| 1

Leo Schröder

Applicatie Specialist UT

Leo.schroder@applusrtd.com

Phased Array principes

Lasgroep Zuid-Limburg Elsloo3 Oktober 2017

| 2

Safety first, Safety always

Alarms

Emergency numbers

Emergency exits

Gathering point

Health and Safety of people is our number one priority.

| 3

Phased Array

• Bij Phased Array wordt de bundel elektronisch gestuurd.

• Beïnvloedbaar: aperture (diafragma), richting, focus.

• Er wordt gebruik gemaakt van tijdverschuivingen bij het zenden van verschillende elementen van een array probe.

• Phased Array kan andere technieken met conventionele probesvervangen.

| 4

Apparatuur

| 5

Phased Array in medische wereld

| 6

Phased Array

• Een Phased Array taster heeft meer dan 1 kristal.

(4 tot 128)

• Elk individueel “kristal” is bekend als een element.

• Elk element kan:• Individueel worden “aangeslagen”• individueel ontvangen

• Dit maakt het mogelijk om de bundel te focusseren en sturen door gebruik te maken van tijdsverschuivingen bij het aanslaan van verschillende elementen van een array probe.

• Maar eerst het volgende>>>

| 7

Taster constructie

• Array meerdere elementen in een taster

| 8

Terminology

A = aperture g = gapP = pitch e = element breedteW = element hoogte n = hoeveelheid elementen

Actieve aperture is het sturende vlak (A)

Passieve aperture heeft geen sturende mogelijkheid (W)

| 9

Terminology

• PA-UT gebruikt ultrasoon geluid op een andere manier.

• Maar alle conventionele wetten zijn nog steeds van invloed:• Wet van Snellius• Bundelspreiding• Demping• Resolutie (in geluidsweg)

| 10

Terminology

Eén belangrijk punt om te onthouden:

• Je kan ultrageluid niet sturen!

• Ultrageluid kan alleen worden gereflecteerd en gebroken.

| 11

Principes van Phased Array

• Een Phased Array taster heeft meer dan één element. Normaalgesproken meer dan 8.

• Elk element die een bundel vormt, moet:• Zijn eigen zender/ontvanger zijn• Ieder element moet op verschillende tijdstippen, los van de aangrenzende

elementen, kunnen worden aangeslagen.

| 12

Het principe van Huygens:

• Een trillend object kan worden beschouwd alseen groot aantal puntbronnen bij elkaar.

• Bij elkaar opgeteld vormen de bijdragen van alle puntbronnen eengolffront.

• Elk golffront kan weer worden beschouwd als een aantalpuntbronnen die een nieuw golffront vormen.

Principes van Phased Array

| 13

Principes van Phased Array

• Noot:• Individuele bundels veranderenniet van richting• Alleen de som van de akoestischeenergie is geconcentreerd op het focus punt• Alleen energie wat terugkomtvan het gebied rondom het focus punt zal worden ontvangen(amplitude, fase).

| 14

Principes van Phased Array

• Wanneer alle of een aantal elementen tegelijk wordenaangeslagen, wordt er eenconventionele bundelgevormd. De losseelementen werken dushetzelfde als 1 grootelement.

• Actieve elementen vormen een elementgrootte die de bundeleigenschappen bepaald.

| 15

Principes van Phased Array

Golffront onder een hoekzenden:

• Door het linker element alseerste aan te slaan

• En met een vertraging in tijd de elementen hierrechts van aan te slaan

• Dit resulteert in eengolffront onder een hoek

| 16

Principes van Phased Array

• Een golffront kan zoworden gevormd, doormiddel van delaytijden, dat er op een bepaald punt kanworden gefocusseerd.

| 17

Principes van Phased Array

• De richting van de bundel kan aangepast worden met een Phased Array taster.

• Met 1 Phased Array taster kan er onderzoek worden gedaan met meerdere hoeken.

• Met 1 Phased Array taster kan er zowel een longitudinalehoektaster als een transversale hoektaster worden gegenereerd.

| 18

Principes van Phased Array

Op deze manier kunnen we diverse hoeken uitzenden en ontvangen.

Hiernaast een overzicht van de mogelijkheden

| 19

Principes van Phased Array

Opsomming:

• Kleine elementen (kleine diameter) – Brede bundel Sturing kandus over een grote range van hoeken.

• Grote elementen (grote diameter) – Smalle bundel meer energie, maar minder sturing mogelijk

• leiden tot een grotere aperture • nauwere focus • betere definitie van kleinere defecten (scheidend vermogen)

• Het golffront kan niet onbeperkt worden gestuurd.• Er zal anders vertekening plaats vinden

| 20

Scan Type

Er kan op twee manieren worden gescand:

• Lineair scannen: • De bundel behoudt een constante hoek en wordt opgebouwd door het

verplaatsen van een bepaalde aperture over alle beschikbare elementen in de Phased Array taster.

• Sectorial scannen:• De bundel wordt gestuurd onder verschillende hoeken met het gebruik van

dezelfde aperture.

| 21

Scan Type

• Onthoudt dat het een computer gestuurde technologie is dat éénding per keer doet, alleen dan heel erg snel.

