超聲仿真軟件和超聲相控陣在NDE中的應(yīng)用課件

1、超聲仿真和超聲相控陣在NDE中的應(yīng)用目錄仿真軟件CIVA在實際檢測中的應(yīng)用12公司介紹3超聲相控陣在實際檢測中的應(yīng)用45曲軸檢測仿真及實際應(yīng)用超聲相控陣儀器介紹6討論公司簡介矩陣科技是中國境內(nèi)公司；公司主要專注于超聲波無損檢測技術(shù)應(yīng)用；承接檢測工藝開發(fā)和工藝評估業(yè)務(wù)；員工曾多次培訓，并獲得相關(guān)資格認定，國家二級人員資質(zhì)；負責國外產(chǎn)品在中國的銷售和售后服務(wù)。公司簡介時間掃查掃查裂紋為什么要開發(fā)CIVA軟件 ? 接觸探頭規(guī)則斷面不規(guī)則斷面0 dB45聲束特性例如:模擬在真實復雜斷面的不同位置上產(chǎn)生的聲場-10 dB變化的耦合030-12 dB耦合劑 退化和失真的聲束表面的不規(guī)則狀況接觸和靈敏度的損

2、失為什么要開發(fā)CIVA軟件 ? NDE仿真技術(shù)（UT、ECT、RT）主要目的是為了滿足在工業(yè)上的需要 。NDE仿真主要應(yīng)用于 : 對現(xiàn)有技術(shù)的認證 設(shè)計新的檢測技術(shù)和新式探頭 (例如：相控陣、TOFD) 幫助解釋相關(guān)超聲信號并對缺陷的判斷 預(yù)測檢測方案的可行性 提供準確的缺陷仿真結(jié)果采用很短的計算時間來滿足工業(yè)上的需求 便于普通NDT用戶操作幾何模型 / 材料 / 發(fā)射-接收/ 缺陷為了滿足這些目的, 仿真工具必須具有以下功能: 處理復雜的模型NDE仿真的背景和主要目的解決NDT在不同技術(shù)上的問題 : ECT UT RT 一個CIVA仿真軟件就可以處理所有這些仿真RTECTUT為什么要開發(fā)CI

3、VA軟件 ? 超聲仿真-工件模型材料復合材料粗晶粒鋼焊縫幾何形狀插管不規(guī)則外形缺陷 復雜形狀, 不 同走向、分 叉(例如：IGSCC)超聲仿真-探頭模型雙晶探頭1D線陣扇形探頭2D矩陣探頭環(huán)形探頭環(huán)繞陣列探頭柔性探頭常規(guī)超聲探頭雙晶探頭水浸聚焦探頭單探頭相控陣超聲探頭CIVA可計算不同類型檢測模式和探頭的聲場分布，有助于分析聲場分布的情況超聲仿真-聲場計算 聲場計算：可計算2D和3D聲場分布 分析-6dB聲場覆蓋范圍 進行探頭不同聲場能量比較 模擬波前傳播過程并生成動畫112233445566770000T45 接觸探頭由于不同成分的各向異性造成的失真超聲仿真-聲場計算ExperimentSi

4、mulationWithout delayaswith delay lawsR 744mmR 380mmMeasurement of transmitted field at 30mm depth (EMAT)2D sectorial annular array to focus through the torical interface相控陣0縱波, 沿著錐形表面移動楔塊耦合探頭Krautkramer WB45和WB60WB60WB45水浸聚焦探頭 沿著錐形表面移動0縱波，聚焦探頭, 沿著復合材料移動超聲仿真-聲場計算CIVA缺陷響應(yīng)模塊中可以模擬不同類型的缺陷超聲仿真-缺陷類型面積體積交叉

5、型裂紋缺陷脈沖回波, 45 橫波檢測垂直缺陷X100 mm200 mmZX14 dB 19 dB 21 dB220 mmZ15 dB20.5 dB22 dBX100 mm200 mmZExperimentSimulationTilt angle250 mm脈沖回波, 45 橫波檢測, 15 傾斜缺陷XTilt angle250 mm10.5 dB 5 dB 4 dB110 mm220 mmZX100 mm200 mmX- 11.5 dB -17 dB -18 dBExperiment100 mm200 mmZX- 12 dB -15 dB -17 dBSimulationContact T45

