Cuando el ensayo por ultrasonido multielemento (Phased Array) es usado para inspeccionar soldaduras en tuberías, como en aplicaciones de inspección de soldaduras circunferenciales, el problema que adviene comúnmente durante la dispersión del haz se amplifica debido a la geometría de la pieza. Cada interfaz de una pared curva de tubería actúa como una lente divergente, que reduce el haz acústico en el eje pasivo (el cual se encuentra a lo largo del eje de elevación elemental). El ancho del haz a lo largo del eje pasivo de la sonda de ultrasonido multielemento (Phased Array) es práctico para llevar a cabo un dimensionamiento de longitud preciso de los defectos. Si los inspectores usan técnicas de dimensionamiento de longitud de defectos basadas en la amplitud, un haz desenfocado de gran ancho en el eje pasivo puede conllevar a índices de rechazo más elevados.
Limitaciones físicas de las sondas lineales Phased Array en el eje pasivo
Mucho más a menudo de lo que se podría pensar, los inspectores rechazan defectos que en realidad presentan un tamaño suficiente como para sobrepasar las tolerancias requeridas. ¿Por qué sucede? La principal razón es que el equipamiento de ensayo por ultrasonido presenta limitaciones inherentes. Por lo general, cuando se usan las sondas PA, los haces de ultrasonido se focalizan de forma electrónica en el eje activo mediante el direccionamiento del haz; sin embargo, estos no cuentan con un mecanismo para focalizar el haz en el eje pasivo. Nuestra serie de suelas (zapatas) de focalización de eje pasivo (PAF) proporcionan este mecanismo.
Deficiencias de los métodos de dimensionamiento de longitud de defectos basado en la amplitud:
Un método común de dimensionamiento de longitud de defectos basado en la amplitud es la técnica de caída de amplitud a 6 dB. Cuando se lleva a cabo una inspección con una sonda lineal estándar Phased Array, el inspector desplaza la sonda lateralmente a lo largo del eje de escaneo, ubicado paralelamente al eje pasivo de la sonda. Los inspectores están capacitados para utilizar los picos y las caídas que se producen en la amplitud de la señal de los ecos provenientes de un defecto para poder medir su longitud.
Sin embargo, el método de caída de amplitud a 6 dB solo funciona en fallas/defectos que son del mismo tamaño o más largos que el ancho del haz. Cualquier falla (o defecto), que sea más pequeña que el haz, será evaluada incorrectamente como si su longitud fuera igual como el ancho del haz. Por ejemplo, si el ancho de un haz es de 7 mm, incluso un defecto que tenga 5 mm de largo se medirá como de 7 mm.
Función del ancho del haz en los niveles crecientes de rechazo
La limitación de esta técnica de caída de amplitud a 6 dB se vuelve un problema importante cuando los códigos normativos, como ASME B31 de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, consideran que cualquier defecto de más de 6 mm (o 6,4 mm, según el caso) es rechazable. Si el haz presenta 7 mm de ancho, todos los defectos de un diámetro inferior a 7 mm serán rechazados, incluso unos que de dotan de una longitud máxima aceptable.
La desviación típica del haz ultrasónico en una tubería (izquierda) se minimiza utilizando una suela (zapata) PAF (derecha).
Magnificación del problema: Mientras más pequeño es el diámetro, mayor es la desviación
En todas las aplicaciones de inspección de tuberías por ultrasonido, la curvatura de la superficie actúa como una lente de desviación. El haz se amplía más cuando golpea lapared curva de la tubería (vea la ilustración arriba a la izquierda). Con tuberías de menor diámetro, esta desviación es aún más pronunciada. Esto se debe a que el ancho del haz tiene efectos directos en la capacidad de dimensionamiento de los defectos; es decir que, cuanto más ancho es el haz, el rechazo de defectos aceptables es más probable. Debido a que las inspecciones de tuberías más pequeñas pueden sacar más provecho de las ventajas de las sondas PAF, la serie estándar cubre diámetros de tuberías que van desde un diámetro externo de 4,5 pulg. a 8,625 pulg.
Dos ventajas claras al usar las suelas (zapatas) de focalización de eje pasivo
Nuestras suelas (zapatas) de focalización de eje pasivo permiten reducir significativamente este problema de desviación del haz. El diseño patentado de la suela (zapata) incluye una interfaz curva entre dos materiales con diferentes velocidades de sonido. La curvatura dentro de la suela (zapata) focaliza el haz en el eje pasivo. Esta focalización de haz proporciona dos efectos benéficos:
- Índices de rechazo más bajos, ya que un ancho de haz más pequeño permite el dimensionamiento correcto de defectos más pequeños aceptables.
- Interpretación de datos más simple, ya que las imágenes de los defectos serán más nítidas a lo largo del eje de escaneo.
Esta configuración experimental expone la diferencia de nitidez en la representación C-scan cuando se utiliza una suela (zapata) estándar [arriba] y otra suela PAF [abajo] sobre una mitad de tubo de 4,5 pulg. de diámetro externo.
Los resultados mostrados provienen de ensayos experimentales presentados en detalle a través de esta documentación técnica. Para la configuración, se usó una sonda de ultrasonido multielemento (Phased Array, PA) con una suela (zapata) estándar y, después, se usó una suela (zapata) PAF sobre una mitad de tubo dotada de perforaciones verticales de 1 mm. Con la suela (zapata) estándar, el ancho del haz era de 5,7 mm en el diámetro interno (D. I.) y al regresar era de 7,5 mm en el diámetro externo (D. E.). Al usar la suela (zapata) PAF, el ancho del haz medido era de 3,5 mm en el diámetro interno y de 4,2 mm en el diámetro externo.
La suela (zapata) PAF proporcionó una mejora significativa en el ancho del haz, especialmente en el diámetro exterior (4,2 mm frente a 7,5 mm con la suela [zapata] estándar). De haberse aplicado un código normativo, como el ASME B31 (cuyas tolerancias de longitud de defectos son de 6 mm a 6,4 mm), algunos defectos detectados mayormente por la suela (zapata) estándar hubieran sido rechazados innecesariamente.
Contenido relacionado
Documentación técnica: Serie de suelas (zapatas) de focalización de eje pasivo
Contáctenos
