Skúšanie ultrazvukom sa využíva na meranie hrúbky, na detegovanie skrytých kazov v objeme materiálu, prípadne na stanovenie niektorých materiálových vlastností v kovoch, plastoch, kompozitoch, keramike, gume a v skle. Ide o presne smerované akustické vlny s vysokými frekvenciami vysielaných do materiálu. Ultrazvukové prístroje generujú krátke ultrazvukové pulzy, táto akustická energia je prenášaná akustickou väzbou do materiálu. Prístroj zachytáva, monitoruje a analyzuje odrazené alebo prechádzajúce vlny a následne generuje príslušné hodnoty.
Na vysielanie a príjem ultrazvukových vĺn sa používajú sondy v spojení s ultrazvukovými defektoskopmi. Firma Consulting & Control of Welding uplatňuje nekonvenčnú ultrazvukovú metódu skúšania použitím sondy Olympus Phased Array 5L128-12 s Omniscan MX. Sonda zvyčajne obsahuje 16, 32, 64, 128 alebo 256 jednotlivých prvkov v puzdre pripojených so zodpovedajúcim počtom miniaturizovaných vysielačov. Takto sa dá ľahko posúvať zvukové pole v určitom smere a zamerať na konkrétne hĺbky.

ULTRAZVUKOVÁ TECHNOLÓGIA PHASED ARRAY
Phased Array je špecifická technológia skúšania ultrazvukom, ktorá využíva sofistikované multi-elementárne sondy na vytváranie úzkych ultrazvukových zväzkov s vysokými frekvenciami a na ich elektronicky generované posúvanie vo vnútri skúšaného materiálu. Vzniknuté echo je mapované a vytvára obraz vnútornej štruktúry materiálu. Túto technológiu je možné použiť na skúšanie oceľových konštrukcií, zvarov, potrubí, kompozitov, tlakových nádob a v rade ďalších aplikácií pre výrobnú kontrolu, ale aj na monitorovanie vývoja stavu a životnosti konštrukcií.

Skúšaný predmet

Ultrazvuková metóda sa konala na skúšobnej vzorke, na ktorej bolo vykonané prvotné meranie na kalibráciu prístroja a určenie vstupných údajov. Tieto slúžia na konfrontáciu so zoskenovaným kontrolným miestom. Porovnanie bolo vykonané na mieste s rovnakým priemerom, dĺžkou a materiálom. V skúšobnej vzorke bola detegovaná chyba (trhlina) s hrúbkou 0,2 mm, hĺbkou 4 mm a dĺžkou 20 mm.

Na obrázku je vidno chyby vyznačené žltou a červenou farbou. Modrou farbou sú vyjadrené falošné odrazy, tie sonda zachytí pri drsnosti povrchu, ostrých hranách, zmene priemeru počas odpichu – údaje nie sú považované za podstatnú vadu.
Po odstránení chyby sa na valci vykonala dodatočná magnetická prášková skúška a vizuálna kontrola.

POPIS PROJEKTU
Ultrazvukové vyšetrenie bolo realizované na siedmich miestach na oboch stranách. Pozícia A (echo) a B (grafické zobrazenie). Technológia Phased Array používa štyri polohy na každej strane A aj B. Skenovaný sektor je od 200 mm do 700 mm, v akejkoľvek polohe – 0, 3, 6 a 9. Poloha 0, 3, 6 a 9 hodín, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Príklad označenia:
Pozícia 502-A0 = Valec č. 502, strana A, skenovanie poloha 0

