Los principios básicos de los ensayos ultrasónicos aún aplicables
Antes de iniciar, es importante recordar que el método de focalización total (TFM) está sujeto a las mismas leyes físicas que rigen los ensayos por ultrasonido convencional (UT) y ultrasonido multielemento (Phased Array). La focalización electrónica por ultrasonido multielemento (Phased Array) es la capacidad que produce un cúmulo de múltiples frentes de onda a partir de los elementos individuales de la sonda en un área pequeña, al cual se le denomina punto focal o de focalización. Tal convergencia sólo es posible dentro del campo cercano de la sonda PA.
El final del campo cercano corresponde al último y máximo valor del campo de presión a lo largo del eje de propagación de un haz ultrasónico no focalizado. Esto se define a través de los parámetros de la sonda, como el tamaño y la frecuencia del elemento, así como la velocidad del sonido en el material. En el caso del ultrasonido multielemento (Phased Array), el campo cercano es la zona donde se aplica la focalización. Fuera de esta escala, la inspección se considera desenfocada; además, la amplitud y resolución del haz se degradará con la trayectoria acústica al igual que sucede con el ultrasonido convencional. Con el TFM, se aplican los mismos límites de focalización y de campo cercano, lo que significa que lo aplicable con el ultrasonido multielemento (Phased Array) también es válido con el TFM.
Consideraciones sobre las características de la sonda y capacidad de focalización
La frecuencia, el tamaño y la cantidad de los elementos son algunos de los factores que influyen en la configuración y la calidad de la inspección. Por ejemplo, debido a que la longitud del campo cercano se ajusta de forma proporcional a la frecuencia y al tamaño de apertura de la sonda, una sonda con una frecuencia más alta y una apertura activa más grande será capaz de aplicar una focalización más extensa a partir de su parte frontal, lo que permite cubrir una región más grande y obtener una mejor representación TFM. Sin embargo, la resolución cercana a la superficie se verá afectada negativamente.
Confiar en ensayos experimentales para definir la sonda ideal, en el caso de las configuraciones TFM, es poco práctico debido a todas las variables que deben cubrirse. Esto pone en evidencia la importancia de una herramienta de modelado para configurar su inspección por el TFM.
Herramientas de modelado: su importancia al seleccionar sondas para la inspección por TFM
La herramienta de modelado, denominada «Mapa de Influencia Acústica» (AIM), que integra el detector de defectos OmniScan™ X3, permite prever la calidad de la señal TFM resultante. Gracias a esta herramienta, es posible visualizar la respuesta ultrasónica que proporcionará la combinación de la sonda y suela (zapata) seleccionadas en el caso de un reflector específico al determinar un grupo de ondas. De esta forma, es posible tomar decisiones correctas, incluso al seleccionar la sonda y la suela (zapata) apropiadas para una configuración.
Al conceptuar el AIM como un mapa térmico en dónde la respuesta de amplitud sería la más fuerte, el índice de sensibilidad (Sensitivity Index) representaría la temperatura máxima. En función de este concepto, no hay un límite máximo en cuanto a cuán elevada podría ser la «temperatura máxima», pero cuanto más caliente mejor. Al comparar el «índice de sensibilidad» previsto por el AIM y elaborado en función de una determinada serie de parámetros (es decir, a través de la selección de la sonda, la suela [zapata], la forma y el ángulo del reflector, el conjunto de ondas, etc.), con otro AIM, el usuario obtendrá una mejor idea de la configuración más apropiada para sus necesidades de inspección.
AIM: Ejemplo mostrando el efecto de la emisión de la sonda sobre la sensibilidad en el TFM
Las siguientes capturas de pantalla son simulaciones del AIM en las que tanto la frecuencia de la sonda (5 MHz) como otros parámetros se replican, a excepción de los elementos (emisión) que presentan tamaños distintos. En el siguiente ejemplo, el aumento de tamaño de los elementos en el eje activo hacen que el índice de sensibilidad también aumente.
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Modelo de sonda 5L64-A32: Apertura total activa de 32 × 10 mm; emisión de 0,5 mm; elevación de 10 mm, y grupo de ondas en modo pulso-eco TT. |
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Modelo de sonda 5L64-A12: Apertura total activa 38,4 × 10 mm; emisión de 0,60 mm; elevación de 10 mm, y grupo de ondas en modo pulso-eco TT. |
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Modelo de sonda 5L64-NW1: Apertura total activa de 64 × 7 mm; emisión de 1,00 mm, elevación de 7 mm, y grupo de ondas en modo pulso-eco TT. |
AIM: Ejemplo mostrando el efecto de la frecuencia de la sonda sobre la sensibilidad y la cobertura
La frecuencia de la sonda también influye en la simulación del AIM y, en última instancia, en la inspección por el TFM. Cuanto más alta es la frecuencia de la sonda, la zona de transición desde el campo cercano hasta el campo lejano se extiende mucho más lejos. Mediante los siguientes ejemplos observe cómo el valor del índice de sensibilidad es superior con una sonda de frecuencia más alta y la cromaticidad del AIM es más uniforme a lo largo de todo el salto completo, lo que significa una menor variación en la amplitud, y por lo tanto en el tamaño del defecto, con el aumento de la trayectoria acústica.
Modelo de sonda 5L64-A32: Frecuencia de 5 MHz; apertura total activa de 32 × 10 mm; emisión de 0,5 mm; elevación de 10 mm, y grupo de ondas TT-TT
Índice de sensibilidad: 18,68
Modelo de sonda 10L64-A32: Frecuencia de 10 MHz; apertura total activa de 32 × 10 mm; emisión de 0,5 mm, elevación de 10 mm, y grupo de ondas TT-TT
Índice de sensibilidad: 27,38
Aparte de contar con una herramienta práctica de modelado, como el AIM, la preparación adecuada y el buen plan de escaneo por TFM deben incluir siempre una estrategia de monitorización y ensayos de viabilidad para garantizar que el área de interés sea cubierta apropiadamente y la calidad de la señal obtenida sea correcta.
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