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Ultrasuoni phased array come alternativa alla radiografia


Esempio di una tubazione in acciaio al carbonio che può essere mappata con uno scanner

Sintesi

Nell'ambito delle valutazioni non distruttive (NDE- nondestructive evaluation) o dei controlli non distruttivi, molte norme permettono agli operatori di sostituire un metodo di ispezione con un altro se vengono soddisfatte alcune esigenze ispettive. Inoltre i metodi di ispezione non basati su norme sono costantemente revisionate per migliorare i processi e ridurre i costi. I metodi a ultrasuoni sono diventati delle diffuse e riconosciute alternative per le ispezioni che in passato adottavano dei metodi radiografici.

Introduzione

Quella radiografica e ultrasonora rappresentano delle tecniche NDT complementari. Entrambe possono ispezionare volumetricamente delle saldature e delle componenti per difetti come cricche, fusioni incomplete, porosità, ecc. La scelta di una rispetto all'altra spesso dipende dalle decisioni relative ai processi esterni o da piccole differenze nella capacità di rilevamento per una specifica ispezione. Tuttavia gli ultrasuoni hanno assunto importanza come alternativa alla radiografia, in pratica e in relazione alle norme delle principali organizzazioni come l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) e API (American Petroleum Institute). Sebbene la maggior parte delle norme non contemplano il metodo a ultrasuoni, quello a ultrasuoni phased array (PA), in particolare, è diventato il metodo alternativo più diffuso nelle procedure di ispezione. Il metodo PA è inoltre spesso combinato con quello della diffrazione del tempo di volo (TOFD - time-of-flight diffraction) quando gli operatori utilizzano delle unità di acquisizione e degli scanner che possono funzionare con entrambi i metodi simultaneamente. Nel passato i processi di ispezione basati sulle norme in genere facevano riferimento a "code cases" (eccezioni facoltative alle norme) o appendici. Tuttavia, in seguito a un loro crescente utilizzo e accettazione nell'ambito industriale, i processi di ispezione a ultrasuoni sono stati integrati direttamente alla parte principale delle norme principali, per esempio ASME Sec. V. Art. 4 a partire dall'edizione 2010. L'apparecchiatura a ultrasuoni phased array diventa sempre più portatile, conveniente e facile da usare, rendendo gli ultrasuoni un'alternativa pratica e sicura per la radiografia.

Tipici vantaggi degli ultrasuoni rispetto alla radiografia:

  • Alta probabilità di rilevamento (POD - high probability of detection) specialmente per cricche e fusioni incomplete:
    • In base alla maggior parte degli studi gli ultrasuoni tendono a rilevare i difetti piani in modo più efficace rispetto alla radiografia.
  • Dimensionamento preciso dell'altezza dei difetti e numero inferiore di rifiuti o di riparazioni mediante i criteri di Valutazione critica di ingegneria:
    • Gli ultrasuoni permettono la misura dell'altezza dei difetti, la quale consente una stima volumetrica della gravità del difetto, invece di considerare solo il tipo e la lunghezza del difetto.
  • Gli ultrasuoni non emettono radiazioni, non implicano rischi e non necessitano autorizzazioni o personale supplementare.
  • Non richiedono aree delimitate. Non è necessario interrompere il lavoro in prossimità delle ispezioni a ultrasuoni.
  • Non generano prodotti chimici o di scarto, contrariamente alla radiografia che utilizza pellicole.
  • L'ispezione a ultrasuoni in tempo reale può permettere una valutazione istantanea della saldatura e fornire velocemente delle informazioni importanti al saldatore.
  • I report di configurazione e ispezione sono in formato elettronico, contrariamente alla radiografia che utilizza le pellicole.

