Как оборудование для сканирующей акустической томографии с погружением в воду, так и оборудование для сканирующей акустической томографии с водопадом используют метод неразрушающего контроля (бесконтактный контроль). Они используют воду в качестве связующей среды для передачи ультразвуковых волн в контролируемую деталь. Однако они существенно различаются по основному принципу работы оборудования, конструктивному решению, применению, а также своим преимуществам и недостаткам.
Ниже приводится систематическое сравнение двух устройств для сканирующей акустической томографии:
Основной принцип
Метод соединения |
Ультразвуковое сканирование с погружением в воду |
Ультразвуковое сканирование водопада |
Общая погружная муфта. Заготовка и щуп (или один из них) полностью погружаются в резервуар с водой. |
Локальная связь. Через сопло образуется стабильный столб воды, служащий связующим звеном между датчиком и заготовкой. |
|
Путь звукового луча |
Звуковая волна распространяется на большое расстояние в воде, прежде чем попасть в заготовку. Звуковой луч распространяется в воде. |
Звуковая волна попадает в заготовку через очень короткий или фиксированной длины столб воды. Распространение звукового луча хорошо контролируется. |
Сканирующее движение |
Обычно заготовка зафиксирована, а щуп перемещается точно по осям X, Y и Z. |
Обычно для перемещения распылительной головки (со встроенным зондом) над заготовкой используется портальный или роботизированный манипулятор, который может быть неподвижным или подвижным. |
Структура и состав
Основные части |
Ультразвуковое сканирование с погружением в воду |
Ультразвуковое сканирование водопада |
Большая раковина (требуется система очистки деионизированной воды) Высокоточная рамка 3D-сканирования Погружной зонд и приспособление Крепление заготовки Система циркуляции, фильтрации и термостатирования воды. |
Распылительная головка (встроена в ультразвуковой зонд и сопло) Портальный или роботизированный механизм сканирования манипулятора Независимая система циркуляции воды (резервуар для воды, водяной насос, фильтр) Устройство рециркуляции воды (опция) Платформа поддержки заготовки |
|
Сложность системы |
Сравнительно высокий. Это требует обслуживания больших резервуаров для воды и качества воды, а система громоздка. |
Сравнительно низкий. Конструкция более компактна, что исключает необходимость в большом погружном баке. |
Гибкость |
Сравнительно низкий. Размер заготовки ограничен размером резервуара для воды, что затрудняет замену размера заготовки. |
Сравнительно высокий. Теоретически можно сканировать любую большую заготовку, если механизм сканирования покрывает эту область. |
Производительность и применение
Точность обнаружения и разрешение |
Ультразвуковое сканирование с погружением в воду |
Ультразвуковое сканирование водопада |
Чрезвычайно высокий. Благодаря стабильной водной среде, точному управлению звуковым путем и простой фокусировке (акустическая линза или цифровая фокусировка) можно получить очень высокое разрешение и соотношение сигнал/шум. |
Высокий. Хотя столб воды может вызывать небольшие колебания, высокая точность все же может быть достигнута за счет хорошей конструкции, что делает его широко используемым для высокопроизводительного обнаружения. |
|
Скорость сканирования |
Относительно медленно. Оно ограничено скоростью и ускорением механического сканирования, а также необходимо учитывать сопротивление воды. |
Обычно быстрее. Механическая конструкция более легкая, что обеспечивает более высокое ускорение, что делает ее подходящей для быстрого сканирования большой площади. |
Применимая заготовка |
Мелкие и средние, сложной формы, дорогостоящие детали. |
Средние и крупные, пластинчатые или просто изогнутые заготовки. |
Адаптивность поверхности |
Требования к плоскостности поверхности заготовки высоки, а сложные поверхности требуют трехмерного планирования траектории и постоянного контроля расстояния до воды. |
Он хорошо адаптируется к слегка изогнутым поверхностям и может поддерживать стабильность связанного столба воды с помощью сервосистемы. Однако он сталкивается с более серьезными проблемами при работе со сложными поверхностями со значительными изменениями высоты. |
Вода температура влияние |
Чувствительный. Изменения температуры воды влияют на скорость звука и производительность зонда. Необходима система постоянной температуры. |
Менее чувствителен. При небольшом толще воды и быстром теплообмене воздействие относительно незначительное. |
Краткое описание преимуществ и недостатков
Водопогружаемый тип |
Преимущество |
Недостаток |
Соединение наиболее стабильно, с превосходной стабильностью и повторяемостью сигнала. |
Оборудование занимает большую площадь и требует высоких затрат на инфраструктуру. |
|
Благодаря высочайшему разрешению он особенно подходит для обнаружения микродефектов. |
Размер заготовки ограничен мойкой. |
|
Легко достичь фокусировки луча и обнаружения сложных углов (например, S-сканирование с фазированной решеткой) |
Техническое обслуживание комплексное (очистка воды, защита от ржавчины, очистка) |
|
Зонд имеет длительный срок службы и работает в мягкой рабочей среде. |
Загрузка и выгрузка материалов неудобна, а время подготовки к испытаниям велико. |
|
Подходит для автоматической визуализации C-скана с высоким качеством изображения. |
Он не подходит для заготовок, чувствительных к воде или требующих трудоемкой последующей обработки. |
|
Тип водопада |
Он обладает высокой гибкостью и способен обнаруживать заготовки слишком большого размера |
Стабильность соединения немного плохая, а на толщу воды могут влиять вибрация, поток воды и состояние поверхности. Трудность обнаружения вертикальных или наклонных поверхностей. Могут возникнуть брызги воды, требующие принятия мер по защите и восстановлению. |
Зонд встроен в насадку, что затрудняет обслуживание и замену. При чрезвычайно высоких требованиях к точности разрешение будет ниже, чем у водопогружаемого типа. |
Рекомендации по выбору
Следует принять во внимание следующие основные соображения:
• Выбирайте водопогружаемый тип в случаях, если:
Основная задача — удовлетворить требования к точности обнаружения, разрешению и качеству изображения (например, исследования и разработки, а также полная проверка дорогостоящих компонентов).
Заготовка средних размеров и подвижная.
Задачи контроля в основном характеризуются разнообразием, небольшими партиями и высокой сложностью.
Имеется достаточно лабораторных помещений и средств для обслуживания оборудования.
• Выбирайте тип водопада в случаях, если:
Заготовка слишком большая или тяжелая, чтобы ее можно было погружать в воду, или ее трудно перемещать.
Требуются высокая пропускная способность обнаружения и скорость сканирования.
Основными объектами контроля являются плоские плиты, панели большой кривизны или длинные профили.
Доступное пространство ограничено.
Вышеуказанные два типа оборудования для сканирующей акустической томографии не являются полностью взаимозаменяемыми. Современные высококачественные системы также имеют гибридные конструкции, такие как «резервуары с частичным погружением в воду» или «муфты для падения воды», стремясь объединить преимущества обоих. Между тем, будь то погружение в воду или тип падения воды, оборудование фокусируется на все более комбинированных передовых технологиях визуализации, таких как ультразвук с фазированной решеткой (PAUT) и метод полной фокусировки (TFM), чтобы улучшить возможности и эффективность обнаружения.