6、planar probe 45橫波, 復雜(多面型)缺陷Xscanning5.5 dB11.5 dB-9 dBsimulationdepthscanningReference : 2mm side-drilled holescanningdepth7 dB12 dB-9 dBexperimentTOFD 檢測, 60 縱波, 表面開口形缺陷 XScanningL Wave diffractionT- Wave diffractionScanning (60 mm)Time (10 s)ExperimentL Wave diffractionT- Wave diffractionScanning

7、 (60 mm)Time (10 s)Simulation脈沖回波 0縱波, 固體夾渣 (球形缺陷)試驗t模擬RXUTC掃查視圖 (俯視圖) 多層壓鋼板工件(氧化鋁夾渣, 直徑40 - 150 )超聲仿真-缺陷類型超聲仿真-缺陷仿真實例超聲仿真-航空被檢區(qū)域背景 : 由于工件幾何形狀的限制使得探頭很難在合適區(qū)域進行檢測探頭掃查區(qū)域超聲仿真-航空被檢區(qū)域幾何形狀的限制 : 有限的空間探頭掃查區(qū)域扇形掃查CIVA 仿真UT相控陣技術(shù)超聲仿真-航空通過仿真來對檢測區(qū)域進行評估超聲仿真-航空缺陷信號工件邊緣產(chǎn)生的回波通過仿真來對檢測方案的可行性進行評估超聲仿真-航空實際檢測-航空超聲仿真-核工業(yè)徑向切

8、槽Scanning ()Time of flight (s)未校正的 B-SCAN回波1回波2回波1回波23D重建45縱波產(chǎn)生30 偏轉(zhuǎn)CIVA軟件 :-仿真回波形式-先進的3D重建工具超聲仿真-核工業(yè)UT采集系統(tǒng) (M2M) 驅(qū)動 3D輪廓曲線傳感器 計算相應(yīng)的延時法則曲率半徑 20mm重復頻率 150 Hz12x7 (84) 晶片的矩陣分布鑄模在一個柔軟的樹脂中通過輪廓曲線傳感器得到數(shù)據(jù) US通道制造商 : IMASONIC實際檢測-核工業(yè)時間 (s)0帶角度的掃查50未校正 B-SCAN插管：正視圖 尖端角回波3D 重建(插管的俯視圖)高度=7mm發(fā)現(xiàn)缺陷、定位 和定量 角回波 (信噪比

9、 20 dB) 和 尖端衍射信號 (信噪比7 dB)實際檢測-核工業(yè) 仿真和實驗結(jié)果很相近H = 7 mm-9dB/TG-1-10dB/TG-1偏角 30縱波45高度 7 mm仿真結(jié)果(CIVA)實驗結(jié)果結(jié)果對比-核工業(yè)超聲仿真-核工業(yè)產(chǎn)生55度到80度扇形掃查：超聲仿真-核工業(yè)超聲仿真-核工業(yè)結(jié)果對比-核工業(yè)核電補償器CIVA仿真 實際檢測超聲仿真-核工業(yè)發(fā)射接收裂紋檢測1232掃查掃查時間發(fā)射接收123根部裂紋 :考慮遮擋影響123時差波幅1223 下尖端信號掃查時間直通波 底波上尖端信號超聲仿真-TOFD遮擋效應(yīng)影響ECT可實現(xiàn)工件內(nèi)部電場的預(yù)測，計算探頭的阻抗圖，同樣可實現(xiàn)單探頭或多探

10、頭的缺陷響應(yīng)仿真工件、探頭和缺陷渦流仿真偏心的外部探頭帶鐵磁芯的多線圈探頭滑動探頭半橢圓缺陷差動式帶傾角絕對式鉚釘結(jié)構(gòu)渦流仿真-電場、渦流密度阻抗歸一化電場、渦流密度分布圖模擬絕對式探頭在平板工件內(nèi)的電場分布情況，同樣可以計算不同工作頻率的阻抗變化圖，選取最佳的工作頻率渦流仿真-電場、渦流密度渦流仿真-差動式 采用差動式方式，對平板內(nèi)部交叉型缺陷進行檢測，觀察缺陷的C掃視圖檢測示意圖缺陷C掃圖渦流信號的模擬渦流仿真-外開槽40%壁厚損失渦流仿真-差動式XR可預(yù)測X射線源或伽瑪射線源所產(chǎn)生的直接輻射或散射輻射工件缺陷射線仿真射線仿真-缺陷響應(yīng)檢測示意圖底片成像射線仿真-缺陷響應(yīng)檢測示意圖底片成像

