Статья опубликована в журнале «Территория NDT», № 4-2026, с. 42 – 44.
Пепеляев Андрей Валентинович
Технический консультант ООО «ТЕХКОН», Москва
Дано понятие о двойных (раздельно-совмещенных) матричных преобразователях – фазированных решетках (ПФР). Рассмотрено их применение при УЗК основного металла, в том числе для выявления коррозионного растрескивания.
Двойные матричные преобразователи
В предыдущей статье [4] было рассказано о матричных ПФР. Здесь рассмотрим двойные матричные ПФР, в которых массивы излучающих и принимающих элементов разделены на две группы (рис. 1).
Рис. 1. Двойной матричный ПФР типа DMA
Такая конфигурация позволяет использовать при контроле преимущества раздельно-совмещенной схемы подключения генераторов и приемников по сравнению с совмещенной. К ним относятся фокусировка лучей с пересечением диаграмм направленности излучающих и принимающих элементов на заданном уровне и в заданной области объекта контроля (ОК), а также уменьшение мертвой зоны и рост чувствительности к отражателям, близко расположенным к поверхности ввода ультразвука.
Фокусировка лучей в ПФР данного типа может выполняться как путем электронного управления полем излучения-приема, так и конструктивно – за счет основного и дополнительных углов призмы, причем с двойным массивом элементов можно применять призмы с различными углами (рис. 1).
Двойные матричные ПФР часто обозначают аббревиатурой DM или DMA (dual matrix array). Если число элементов в основной плоскости DMA больше, чем в дополнительной, например 7×4, то такие массивы иногда относят к типу 1.5D [4].
Вместе с DMA рассмотрим двойные линейные ПФР, в которых излучающие и принимающие элементы образуют линейные массивы. Они обозначаются как DL или DLA (dual linear array).
ПФР типа DMA и DLA широко используют, например, при ультразвуковом контроле (УЗК) основного металла и коррозионном мониторинге, а также при УЗК сварных швов из нержавеющих сталей и других подобных материалов с высоким уровнем структурных шумов.
Применение DMA и DLA повышает чувствительность контроля и надежность выявления дефектов, снижая при этом риск перебраковки. Они позволяют решать различные сложные задачи УЗК. Это показывают примеры из практики, которые будут рассмотрены далее.
Применение ПФР DMA и DLA при коррозионном мониторинге
В настоящее время сплошной УЗК основного металла для выявления коррозионных и других дефектов чаще выполняют прямыми совмещенными ПФР линейного типа. Например, широко применяется роликовый ПФР R1 из 64 элементов, который при рабочей частоте 5 МГц имеет мертвую зону (приповерхностное разрешение) около 2 мм [2].
Для уменьшения мертвой зоны до значения 0,5 ‒ 1,0 мм используют ПФР типа DLA, иначе говоря, раздельно-совмещенные ПФР. Другой способ уменьшить мертвую зону – это сократить длительность импульсов, в том числе за счет увеличения рабочей частоты преобразователя.
ООО «ТЕХКОН» в своих проектах по инструментальному обеспечению УЗК металлоконструкций, где требовалось высокое разрешение и выявление дефектов на минимальной глубине до 0,5 мм, применял ПФР DLA модели REX1 (рис. 2) [1]. Он имеет двойную апертуру 32 или 64 элемента и рабочую частоту от 2 до 10 МГц. Конструктивно данный ПФР включает сменную акустическую задержку с возможностью притирки под конкретный диаметр, вставки с быстрой регулировкой высоты для защиты рабочей поверхности от износа, а также систему подачи контактной жидкости.
Рис. 2. ПФР типа DLA, модель REX1
Для документирования результатов контроля в виде карт коррозии к нему крепят датчик пути либо устанавливают в сканеры различных моделей [2]. Минимальный наружный диаметр ОК цилиндрической формы для ПФР REX1 равен 101,6 мм.