Esempi di norme nelle quali gli ultrasuoni sostituiscono la radiografia

  • ASME Code Case 2235
  • ASME Code Case 179
  • ASME Code Case 168
  • ASME Code Case N-659
  • ASME Code N-713
  • API 620/650 App. U
  • ASME Sec. V Mandatory Appendixes

Tipica apparecchiatura a ultrasuoni e esigenze di ispezione

  • Unità di acquisizione con completa capacità di gestione dei dati A-scan grezzi e di acquisizione della posizione mediante encoder (per esempio un rilevatore di difetti OmniScan® flaw detector o uno strumento FOCUS PX).
  • Un piano e una procedura di scansione che documentino la strategia di ispezione e i parametri essenziali (per esempio, i parametri che sono configurati mediante il software NDT SetupBuilder.
  • Uno scanner industriale, con encoder di posizione, in grado ripetutamente di scansionare una saldatura o una componente, in modo semi-automatico e automatico:
    • La scelta dello scanner è basata sul numero di saldature, sul diametro della tubazione e su altre variabili delle applicazioni:
  • Dati acquisibili:
  • Performance dimostrata dell'apparecchiatura, della procedura, dell'operatore e del processo di ispezione.
  • Criteri di accettazione alternativi, se necessario.
  • Sonde, zoccoli, apparecchiatura per l'accoppiante e altri accessori.
  • Formazione e certificazione adeguati per il personale.

Esempio di una tubazione in acciaio al carbonio che può essere mappata con uno scanner
I rilevatori di difetti OmniScan MX2 (capacità multi-gruppo) [a sinistra] e OmniScan SX (gruppo singolo).

Uso dello scanner RollerFORM per ispezionare fori a fondo piatto (FBH)Ampiezza del C-scan mediante il rilevatore di difetti OmniScan


Scanner WeldROVER completamente automatico ( sinistra) e scanner HSMT-Compact semi-automatico con un rilevatore di difetti OmniScan MX.

Conclusione

Sostituire la radiografia con gli ultrasuoni è diventato un orientamento consolidato nell'ambito industriale e una pratica riconosciuta dalle norme. La facilità d'uso e la convenienza dell'apparecchiatura phased array portatile, oltre all'utilizzo dei software associati, hanno accelerato l'uso degli ultrasuoni. Tra i motivi di questo orientamento protratto nel tempo è possibile citare il risparmio in termini di costo e tempo, il miglioramento della sicurezza per gli operatori o per le persone in prossimità e l'uso di criteri di accettazione alternativi. L'uso crescente degli ultrasuoni ha portato a una diminuzione del numero di componenti rifiutate e di riparazioni.

Olympus IMS

应用所使用的产品
L'NDT SetupBuilder è un nuovo software per PC in grado di creare configurazioni d'ispezioni e visualizzare una simulazione dei fasci. Questo software è dotato di diverse funzioni che permette l'elaborazione in maniera semplice e veloce di una strategia d'ispezione completa. Questa configurazione può essere in seguito importata nell'OmniScan MX2. È possibile:
La capacità di posizionare le sonde con precisione in base alla superficie da ispezionare influenza considerevolmente la qualità dell'ispezione. Olympus offre numerosi scanner e accessori di livello industriale per assistere gli operatori nelle operazioni. Gli scanner sono disponibili in diverse configurazioni, inclusi uno o due assi per l'acquisizione con encoder mediante movimento manuale o motorizzato.
TomoView è un software per PC potente e flessibile, usato per la preparazione, l'acquisizione dei dati, la visualizzazione e l'analisi dei segnali ultrasonori.
Questo nuovo software è l'opzione più efficiente ed economica per l'analisi dei dati OmniScan. È dotato degli stessi strumenti di analisi del software OmniScan ma con la flessibilità di poterli usare su un computer.
Lo strumento OmniScan SX, leggero e a gruppo singolo, integra uno schermo tattile a alta leggibilità da 8,4" e permette la realizzazione di soluzioni in modo economicamente vantaggioso. L'OmniScan SX è disponibile in due modelli: SX PA e SX UT. L'SX PA è un'unità 16:64PR, la quale, come quella SX UT (solamente UT), integra un canale a UT convenzionali per le ispezioni impulso-eco, trasmissione-ricezione o TOFD.
Le sonde per specifiche applicazioni phased array hanno un intervallo di frequenza compreso tra 0,5 MHz e 18 MHz, inoltre possono avere 16, 32, 64 o 128 elementi. Le sonde speciali possono avere centinaia di elementi.
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