Rozwój i zastosowania badań ultradźwiękowych z użyciem aparatury i głowic wieloprzetwornikowych, zwanych w przyjętej nomenklaturze – ultradźwiękową technologią phased-array, osiągnął stan samodzielnej techniki badawczej na początku lat 2000.
Zastosowania przemysłowe technologii phased-array datują się od początku lat 80-tych XX wieku i wywodzą się z obszaru medycyny. W połowie lat 80-tych rozwinięto technologie materiałów piezokompozytowych i pozwoliło to na wytwarzanie głowic phased-array, w bardziej złożonych konfiguracjach. Zaawansowane rozwiązania technologii piezokompozytów, rozwój mikromechaniki i mikroelektroniki a także mocy obliczeniowej komputerów (pakiety oprogramowania przy produkcji głowic oraz wzajemnej interakcji między elementami matrycy) spowodowały burzliwy rozwój technologii phased-array. Gwałtownie wzrosły też możliwości sterowania interakcyjnego wiązkami phased-array.
Technologie phased-array charakteryzują się bardzo wysoką wiarygodnością uzyskiwanych wyników i zostały powszechnie uznane jako materiał podstawowy w krytycznej ocenie inżynierskiej – ECA, dla której poświęcono w książce oddzielny rozdział.
Jednocześnie w chwili obecnej obserwuje się burzliwy rozwój produkcji przenośnych, zasilanych akumulatorowo, aparatów phased array stanowiących jakościowy skok dla zastosowań, jakim stały się aparaty typu OmniScan MX2, a ostatnio X3 wiodącej na tym rynku firmy Olympus. Instrumenty tego typu powoli wchodzą do codziennej praktyki bardziej zaawansowanych inspekcji i pozwalają na szybkie stosowanie również takich specjalnych zastosowań jak mapowanie korozji, szybkie wykrywanie pęknięć, w tym korozji naprężeniowej i międzykrystalicznej. Specjalne rozwiązania przewidziano również do badania materiałów trudnych (duplex) i austenitycznych. Tym procesom towarzyszyć musi rozszerzony zakres szkolenia i certyfikacji personelu NDT, oparty o zagadnienia zjawisk dyfrakcyjnych (techniki TOFD) oraz phased-array (techniki PA), które stanowią najbardziej nowoczesne trendy badawcze, w szczególności w zastosowaniach łączenia tych technik oraz w kontekście uzyskiwania jak najbardziej wiarygodnych wyników badania.
Takim celom ma służyć niniejsza monografia, jak się wydaje jedyna w języku polskim, obejmująca tak szeroki zakres wiedzy podstawowej i o zastosowaniach technologii phase-array.
Książka została zredagowana w postaci samodzielnych rozdziałów zawierających:
• Rozdział 1 – Podstawy konwencjonalnych ultradźwięków w kontekście zastosowań PA-UT
Rozdział zawiera skrócony przegląd podstaw konwencjonalnych badań ultradźwiękowych dla zaawansowanego wymiarowania. Specjalne tabele i wykresy będą pożyteczne w zastosowaniu do technologii ultradźwiękowej phased-array (szczegóły formuł ogniskowania w zakresie skanowania sektorowego i normalnego, położenie sygnałów po transformacji, osłabienie sygnału, kompensacja kątowa wzmocnienia, rozdzielczość osiowa i poprzeczna wiązki oraz charakterystyki wiązki).
• Rozdział 2 – Główne koncepcje ultradźwiękowej technologii phased-array
Rozdział opisuje skróconą historię rozwoju technologii phased-array, zasady dotyczące ultradźwięków w wersji wieloprzetwornikowej, koncepcje czasu opóźnienia (lub formuł ogniskowania) dla głowic phased-array oraz aparaturę PA. Podano techniczne źródła związane z implementacją tej nowej technologii oraz jej zalety.
• Rozdział 3 – Głowice phased-array (PA) piezokpompozytowe
Rozdział obejmuje zasadnicze aspekty budowy matryc phased-array oraz głowic PA w zastosowaniach do badań ultradźwiękowych. Wyjaśniono sposoby wytwarzania, następnie podano nomenklaturę przetworników typu phased-array i prześledzono fizyczne właściwości wiązek fal realizowanych przy pomocy matryc PA,, a na koniec przedstawione zostały przykłady zastosowań.
• Rozdział 4 – Charakterystyka aparatury ultradźwiękowej phased-array. Kalibracja i techniki badawcze
Rozdział zawiera charakterystyki podstawowej aparatury i systemów ultradźwiękowych PA na przykładzie firmy Olympus oraz sposoby jej kalibracji a także różnych technik badawczych z zastosowaniem tych systemów. Określono również szczegółowo tolerancje wyznaczanych cech przyrządów oraz przeprowadzono analizę i objaśnienia.
• Rozdział 5 – Sposoby skanowania i rodzaje zobrazowań
W rozdziale omówiono sposoby zautomatyzowanego badania (lub skanowania) oraz typowe modele zobrazowań na przykładzie zastosowań w systemach OLYMPUS.
• Rozdział 6 – Przygotowanie systemu i zamiana aparatury
Rozdział przedstawia techniczne elementy związane z przygotowaniem do badania z wykorzystaniem systemu ultradźwiękowego (głowice, aparat i ewentualnie skaner). Szczegółowy podrozdział jest poświęcony próbkom odniesienia (referencyjnym) używanym do oceny przygotowania systemu. Inny podrozdział dotyczy wpływu specyficznych parametrów używanych w kalkulatorze formuł ogniskowania na wykrywanie, lokalizację i wymiarowanie pęknięć. W innej części zajęto się optymalizacją nastaw i analizą wyników. Ostatni podrozdział poświęcony jest tolerancjom przy zamianie aparatów (elementów systemu) ultradźwiękowego.
• Rozdział 7 – Wiarygodność techniki PAUT oraz jej wkład w Krytyczną Ocenę Inżynierską -ECA
Rozdział przedstawia techniczne kwestie związane z wiarygodnością ultradźwiękowej technologii phased -array oraz udział PAUT w Krytycznej Ocenie Inżynierskiej (ECA,) stosowany przy tworzeniu wiarygodnych modeli zarządzających długotrwałością pracy konstrukcji z wadami wytwórczymi i/lub nabytymi w czasie eksploatacji. Przedstawiono przykłady z różnych obszarów techniki: nuklearnej (turbiny i elementy turbin) oraz rurociągów.
• Rozdział 8 – Studia przypadków – trudne zadania badawcze
Rozdział omawia sposoby rozwiązywania skomplikowanych zadań badawczych (nazywane w nomenklaturze NDT – studiami przypadków), takich jak zaawansowane badania rurociągów ze stali węglowych oraz austenitycznych, badanie połączeń z materiałów różniących się, inspekcje turbin niskiego ciśnienia oraz systemy automatyczne do badania on-line z dużymi prędkościami, badania w kolejnictwie, itp..
