omniscan x3使用總聚焦法（TFM）檢測H2S逐步裂紋損傷

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煉油廠的 H 2 S損傷檢查

無損檢測員檢查員對(duì)煉油廠很重要-有太多要檢查的組件，因此確保無誤的關(guān)鍵位置至關(guān)重要。由于影響煉油廠零件的損壞機(jī)制數(shù)量眾多，因此檢查員需要對(duì)整個(gè)過程和每個(gè)組件的風(fēng)險(xiǎn)有很好的了解。

在精煉設(shè)備上尋找的常見劣化方法之一是濕式硫化氫（H 2 S）裂解。顧名思義，當(dāng)碳鋼零件暴露于硫化氫和濕氣中時(shí)，可能會(huì)發(fā)生濕H 2 S裂紋。濕H 2 S裂紋包含多種類型的破壞機(jī)制，包括氫致裂紋（HIC），硫化物應(yīng)力裂紋（SSC），起泡和逐步裂紋（見圖1）。本應(yīng)用筆記將重點(diǎn)討論后兩者，兩者之間有著千絲萬縷的聯(lián)系。上海玖橫儀器有限公司-奧林巴斯北京代理

圖1-HIC引起的水泡和逐步開裂的圖片上海玖橫儀器有限公司-奧林巴斯上海代理

起泡和逐步開裂

起泡是指由于收集氫氣而產(chǎn)生的地下空腔。隨著時(shí)間的流逝，這些空隙表現(xiàn)為地下“水泡”。氫氣的積累終會(huì)在零件內(nèi)產(chǎn)生足夠的壓力，這些水泡會(huì)試圖通過連接而膨脹。這些氣泡的連接被稱為逐步開裂，這對(duì)組件的結(jié)構(gòu)完整性非常不利。如果水泡成功連接，金屬強(qiáng)度將大大降低，并且災(zāi)難性故障的風(fēng)險(xiǎn)迫在眉睫。

用例

本應(yīng)用筆記使用了25毫米（1英寸）厚的具有已知H 2 S氣泡和逐步開裂的碳鋼構(gòu)件（圖2）。

圖2-已知H 2 S損壞的碳鋼構(gòu)件

檢查水泡時(shí)的挑戰(zhàn)

超聲波檢查（UT）已被用于證明煉油廠中碳鋼和其他材料的結(jié)構(gòu)完整性多年。將UT應(yīng)用于起泡和逐步裂紋檢測時(shí)，存在兩個(gè)主要挑戰(zhàn)。一個(gè)是將水泡與后壁的全部損失（由于腐蝕或材料損失）區(qū)分開來。檢查人員可能會(huì)誤解UT數(shù)據(jù)，并認(rèn)為從起泡反射的信號(hào)代表組件的末端（后壁）。這可能導(dǎo)致不必要的組件報(bào)廢和報(bào)廢。上海玖橫儀器有限公司-奧林巴斯天津代理

第二個(gè)挑戰(zhàn)是錯(cuò)過檢測在水泡之間形成的逐步裂紋的高可能性。由于通常以零度執(zhí)行UT檢查以檢查基材，因此帶有逐步裂紋的信號(hào)的入射角（或反射率）可能不是佳的（參見圖3）。在這種情況下，探頭可能無法接收從階梯狀裂縫反射回來的聲音。

圖3-（a）定向?yàn)?度的聲音從水平反射器反射回探頭，以及（b）定向?yàn)?度的聲音在傾斜的反射器上反射離開探頭上海玖橫儀器有限公司-奧林巴斯鄭州代理

由于反射率很差，當(dāng)檢查員懷疑零件包含H 2 S損壞時(shí)，他們經(jīng)常以不同的角度使用多個(gè)組（請(qǐng)參見圖4，其中使用了3組）。隨后，他們合并了這些組中的數(shù)據(jù)以進(jìn)行分析，這可能既麻煩又耗時(shí)。

