Sanjeevareddy Kolkoori

Ultrasonic field profile evaluation in acoustically inhomogeneous anisotropic materials using 2D ray tracing model: Numerical and experimental comparison.

Ultrasound propagation in inhomogeneous anisotropic materials is difficult to examine because of the directional dependency of elastic properties. Simulation tools play an important role in developing advanced reliable ultrasonic non destructive testing techniques for the inspection of anisotropic materials particularly austenitic cladded materials, austenitic welds and dissimilar welds. In this contribution we present an adapted 2D ray tracing model for evaluating ultrasonic wave fields quantitatively in inhomogeneous anisotropic materials. Inhomogeneity in the anisotropic material is represented by discretizing into several homogeneous layers. According to ray tracing model, ultrasonic ray paths are traced during its energy propagation through various discretized layers of the material and at each interface the problem of reflection and transmission is solved. The presented algorithm evaluates the transducer excited ultrasonic fields accurately by taking into account the directivity of the transducer, divergence of the ray bundle, density of rays and phase relations as well as transmission coefficients. The ray tracing model is able to calculate the ultrasonic wave fields generated by a point source as well as a finite dimension transducer. The ray tracing model results are validated quantitatively with the results obtained from 2D Elastodynamic Finite Integration Technique (EFIT) on several configurations generally occurring in the ultrasonic non destructive testing of anisotropic materials. Finally, the quantitative comparison of ray tracing model results with experiments on 32mm thick austenitic weld material and 62mm thick austenitic cladded material is discussed.

Quantitative simulation of ultrasonic time of flight diffraction technique in 2D geometries using Huygens-Fresnel diffraction model: Theory and experimental comparison

This article presents an analytical approach for simulation of ultrasonic diffracted wave signals from cracks in two-dimensional geometries based on a novel Huygens-Fresnel Diffraction Model (HFDM). The model employs the frequency domain far-field displacement expressions derived by Miller and Pursey in 2D for a line source located on the free surface boundary of a semi-infinite elastic medium. At each frequency in the bandwidth of a pulsed excitation, the complex diffracted field is obtained by summation of displacements due to the unblocked virtual sources located in the section containing a vertical crack. The time-domain diffracted wave signal amplitudes in a general isotropic solid are obtained by standard Fast Fourier Transform (FFT) procedures. The wedge based finite aperture transducer refracted beam profiles were modelled by treating the finite dimension transducer as an array of line sources. The proposed model is able to evaluate back-wall signal amplitude and lateral wave signal amplitude, quantitatively. The model predicted range-dependent diffracted amplitudes from the edge of a bottom surface-breaking crack in the isotropic steel specimen were compared with Geometrical Theory of Diffraction (GTD) results. The good agreement confirms the validity of the HFDM method. The simulated ultrasonic time-of-flight diffraction (TOFD) A-scan signals for surface-breaking crack lengths 2 mm and 4 mm in a 10 mm thick aluminium specimen were compared quantitatively with the experimental results. Finally, important applications of HFDM method to the ultrasonic quantitative non-destructive evaluation are discussed.

Quantitative evaluation of ultrasonic sound fields in anisotropic austenitic welds using 2D ray tracing model

Ultrasonic investigation of inhomogeneous anisotropic materials such as austenitic welds is complicated because its columnar grain structure leads to curved energy paths, beam splitting and asymmetrical beam profiles. A ray tracing model has potential advantage in analyzing the ultrasonic sound field propagation and there with optimizing the inspection parameters. In this contribution we present a 2D ray tracing model to predict energy ray paths, ray amplitudes and travel times for the three wave modes quasi longitudinal, quasi shear vertical, and shear horizontal waves in austenitic weld materials. Inhomogenity in the austenitic weld material is represented by discretizing the inhomogeneous region into several homogeneous layers. At each interface between the layers the reflection and transmission problem is computed and yields energy direction, amplitude and energy coefficients. The ray amplitudes are computed accurately by taking into account directivity, divergence and density of rays, phase relations...