11、射線仿真-缺陷響應(yīng)檢測示意圖底片成像射線仿真-缺陷響應(yīng)檢測示意圖底片成像結(jié)論CIVA仿真軟件可實現(xiàn)UT、ECT和XR三種無損檢測方法預(yù)測檢測方案的可行性，輔助制定檢測方案，減少成本投入可進行仿真結(jié)果與實際數(shù)據(jù)對比，分析信號來源，有助于檢測結(jié)果的分析與判斷 相控陣的基本理論 原理介紹相控陣基本理論:相控陣探頭就是將一個常規(guī)探頭分割成許多個小的探頭。每個小的探頭是相對獨立的，可以通過控制每個探頭的激發(fā)延時來實現(xiàn)波束的生成 (波束的偏轉(zhuǎn)、聚焦)原理介紹CIVA 仿真相控陣探頭的聲束產(chǎn)生選擇聚焦點計算每個晶片的延時法則可查看硬件對每個通道施加的延時法則 聚焦點原理介紹Phased array ultr

12、asound are just ultrasound ! 它們使用的是相同的理論, 相控陣只是應(yīng)用更加靈活和快速原理介紹+ 多個探頭檢測同一工件123123同一探頭+變化的設(shè)置+能適用于表面變化的工件 多區(qū)域檢測原理介紹電子掃查 : 選擇激發(fā)晶片機械掃查工業(yè)應(yīng)用 :高速采集電子掃查扇掃成像 扇形掃查工業(yè)應(yīng)用 :針對有限空間檢測復雜的工件原理介紹探頭環(huán)陣列探頭線陣列探頭矩陣探頭扇形探頭應(yīng)用軸向聚焦軸向聚焦+波束偏轉(zhuǎn)波束偏轉(zhuǎn)+全體積內(nèi)的聚焦界面只是用于平面工件的 0 檢測不適用于垂直界面適用于3D模型的任意界面相控陣探頭:水浸接觸式雙晶 RT內(nèi)環(huán)/外環(huán)陣列探頭智能柔性探頭相控陣探頭（標準的和自定義

13、的）相控陣探頭: 相控陣應(yīng)用的舉例 航空應(yīng)用-復合材料檢測電子掃查可用于擴大檢測區(qū)域和降低檢測時間碳纖維試塊 (Airbus 380 復合材料) 航空應(yīng)用-復合材料檢測滾輪式探頭：干耦合式陣列式相控陣探頭，已得到國外航天無損檢測的認證，在國外已有廣泛應(yīng)用。干耦合C掃描成像航空應(yīng)用-復合材料檢測GFRP檢測缺陷成像擋風玻璃的相控陣檢測：航空應(yīng)用-結(jié)構(gòu)件檢測飛機結(jié)構(gòu)件相控陣檢測：飛機局限部位工件探頭缺陷C掃A掃結(jié)構(gòu)孔Application for aluminum T-sections3D 應(yīng)用 核電應(yīng)用-復雜形狀工件檢測晶片按矩陣式排列檢測儀重建工件外形 通過輪廓曲線傳感器得到數(shù)據(jù)超聲通道彎曲半

14、徑 50mm脈沖重復頻率 150 HzM2M公司的超聲采集系統(tǒng)MULTIX 全并行多通道采集系統(tǒng) 實時處理: 2 內(nèi)置處理器 仿真和成像工具 輪廓曲線傳感器驅(qū)動核電應(yīng)用-復雜形狀工件檢測直徑3 mm的平底孔核電應(yīng)用-復雜形狀工件檢測核電應(yīng)用-復雜形狀工件檢測3mm 平底孔核電應(yīng)用-復雜形狀工件檢測核電應(yīng)用-復雜形狀工件檢測核電應(yīng)用-復雜形狀工件檢測核電應(yīng)用-補償器檢測探頭運動方向管子檢測 (f 280 mm 厚度： 35 mm) 碳鋼 (CT = 3230 m/s) V MMA 焊縫f 280 mm厚度 35 mm壓力容器-焊縫檢測在每個掃查步進上都會產(chǎn)生一個扇形掃查壓力容器-焊縫檢測C掃描成