ČO ZNAMENÁ ULTRAZVUKOVÁ METÓDA PHASED ARRAY?
Ultrazvuková metóda Phased Array využíva viac prvkov sondy, pričom výstupný impulz z každého prvku je časovo oneskorený takým spôsobom, aby produkoval konštruktívnu interferenciu v určitom uhle a v špecifickej hĺbke. Toto časové oneskorenie môže byť zvýšené v rozsahu uhlov dosiahnutím lúča v požadovanom uhlovom rozpätí. Fyzikálne zákony platia pre Phased Array rovnako, ako aj pri klasickom ultrazvukovom testovaní.
Táto NDT technológia je označovaná aj ako „Swept Beam Ultrasonic testing“ (ultrazvukové testovanie priechodným lúčom).
Medzi hlavné výhody Phased Array v NDT patria:
• Schopnosť dosiahnuť celý rad uhlov.
• Možnosť zobraziť obraz v reálnom čase pre snímané uhly.
• Schopnosť zaostrovať.
Maximálny rozsah rozhrania Phased Array je daný veľkosťou prvku. Ten sa získava ako v prípade klasickej UT metódy výpočtom pre rozloženie lúča. Menšia veľkosť prvku dosiahne vyšší rozsah pôsobenia. To je hlavná výhoda Phased Array, schopnosť zameriavať veľké uhly. Veľkosť prvku 1 mm poskytuje pri oceliach rozsah 70° pre S – vlny a 140° pre L – vlny. Použiť viac zmenšených prvkov nemá praktický význam.
Centrálne ohnisko vyplýva z vlnovej dĺžky a celkového otvoru sondy. Rovnaký predpis platí aj pri klasických ultrazvukových sondách. Veľkosť bodu sa zaostrí znížením ohniskovej vzdialenosti, zvýšením priezoru sondy a zvýšením frekvencie. Narušením centrálneho ohniska dôjde k svetelnému lomu a k zníženiu prvkov.

POROVNANIE PHASED ARRAY S KLASICKÝM ULTRAZVUKOM
Klasický manuálny ultrazvuk produkuje jeden A – scan v určitom uhle. Vyhodnotenie si vyžaduje zaznamenanie indikácie použitím lomeného uhla, kovovú väzbu a hladký povrch. Phased Array zobrazuje výsledky v reálnom čase, ukazuje hĺbku a umiestnenie označenia vzhľadom k sonde. Klasický ultrazvuk je obmedzený na jeden lomový uhol. Phased Array naraz uvádza dáta z rozsahu uhlov, napríklad 40° až 75°, a súčasne dokáže rekonštruovať obraz. Obraz Phased Array je ľahko pochopiteľný, pretože kopíruje skúšaný kus. Počas skúšania sa ukladajú všetky zaznamenané dáta, ktoré možno spätne prehrávať, pretože je dôležité udržať kompletný záznam o kontrole.

POROVNANIE PHASED ARRAY S AUTOMATICKÝM ULTRAZVUKOM
Automatický ultrazvuk zobrazuje prierez skúšaného materiálu po prevzatí dát pomocou jedného lomového uhla a skenuje tam a späť. Phased Array zobrazuje obraz z jedného miesta sondy bez skenovania. V mnohých prípadoch, najmä pri tenkých doskách, si automatický ultrazvuk vždy vyžaduje dve alebo viac sond na zobrazenie obrazu; skenovanie s Phased Array je v porovnaní s tým oveľa jednoduchšie.
Pri automatickom ultrazvuku, kde sa vyžaduje 16 až 32 sond, môže Phased Array vykonať skúšku s výrazne menším počtom sond, napríklad jedno pole na jednej strane zvaru. Phased Array vyžaduje podstatne menej priestoru na skenovanie ako je to pri automatickom skúšaní. Pri oboch metódach skúšania je možné spätne prehrávať a analyzovať zosnímané dáta.

LITERATÚRA
[1] http://www.olympus-ims.com/cs/
[2] Základy ultrazvuku: Richard Regazzo, Marcela Regazzová 2015
[3] http://www.nde.com/phased_array_technology.html

TEXT/FOTO NIKOLA STANOEV, ING. PAVOL VIŠŇOVSKÝ, PHD., ING. PETER VIŠŇOVSKÝ