ПФР DMA и DLA также используют для обнаружения коррозионного растрескивания - опасных коррозионных повреждений, которые распространяются по границам зерен и другим структурным неоднородностям металла в виде сетки мелких трещин и по мере своего роста могут объединяться. Это не уменьшает остаточную толщину металла, но резко ухудшает его механические свойства и часто приводит к авариям. Такие процессы вызывает, например, высокотемпературная водородная коррозия (ВТВК, high temperature hydrogen attack, HTHA), сульфидное растрескивание, а также коррозионное растрескивание под напряжением (КРН, стресс-коррозия, stress corrosion cracking, SCC).
Для выявления подобных дефектов, особенно в начальной стадии их образования, требуется высокая чувствительность, поэтому применяют DMA и DLA с высокой рабочей частотой до 15 МГц. К ним относится упомянутый выше REX1, а также двойной раздельно-совмещенный 10DL32-A28 со сменными наклонными призмами и фокусировкой на различные диапазоны глубин [1].
Новые технологии контроля TFM и PCI
При коррозионном мониторинге, а также в других задачах УЗК совместно со специализированными ПФР может эффективно применяться технология общей фокусировки TFM [5-7]. Она позволяет повысить чувствительность и разрешающую способность, более точно определять размеры и форму дефектов. Например, возможно установить профиль коррозионных повреждений, отличить их от дефектов типа расслоений, определить угол пересечения поверхности коррозионных язв с донной поверхностью ОК, что бывает важно для оценки их опасности (рис. 3).
Рис. 3. Определение формы коррозионных дефектов по технологии TFM
Другая новая технология, которую применяют в том числе и для решения задач коррозионного мониторинга – это фазово-когерентное отображение PCI. Ее главная особенность в том, что при визуализации и анализе результатов основной информационной характеристикой является не амплитуда, а фаза, т. е. в данном случае время прихода и полярность сигналов [8, 9]. В этом технология PCI похожа на дифракционно-временной метод (ДВМ, TOFD).
Технология PCI позволяет в ряде случаев повысить чувствительность и лучше выделять полезные сигналы на фоне различных шумов и помех. Поэтому ее применяют в том числе и для обнаружения водородной коррозии на ранней стадии. Амплитудными методами это сделать сложно, поскольку в начале своего образования данные трещины имеют небольшой размер, произвольную ориентацию и при этом расположены близко к зоне донного сигнала с высокой амплитудой. Но указанные трещины можно выявить по дифракционным сигналам от их краев, поскольку они имеют более высокую когерентность, чем донный сигнал и структурные помехи (рис 4).
Рис. 4. Выявление водородной коррозии по технологии PCI:
1 – донный сигнал; 2 – водородная коррозия; 3 – структурные помехи
Технологии контроля TFM и PCI реализованы в таких дефектоскопах, как OmniScan X4 и PHASEYE [3]. В дефектоскопе PHASEYE контроль по технологиям TFM и PCI можно выполнять одновременно с другими методами контроля в режиме «Мультигруппа». Это существенно повышает надежность выявления дефектов разного типа и в целом делает применение дефектоскопа более эффективным.
Библиографический список
4. Пепеляев А.В. Матричные фазированные решетки и ультразвуковой контроль сварных точек // Территория NDT. 2026. № 2. С. 24 ‒ 27.
5. Чи-Ханг Кван. Оптимизация выбора преобразователя для контроля методом TFM/FMC // Территория NDT. 2019. № 4. С. 36 – 43.
6. BS ISO 23865:2021. Non-destructive testing - Ultrasonic testing - General use of full matrix capture/total focusing technique (FMC/TFM) and related technologies / The British Standards Institution, ISO, 2021.
7. ASME Committee. ASME BPVC.V Article 4 Mandatory Appendix XI Full Matric Capture / ASME, 2019.
8. Le Duff А., Painchaud-April G. Phase Coherence Imaging for Flaw Detection / Evident. 2022.
9. Tartaglia T. Advantageous Applications for Phase Coherence Imaging (PCI) / Evident. 2022.