圖4-創(chuàng)建三個(gè)組以實(shí)現(xiàn)缺陷的佳反射率

使用全聚焦法（TFM）檢測逐步裂紋的解決方案

總聚焦方法（TFM）涉及與常規(guī)UT或常規(guī)相控陣UT檢查不同的觸發(fā)順序（請(qǐng)參閱“使用總聚焦方法改善相控陣超聲成像”有關(guān)TFM的更多詳細(xì)信息）。發(fā)射序列稱為全矩陣捕獲（FMC），即使對(duì)于零度接觸檢查，也能使成角度的反射器產(chǎn)生更大的反射率。與早期的技術(shù)相比，TFM的另一個(gè)優(yōu)勢是可以在組件的整個(gè)深度（當(dāng)使用正確的探頭時(shí)）聚焦圖像。下圖顯示了OmniScan™X3探傷儀的聲學(xué)影響圖（AIM）仿真器，該仿真器用于為25 mm組件選擇合適的探頭和傳播模式（見圖5）。結(jié)果是可以識(shí)別出水泡并清楚地檢測到逐步開裂的圖像（見圖6）。

圖5 — OmniScan X3探傷儀機(jī)載掃描計(jì)劃的AIM仿真器，顯示了靈活的5 MHz PAUT探頭的靈敏度指數(shù)在157.16上海玖橫儀器有限公司-奧林巴斯西安代理

圖6-TFM成像顯示了逐步的裂紋連接

將TFM技術(shù)應(yīng)用于逐步裂紋檢測的局限性

重要的是要記住，TFM技術(shù)的脈沖序列可能并非對(duì)每種應(yīng)用都理想。單元素脈沖可能無法產(chǎn)生足夠的能量來穿透給定零件的整個(gè)深度。例如，用于此25 mm組件的探頭（5 MHz，64個(gè)元件）不適用于較厚的組件，因?yàn)榇颂筋^的近場估計(jì)約為26 mm。使用TFM技術(shù)試圖超過探頭的物理限制將導(dǎo)致較差和不準(zhǔn)確的結(jié)果。另外，請(qǐng)確保為應(yīng)用程序選擇合適的探針。

使用TFM技術(shù)時(shí)，另一個(gè)重要的考慮因素是輸入用于檢查的零件幾何形狀和材料聲速的值的準(zhǔn)確性。該技術(shù)提供了多種波集（傳播模式），因此可以預(yù)期從后壁到探頭的許多反射。這些波形集（TTT，TTTT，TLT等）的不利之處在于，關(guān)于零件厚度或聲速的錯(cuò)誤信息會(huì)成倍地增加尺寸錯(cuò)誤的余地。如果現(xiàn)實(shí)不符合輸入值，則在某個(gè)位置預(yù)期的跳動(dòng)次數(shù)越多，軟件計(jì)算將越關(guān)閉。因此，務(wù)必謹(jǐn)慎使用這些模式，并注意結(jié)果中的潛在差異。

圖7-力度輸入：半跳（TTT）值的2.5％差異導(dǎo)致垂直陷波信號(hào)損失17.9 dB

結(jié)論

總聚焦方法（TFM）可以是檢測H 2 S損傷的有效工具，但是使用正確的探頭在使其成功中起著相當(dāng)重要的作用。用于TFM處理的FMC燒結(jié)順序有助于提高對(duì)于與掃描表面非水平的缺陷的反射率。這導(dǎo)致檢測到以前具有挑戰(zhàn)性的缺陷（例如，逐步開裂的連接）的可能性更大。此外，帶有AIM仿真器的OmniScan™X3掃描計(jì)劃工具可以幫助確保預(yù)先確保所選的探頭，楔形和波形集在零件和目標(biāo)缺陷上表現(xiàn)良好。請(qǐng)參閱“使用AIM建模工具進(jìn)行TFM（全聚焦方法）檢查??為反射鏡選擇好的傳播模式”中有關(guān)此主題的更多信息。

用于此應(yīng)用程序的產(chǎn)品上海玖橫儀器有限公司-奧林巴斯太原代理

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根據(jù)檢測工件的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，可以定制特殊探頭。

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