A comparative study of ray tracing and CIVA simulation for ultrasonic examination of anisotropic inhomogeneous austenitic welds

Ultrasonic examination of anisotropic inhomogeneous austenitic welds is challenging, because of the columnar grain structure of the weld leads to beam skewing and splitting. Modeling tools play an important role in understanding the ultrasound field propagation and optimization of experimental parameters during the ultrasonic testing of austenitic welds as well as the interpretation of the test results. In this contribution, an efficient theoretical model based on the ray tracing concepts is developed to calculate the ultrasonic fields in inhomogeneous austenitic welds quantitatively. The developed model determines the ultrasound fields by taking into account the directivity of the ray source, the inhomogenity of the weld as well as ray transmission coefficients. Directivity of the ray source in columnar grained austenitic materials (including layback orientation) is obtained in three dimensions based on Lambs reciprocity theorem. Ray energy reflection and transmission coefficients at an interface betwee...

Hochenergieradiografie – Erkennung von Einzelheiten in großen, komplexen Schichttiefen

Kurzfassung Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiografie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Unterschied zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.

High energy X-ray imaging technology for the detection of dangerous materials in air freight containers

In the context of the German aviation security research and development project SILUFRA (secure air freight transport chains), BAM has developed a high-resolution and high-energy X-ray imaging technology for the reliable detection of dangerous and illicit materials in densely packed air freight containers. In the developed technology, a novel combination of high-energy (2-7.5 MeV) X-ray betatron as the radiation source and a high-resolution digital detector array (DDA) for the X-ray imaging was utilized to improve the probability of detecting contraband and explosive materials by enhancing the spatial and contrast resolution in the digital X-ray image. In addition, flexible rotations of the high-energy X-ray source and the digital detector array can lead to clarify the suspicious region of interest (ROI) in air freight containers efficiently. Thus, reduces the false alarm rates and the need for expensive manual inspections of the whole container load. In order to evaluate the detection efficiency, we carried out the experimental investigations on a real air freight container loaded with typical cargo materials such as heavy automobile components and electronic products as well as mock-up dangerous and contraband materials. Furthermore, the material discrimination in the radiographic images was evaluated based on the dual high-energy X-ray imaging method. Finally, important applications of the proposed imaging technology to the air cargo security are discussed.

A new X-ray backscatter technology for aviation security applications

In order to enhance the supply chain security at airports, the German federal ministry of education and research has initiated the project ESECLOG (enhanced security in the air cargo chain) which has the goal to improve the threat detection accuracy using one-sided access methods. In this paper, we present a new X-ray backscatter technology for non-intrusive imaging of suspicious objects (mainly low-Z explosives) in luggages and parcels with only a single-sided access. A key element in this technology is the X-ray backscatter camera embedded with a special twisted-slit collimator. The developed technology has efficiently resolved the problem related to the imaging of complex interior of the object by fixing source and object positions and changing only the scanning direction of the X-ray backscatter camera. Experiments were carried out on luggages and parcels packed with mock-up dangerous materials including liquid and solid explosive simulants. In addition, the quality of the X-ray backscatter image was enhanced by employing high-resolution digital detector arrays. Experimental results are discussed and the efficiency of the present technique to detect suspicious objects in luggages and parcels is demonstrated. At the end, important applications of the proposed backscatter imaging technology to the aviation security are presented.

Imaging of transverse cracks in austenitic welds with RT-SAFT

The synthetic aperture focusing technique (SAFT) is an imaging technique commonly used in ultrasonic inspection. In order to apply SAFT to the inspection of austenitic welds, the inhomogeneous anisotropic nature of the weld structure has to be taken into account. A suitable approach to accomplish this, is to couple the SAFT-algorithm with a ray tracing program (RT-SAFT). While SAFT-imaging of cracks in austenitic welds by use of ray tracing has been carried out before, all attempts so far were limited to longitudinal cracks which usually allows a treatment as 2-dimensional problem. In case of transverse cracks, a full 3-dimensional ray tracing is necessary in order to perform a SAFT-reconstruction. In this paper, we give an outline of our attempts to reconstruct images of transverse cracks in austenitic welds, utilizing 3-dimensional ray tracing and a layered structure model derived from an empirical model of grain orientations in welds. We present results of this RT-SAFT on experimental data taken from transverse cracks in different austenitic welds, which show that size and position of the cracks can be estimated with good accuracy, and compare them to images obtained by assuming an isotropic homogeneous medium which corresponds to the application of the classical SAFT-algorithm.