• Er wordt elke keer één A-scan geproduceerd.

• De computer projecteerd al deze A-scans per reeks in één view (lineair/sectorial view).

| 22

Mogelijke aanzichten:A; A-beeld van 1 bundelB; ZijaanzichtC; BovenaanzichtD; EindaanzichtS; Positie in x-richting van sector of linear scanStripchart

Beeldopbouw

| 23

A-scan S/(B)-scan

D-scan C-scan

• Verschillende aanzichten in PA setup

Beeldopbouw

| 24

Presentatie S-scan

Lineair scan Sectorial scan

Beeldopbouw

| 25

Stripchart

Beeldopbouw

| 26

• Indicaties op voorbewerking op verschillende diepte

FBH 1,0 mm 3,75 diepte

FBH 1,0 mm 2,5 diepte

FBH 0,5 mm 1,25 diepte

AnalyseAnalyse

| 27

• Uittredende indicaties en volume fout

Notch 1,0 mm root

Notch 1,0 mm cap

SDH 1,0 mm 2,5 diepte

Analyse

| 28

Voordelen• Flexibiliteit een enkele Phased Array taster kan gebruikt worden voor

meerdere hoeken.

• De mogelijkheid tot het maken van Sectorial en Lineair scans.

• Meer informatie door de verschillende presentaties.

• Kan gebruikt worden voor meerdere doeleinden corrosie mapping, scheurdetectie, las inspectie etc.

• Meerdere type ultrasoon onderzoek kunnen worden gegenereerd

(puls echo (PE), ToFD, etc.).

• Direct resultaat en een permanente registratie.

• Andere werkzaamheden hoeven niet stil gelegd te worden.

| 29

Nadelen• Meer informatie betekent meer tijd nodig voor beoordelen (analyse) van de

resultaten en een lagere scansnelheid.

• Defecten kunnen gemist worden door de oriëntatie.

• Een Phased Array taster is toepasbaar binnen een range van toepassingen.

• Scanoppervlak dient te worden geprepareerd.

• De wiggen zijn groter dan bij conventioneel ultrasoon waardoor een aanpassing sneller nodig zal zijn om aankoppeling te bewerkstelligen.

• Voor afwijkingen op de procedure dient er over het algemeen een referentiestuk te worden aangemaakt.

| 30

• Wanddikte < 8 mm• Nozzle inspectie• Flensvlak corrosie/erosie• Kleine diameter• Bouten• Gecombineerd onderzoek• Composiet delaminatie• Corrosie mapping• Assen

Applicaties

| 31

Wanddikte <8mm

• PA is mogelijk op wanddikten < 8 mm

• Dit is alleen mogelijk met hoge frequentie

• Een goede uitlijning van de tasters (scanner) is belangrijkvoor een goede interpretatie (plotting van de indicatiesop de lasvoorbewerking)

| 32

Nozzle inspectie

| 33

• S-scan op 45o wedge met eenbundelspreiding van 30 tot 85°.

• De bouten in de flens kunneneen probleem qua bereikbaarheid zijn.

• Resultaten wordenweergegeven in A- and S-scans.

Flensvlak corrosie/erosie

| 34

SmoothEnd Surface

Bottom Surface

Hoek

0 graden

70 graden

Bundel sweep 0-70 L-golven

PA Taster32 Element, 10MHz

Flensvlak corrosie/erosie

| 35

Kleine diameter

| 36

Kleine diameter

| 37

H 3

H 4

Creëert een S-scan, waarbij de scheurhoogte kan wordenbepaald door een tip diffractie.

Turbine blad inspectie

| 38

BoutenPA Probe

15 DegreeBeam

Notch #1

0 DegreeBeam

360 Groove

Notch #2

End of Bolt

Threads

Notch #1

60 Groove

Mode Conversions

Notch #2

End of Bolt

0 Degree Beam

15 Degree Beam

| 39

Bouten

| 40

| 41

Composiet delaminatie

| 42

Corrosie mapping

| 43

Procedure status

• ISO 13588:2012 Non-destructive testing of welds -- Ultrasonic testing -- Use of automated phased array technology wallthickness> 6,0mmSinds 2012 beschikbaar.

• ISO 19285:2017 Non-destructive testing of welds -- Phased array ultrasonic testing (PAUT) -- Acceptance levelsDeze norm met acceptatie criteria is in augustus gepubliceerd.

• ISO/DIS 20601 Non-destructive testing of welds -- Ultrasonic testing -- Use of automated phased array technology for steel components with small wall thicknessWaarschijnlijk wordt in 2018 de definitieve ISO gepubliceerd.

• KINT project: The Development of Acceptance Criteria for Phased Array Ultrasonic Testing for Steel Components with Small Wall ThicknessDit project is in 2016 gestart, hier is Applus RTD ook bij betrokken. De resultaten zullen waarschijnlijk in 2018 als draft-norm worden ingediend bij ISO.

| 44

Safety first, Safety always

Did we determine all risk controls needed to have no harm to people?

Risk Assessment

Hierarchyof

Control

PersonalProtectiveEquipment

OutstandingSafety Issues?

| 45

Be interested