15、像 掃查軸角度軸壓力容器-焊縫檢測檢測、分析和定量 := 通過超聲數(shù)據(jù)在工件CAD視圖上的疊加，更便于對檢測結(jié)果的理解。壓力容器-焊縫檢測鐵路行業(yè)-輪對檢測 相控陣技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用例如:焊縫檢測、管子檢測、復合材料檢測、核電插管檢測相控陣技術(shù)能夠用于復雜工件和多層材料工件工件檢測結(jié)論相控陣設(shè)備介紹相控陣系統(tǒng)并行式超聲相控陣系統(tǒng)低頻高壓超聲相控陣系統(tǒng)2000系列超聲相控陣系統(tǒng)便攜式超聲相控陣系統(tǒng) Multi X 不同于其他相控陣系統(tǒng)，它具有獨特的全并行硬件結(jié)構(gòu)。 Multi X可以驅(qū)動線性和矩陣探頭，可以進行精確檢測并且不降低檢測速度。硬件優(yōu)點: 全并行結(jié)構(gòu)可以驅(qū)動線性和矩陣相控陣探頭,并且支

16、持智能柔性探頭。 模塊化設(shè)計可以根據(jù)用戶需要進行擴展（以8通道為基數(shù)進行擴展）。 使用可編程處理器實現(xiàn)即時硬件處理。 快速掃描和信號重建 Multi x 32, 并行32 個通道 (32x32 通道 x脈沖發(fā)生器/接收器) Multi x 64, 并行64個通道 Multi x 128, 并行128個通道Multi x 256, 并行256個通道Multi X全并行相控陣設(shè)備Multi2000采用多路硬件結(jié)構(gòu), 可以實現(xiàn)所有的相控陣功能. 多路分時結(jié)構(gòu)應(yīng)用較少的通道數(shù)量可以驅(qū)動相控陣探頭。 1 個接收通道連接4個發(fā)射器模塊化設(shè)計可以根據(jù)用戶需要進行擴展（以8x32為基數(shù)進行擴展）。利用可編程處

17、理器實現(xiàn)即時硬件處理(實時真3D顯示)硬件優(yōu)點: Multi2000 16 x 64 (通道x 脈沖發(fā)生器/接收器)Multi2000 32 x 128Multi2000 64 x 256Multi2000 128 x 512Multi 2000多路式相控陣設(shè)備硬件優(yōu)點: Multi 的并行結(jié)構(gòu)和相關(guān)功能 模塊化設(shè)計可以根據(jù)用戶需要進行擴展（可以以4通道為基數(shù)進行調(diào)整）。 激發(fā)電壓高達 400 V 低頻率(50kHz-5MHz) 脈沖串激發(fā)功能 可用于混凝土檢測 Multi.X LF 使用全并行硬件結(jié)構(gòu)，激發(fā)電壓高，支持常規(guī)探頭和相控陣探頭,并且可以產(chǎn)生脈沖串Multi X LF 16, 并行

18、16通道 (16x16 通道數(shù)x 脈沖發(fā)生器/接收器) Multi X LF 32, 并行32 通道 Multi X LF 64, 并行64 通道Multi.X LF低頻高壓相控陣設(shè)備Pocket是一款全開放的便攜式超聲相控陣設(shè)備，體積小，質(zhì)量輕，軟件專業(yè)，在各種檢測領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。同時提供DLL動態(tài)連接庫，支持軟件開發(fā)，是進行超聲相控陣研究的絕佳平臺Multi Pocket便攜式相控陣設(shè)備硬件特點： 體積小便于現(xiàn)場檢測，緊湊的結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計，操作簡單 多種型號可供用戶選擇：Pocket 832(832：脈沖發(fā)射通道接收通道)Pocket 1664Pocket 3232Pocket 6464使用USB2與 PC連接，用于數(shù)據(jù)傳輸和供電提供DLL動態(tài)鏈接庫，支持軟件開發(fā)技術(shù)參數(shù)： 電子聚焦，電子掃查，扇形掃查 系統(tǒng)帶寬：0.8到16MHz 負方波脈沖， 脈沖寬度可調(diào)整： 3 0 n s 1 . 2 u s ， 步進2.5ns，下降時間10ns（80V,50） 最大采樣率100MHz（從6.6到100MHz可選擇) 每個通道