EFNDT Working Group 5 – der Brückenschlag zwischen technischer und öffentlicher Sicherheit

Kurzfassung Die Arbeitsgruppe 5 der Europäischen Föderation für Zerstörungsfreie Prüfung (EFNDT Working Group 5 “Public Security and Safety”, EFNDT WG 5) verfolgt weiterhin das Ziel, organisatorisch weit auseinanderliegende Zuständigkeiten und Arbeitsgebiete zusammenzuführen, die weitgehend mit gleichen, zumindest ähnlichen Prinzipien und Methoden arbeiten. Auf der Suche nach neuen Wegen stoßen beide Seiten auf Gemeinsamkeiten. Dies gilt auch für neue Ansätze und Bewertungsmethoden von Techniken, mit denen Risiken vermindert werden sollen. Hierzu hat in Berlin ein Workshop im Oktober 2012 stattgefunden, auf dem parallele Projekte zur Container- und Frachtsicherheit zusammengeführt werden konnten. Herausgestellt wurde die Komplementarität der laufenden Projekte, gemeinsame Aspekte sollen künftig auch zusammen bearbeitet werden. Darüber hinaus wurden neue Methoden und Vorgehensweisen vorgestellt, aber auch die Sichtweise der Europäischen Kommission mit ihren Vorstellungen zu einem europäischen Markt für Sicherheitstechnik dargestellt. Angesprochen wurden bestehende und vorgeschlagene europaweite Regulierungen und das europäische Referenznetz zum Schutz kritischer Infrastrukturen (ERNCIP), welches ein Netzwerk von Laboratorien für den Test von Sicherheitstechnik zum Ziel hat. Auf technischem Sektor standen Methoden im Vordergrund, mit denen die Gesamtmenge eines Gefahrstoffes wie z. B. Sprengstoff erkannt werden kann, und nicht nur Spuren als indirekter Hinweis. Die Arbeitsgruppe konnte somit erstmalig ein neutrales Forum für parallel laufende Projekte zur öffentlichen Sicherheit zur Verfügung stellen. Die auf den Workshops 2010 bis 2012 in Berlin gehaltenen Vorträge sind auf der Webseite des EFNDT WG 5 im geschützten Bereich zu finden. Nicht alles davon ist geeignet, es der allgemeinen Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Deshalb sind alle Vorträge aus den Workshops in einem passwortgeschützten Verzeichnis abgelegt. Die Erteilung des Passwortes erfolgt über den Convenor der Arbeitsgruppe durch die EFNDT. Eine Erweiterung dieser Struktur zu einem Austauschforum ist vorgeschlagen. Zur Teilnahme daran sind nicht nur Mitglieder in den Gesellschaften für zerstörungsfreie Prüfung eingeladen, sondern auch diejenigen, die in den Anwendungsgebieten zur öffentlichen Sicherheit tätig sind.

Röntgenrückstreuradiografie – Eindringen statt Durchdringen, aber Bilder mit Schatten

Kurzfassung Der große praktische Vorteil der Rückstreuradiografie allgemein ist, dass kein Bilddetektor am Objekt auf der der Strahlenquelle gegenüberliegenden Seite aufgestellt werden muss. Dieses ist immer dann gegeben, wenn sich das Untersuchungsobjekt in oder an einer Wand befindet oder es so groß ist, dass eine Durchstrahlung aufgrund der zu durchdringenden Schichtdicken nicht infrage kommt. Von der üblichen Methode, das Objekt mit einem wandernden ausgeblendeten Einzelstrahl („Bleistiftstrahl“) abzutasten und die gesamte rückgestreute Strahlung großflächig zu registrieren, unterscheidet sich das hier verwendete Verfahren grundsätzlich. Das Objekt wird voll von einem (unkollimierten) Kegelstrahl angestrahlt. Das Bild wird mit einer Kamera aus absorbierendem Material (Wolfram, Blei) aufgenommen, die einen Matrixdetektor als Bildempfänger enthält. Die „Optik“ besteht aus einer besonders geformten Schlitzblende, die nach einem erweiterten Lochkameraprinzip arbeitet, das auch dickere Blendenmaterialschichten zulässt. Die voneinander unabhängige Positionierung von Kamera und Strahlenquellen erlaubt unterschiedliche Einstrahlgeometrien, die verschiedene Ergebnisbilder liefern. So erscheint ein komplexer Gegenstand vor einer rückstreuenden Wand völlig anders, als wenn er frei im Raum steht. Röntgenrückstreubilder müssen deshalb abhängig von ihrer „Ausleuchtung“ mit der Röntgenstrahlung und näheren Umgebung interpretiert werden.