Quando i controlli a ultrasuoni phased array (PAUT) vengono usati per ispezionare saldature nelle tubazioni (es: applicazioni di ispezione di saldature circonferenziali), i comuni limiti di diffusione dei fasci è amplificato dalla forma della componente. Ogni interfaccia della parete curva di una tubazione si comporta come una lente divergente, ampliando il fascio acustico sull'asse passivo, il quale si sviluppa lungo l'asse dell'altezza dell'elemento. L'ampiezza del fascio lungo l'asse passivo della sonda phased array è determinante per la precisione della misura della lunghezza del difetto. Quando gli operatori impiegano delle tecniche di misura della lunghezza dei difetti in funzione dell'ampiezza, una maggiore ampiezza del fascio non focalizzato sull'asse passivo può produrre un maggiore tasso di rifiuto.
Limiti fisici delle sonde phased array sull'asse passivo
Più spesso di quanto si pensi, gli operatori rifiutano i difetti che sono in effetti sufficientemente piccoli da rientrare nelle tolleranze richieste. Per quale motivo si verifica questo? Il motivo principale risiede nei limiti intrinseci dell'apparecchiatura per i controlli a ultrasuoni (UT). In genere, quando sono usate le sonde phased array, i fasci a ultrasuoni sono focalizzati elettronicamente sull'asse attivo mediante l'orientazione dei fasci, tuttavia non si è in grado di focalizzare l fascio sull'asse passivo. La nostra innovativa serie di zoccoli con focalizzazione sull'asse passivo (PAF) fornisce questa capacità.
Limiti dei metodi di misura della lunghezza in funzione dell'ampiezza
Un comune metodo di misura della lunghezza in funzione dell'ampiezza è la tecnica "6 dB drop". Nel caso di un'ispezione mediante una sonda phased array lineare standard, l'operatore sposta la sonda lateralmente lungo l'asse di scansione, il quale è parallelo all'asse passivo dell'array del trasduttore. Gli operatori sono formati per usare picchi e cadute nell'ampiezza del segnale degli echi provenienti da un'indicazione per misurarne la sua lunghezza.
Tuttavia il metodo "6 dB drop" funziona solamente su difetti che hanno una dimensione pari o maggiore alla larghezza del fascio. Qualunque difetto più piccolo del fascio gli viene erroneamente attribuita la stessa lunghezza dell'ampiezza del fascio. Per esempio, se l'ampiezza del fascio è di 7 mm, anche un difetto di 5 mm di ampiezza verrà considerato come se fosse di 7 mm di ampiezza.
L'influenza dell'ampiezza del fascio nell'aumento del tasso di rifiuto
Questo limite della tecnica "6 dB drop" rappresenta un rilevante problema quando norme, come la ASME B31 dell'American Society of Mechanical Engineers, considera qualunque difetto di ampiezza superiore a 6 mm (oppure 6,4 mm in funzione dei casi) come rifiutabile. Se il fascio ha un'ampiezza di 7 mm, allora ogni difetto di ampiezza inferiore a 7 mm sarà rifiutato, perfino quelli con un'ampiezza inferiore a quella massima accettabile.
Tipica divergenza di fascio a ultrasuoni in una tubazione (a sinistra) minimizzata mediante uno zoccolo PAF (a destra)
Concentrarsi sul problema: Minore è il diametro, maggiore è la divergenza
In tutte le applicazioni di ispezione a ultrasuoni di tubazioni, la curvatura della superficie si comporta come una lente divergente. Il fascio diventa più ampio quando raggiunge il lato inferiore della tubazione (vedere la precedente immagine a sinistra). Con tubazioni di diametro inferiore, questa divergenza è perfino maggiore. Visto che l'ampiezza del fascio ha un impatto diretto sulla capacità di misura del difetto, maggiore è l'ampiezza del fascio e maggiore è la probabilità che difetti accettabili siano rifiutati. Visto che le ispezioni di tubazioni di dimensioni minori beneficiano maggiormente dei vantaggi offerti dagli zoccoli PAF, la serie standard copre diametri esterni di tubazioni compresi tra 11,43 cm (4.5 in.) e 21,91 cm (8,625 in.).
Due notevoli vantaggi nell'usare zoccoli con focalizzazione sull'asse passivo
I nostri zoccoli con focalizzazione sull'asse passivo possono aiutare significativamente a ridurre questo problema di divergenza del fascio. La struttura brevettata dello zoccolo integra un'interfaccia curva tra due materiali con diverse velocità di propagazione dell'onda sonora. Questa curva all'interno dello zoccolo focalizza il fascio sull'asse passivo. Questa focalizzazione del fascio ha due effetti positivi:
- Minore tasso di rifiuto visto che un fascio di ampiezza ridotta permette una misura ottimale dei difetti accettabili più piccoli.
- Interpretazione dei dati semplificata visto che le immagini dei difetti saranno più definiti lungo l'asse di scansione.
Questa configurazione sperimentale illustra la differenza in nitidezza dell'immagine C-scan quando si usa uno zoccolo standard (in alto) e lo zoccolo PAF (in basso) su una mezza tubazione con diametro esterno di 11,43 cm (4.5 in.).
I risultati riportati qui derivano da un controllo sperimentale presentato in dettaglio in questo articolo tecnico. Nella configurazione, è stata usata una sonda phased array con uno zoccolo standard e in seguito uno zoccolo PAF su una mezza tubazione con diametro esterno di 11,43 cm (4.5 in.) con fori passanti verticali di 1 mm di diametro. Con lo zoccolo standard, l'ampiezza del fascio è stata di 5,7 mm nel diametro interno (DI) e di 7,5 mm nel diametro esterno (DE). Quando è stato usato lo zoccolo PAF, l'ampiezza del fascio misurato è stato di 3,5 mm nel diametro interno e di 4,2 mm nel diametro esterno.
Lo zoccolo PAF ha fornito un miglioramento significativo per l'ampiezza del fascio, in modo particolare nel diametro esterno (4,2 mm invece che 7,5 mm con lo zoccolo standard). Se è stata applicata una norma ASME B31 (con le rispettive tolleranze della lunghezza dei difetti 6 mm – 6,4 mm), alcuni difetti di minori dimensioni rilevati dallo zoccolo standard saranno rifiutati senza che ve ne sia bisogno.
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