Sonda flexível Phased Array para inspeção de formatos complexos

Cenário

Realizar o mapeamento da espessura com ultrassom de alta resolução de formas complexas e geometrias variáveis, como cotovelos, é muito complicado. Para executar estas aplicações, a Olympus desenvolveu sua primeira sonda flexível Phased Array que é capaz de se adaptar às formas complexas, abrindo caminho para novas aplicações.

Problema

Para mapear a espessura de um componente, as sondas de ultrassom convencional devem ser manipuladas perpendicularmente em relação à superfície em todos os pontos da aquisição de dados. Este processo é lento e as cavidades de corrosão podem passar despercebidas entre os pontos da aquisição. O Phased Array permite que áreas amplas sejam escaneadas em alta resolução rapidamente, porém as sondas Phased Array lineares padrão são rígidas e não podem se adequar às mudanças na geometria dos componentes. A Olympus desenvolveu a sonda flexível Phased Array para solucionar este problema, e ela foi projetada para o mapeamento de alta resolução das espessuras de formas complexas. Entre as principais aplicações desta sonda estão a inspeção de cotovelos, dobras, bocais ou qualquer peça com geometria variável.

Solução

A nova sonda flexível Phased Array foi projetada e fabricada para combinar flexibilidade e integridade mecânica com aperfeiçoamento das propriedades acústicas. A sonda é fabricada com o composto flexível SC 1-3 que fornece flexibilidade, impedância acústica e redimensionabilidade.

Os parâmetros da sonda flexível Phased Array são os seguintes:

Figura 1: Perspectivas diferentes da sonda flexível Phased Array.

A integridade da sonda foi testada flexionando-a 500 vezes com um raio de 2 polegas a 10 ciclos por minuto. Todos os elementos da sonda continuaram a funcionar perfeitamente e nenhum dano foi observado.

As propriedades acústicas da sonda também foram testadas. A sonda flexível gerou o mesmo tipo de feixe acústico que uma sonda Phased Array padrão com os mesmos parâmetros gera. A sonda flexível apresentou a mesma direção de feixe com onda longitudinal a ±30 sem lóbulos discordantes.

A largura de banda do pulso ultrassônico é de 65%, aproximadamente, com o centro da frequência em 5,0 MHz. Para corrosão ou mapeamento de espessura, esta é um compromisso aceitável que se leva em conta as vantagens da sonda flexível.

Quando a sonda está em contato direto com uma peça metálica, normalmente, a zona morta é de 5 mm. Quando se utiliza uma linha de atraso como o da Aqualene, a zona morta pode diminuir para mm 2 ou 3 mm.

Resultados

A sonda flexível Phased Array conectada ao OmniScan MX2 foi testada nos cotovelos de dois tubos com indícios de corrosão interna. Foram utilizadas leis focais com 4 elementos, e foi realizado o rastreamento linear de onda longitudinal a 0° no comprimento da sonda. A resolução do rastreamento foi de 1 mm × 1 mm.

A sonda foi montada em uma linha de atraso feita com Aqualene para proporcionar melhor contato com a peça e reduzir a zona morta. Uma camada de gel de polímero foi colocada na parte traseira da sonda para distribuir igualmente a pressão realizada pelo operador (figura 2). Um codificador foi fixado neste conjunto. (Note que o conjunto do suporte é experimental e ainda não está disponível no mercado).

Figura 2: Conjunto de suporte experimental usado para teste.

Cotovelo n° 1

O cotovelo n° 1 possui diâmetro de 170 mm, a espessura da parede é de 17 mm e apresenta corrosão interna (figura 3). Rastreamento da sonda ao longo do eixo do tubo como mostrado na figura 3.

A superfície foi rastreada com resolução de 1 mm × 1 mm. Pequenas cavidades de corrosão interna são claramente visíveis nas imagens de B-scan e C-scan (figura 3). O software exibe a posição das cavidades e permite medição rápida da profundidade e do tamanho.

Figura 3: Esquerda: imagens de B-scan e C-scan das cavidades de corrosão. Direita: cotovelo com 170 mm de diâmetro externo.

Cotovelo n° 2

O cotovelo n° 2 possui 220 mm de diâmetro externo e espessura de parede de 7 mm (figura 4). Esse componente apresenta degradação causada por corrosão acelerada por fluxo (FAC, sigla em inglês).

O C-scan exibe claramente a região com corrosão acelerada por fluxo com uma área crescente, corroída gradualmente (figura 4). A cor vermelha indica a espessura de parede mais fina, a cor azul indica a espessura nominal da área da parede (figura 4). É fácil medir o tamanho da área corroída e parede restante mínima.

Figura 4: esquerda: imagens de B-scan e C-scan com corrosão acelerada por fluxo no cotovelo n° 2. Direita: cotovelo com 220 mm de diâmetro externo.

Estes testes demonstram que a sonda flexível Phased Array possui a flexibilidade adequada para se adaptar aos cotovelos e que ela mapeia corretamente a espessura de formas complexas.

Observação importante

Embora a sonda flexível Phased Array seja útil para inspeção de formas complexas, ela não deve ser considerada uma ferramenta resistente. Deve-se aplicar, cuidadosamente, pressão constante para obter sinais adequados. A superfície da sonda também precisa ser protegida durante o rastreamento. Se a sonda for friccionada diretamente em superfícies ásperas, ela sofrerá deterioração. Quando usada em contato direto com peças metálicas, a sonda deve ser coberta com fita Teflon. Recomenda-se a utilização de linha de atraso flexível. No momento, o conjunto de suporte para sonda flexível Phased Array não está comercialmente disponível.

Mesmo levando em conta estas limitações, a sonda flexível Phased Array é bastante útil quando utilizada com o devido cuidado.

Conclusão

A sonda flexível Phased Array prova que é capaz de realizar inspeção de formas complexas, como peças com cotovelos. Ela pode rastrear componentes complexos com geometrias variáveis e realizar mapeamento de espessura de alta resolução.

A sonda flexível realiza rastreamentos setorial e linear, como uma sonda Phased Array padrão.

Nota: a sonda flexível Phased Array foi projeta com várias aplicações em mente. O projeto atual da sonda não é adequado a todas aplicações e utilizações. Para informações adicionais, por favor, entre em contato com SCE.PM@olympus-ossa.com