skall kunna klara extraordinära förhållanden.
Vid val av probe-setup skall ämnets geometri, svetsfog och material tas i beaktande. En skanningsplan måste upprättas, så att all relevant volym blir täckt, och så att ljudets utbredningsvinklar blir anpassade så att kritiska fel kan upptäckas. Phased array-enheten skall väljas så att den kan den probe setup som skall användas. Parametrar som antal kanaler, upplösning och maximal datamängd skall värderas.
Fördelarna med att utföra en automatiserad phased array test är många. I vissa fall är automatiseringen nödvändig på grund av omständigheterna. Men i många fall är en automatiserad lösning en fördel, även om åtkomstmöjligheterna är ideala.
Undersökningar har visat att ”probability of detection”, alltså sannolikheten för att hitta fel i ett ämne, ökar markant när undersökningen utförs automatiserad. Bland annat för att den mänskliga faktorn spelar mindre roll i ett automatiserat test. Undersökningen systematiseras och man får en bättre överblick när alla data samlas.
Ett område där automatiserad ultraljudprovning är nödvändigt är onsite-inspektioner i kärnkraftverk. Den uppenbara orsaken är hög strålningsnivå som gör att personal inte skall vara där. Men en lika viktig orsak är att sprickor och liknande i systemen kan få katastrofala följder, ock därför måste hittas. Det finns därför ett behov av att hitta indikationer på sprickor mycket precist och dokumentera undersökningen. Det betyder att om man observerar en början på en spricka kan man följa utvecklingen och lägga ihop observationerna från år till år.
Figur 3: 3D datapresentation av automatiserat Phased array provning av en svets på en studs.
Exemplet i figur 3 visar en undersökning av en svets på en tapp till tryckvattenanläggningen i ett kärnkraftverk. Tappen har en komplex geometri och dessutom en komplicerad materialsammansättning. Därför är 3D phased array ett naturligt val när det skall mätas precisa felstorlekar och placeringar.
En annan användning är i drift korrosionsmätning av tätningsytorna i flänsar. Många har försökt med manuellt ultraljud och phased array tekniker till att undersöka flänsar. Men på grund av deras komplicerade geometri är mätningarna inte speciellt pålitliga. Dessutom är flänsarna ofta placerade utomhus, t.ex. i offshore där vind och väder kan vara en stor utmaning, om trovärdiga mätningar skall kunna göras. Med en automatiserad eller semiautomatiserad phased array lösning kan flänsarna scannas snabbt och precist, medan den mer komplicerade utvärderingsprocessen kan utföras under mer bekväma förhållanden. Med 3D-utvärdering tas flänsarnas komplicerade geometri i beaktande så att områden med korrosion blir korrekt detekterade. Detta trots att ultraljuden blir reflekterat på de olika geometrierna.
Därmed kan man också se om det förekommer korrosion på tätningsytorna, där små korrosionsangrepp kan ge upphov till läckage, eller bara generell korrosion där angreppet skall vara mer omfattande för att det skall vara kritiskt.
Figur 4: Semiautomatiserad undersökning av korrosion på flänstätningsytorna.
Automatiserad phased array används mer och mer inom oförstörande provning. Tillämpningarna blir fler och fler. Samtidigt utvecklas phased array-tekniken kontinuerligt, så att det hela tiden kommer ut ny, mer avancerad, utrustning med nya möjligheter på marknaden.
Av Anne Marie Thommesen, översatt och bearbetat av Tomas Tränkner
