Introdução ao Método de Foco Total para END
O método de foco total (TFM) gerou muita excitação na área de ensaios não destrutivos (END). Mas existiam desafios que ainda não tinham sido resolvidos na utilização do TFM, como a escolha do melhor modo de propagação (conjunto de ondas) para uma determinada inspeção. Os primeiros operadores que adotaram esse método perceberam rapidamente que usar o modo errado poderia provocar a perda completa da indicação da tela, o que causava repercussões críticas óbvias.
Dificuldades na escolha da configuração adequada ao usar o TFM
Ao selecionar um modo de propagação (conjunto de ondas) para uma determinada inspeção, o inspetor precisa saber quais tipos de defeitos podem ocorrer na peça a ser inspecionada. O tipo de defeito fornecerá algumas informações sobre a orientação do refletor, o que é fundamental ao se inspecionar com teste ultrassônico (UT). Com UT convencional, Phased Array, ou TFM, o princípio básico é o mesmo. A probabilidade de detecção (POD) é mais alta quando o ângulo de incidência do feixe acústico é igual ao ângulo de reflexão no alvo. Outro motivo é o parâmetro da sonda. Dependendo da sonda utilizada, as ondas acústicas podem não ser capazes de atingir o defeito visado com amplitude apreciável. Mesmo que a zona TFM seja traçada em um local específico, é possível que por questões físicas essa sonda específica não consiga alcançar um local distante da peça. Com tantas variáveis, como podemos simplificar e garantir que nossa inspeção seja adequada?
Modos diferentes |  | Mesmo local de sonda |
 TT |  TTT |  LLL |
Figura 1 — Diferentes modos usados para tentar criar imagens de uma série de orifícios laterais. Nesse caso, a amostra é muito espessa e os modos de auto-tandem (TTT e LLL) estão mal adaptados.
Solução usando a ferramenta de modelagem de mapa de influência acústica
O detector de defeitos por Phased Array OmniScan® possui uma ferramenta de planejamento de varredura. Dentro dele, encontra-se uma ferramenta de modelagem de Mapa de Influência Acústica (AIM), projetada especificamente para a inspeção TFM. A ferramenta AIM ajuda os usuários a selecionar o modo certo de propagação, ou conjunto de ondas, para a inspeção.
Figura 2 — Plano de varredura do OmniScan X3 no modo TFM, mostrando o Mapa de Influência Acústica (AIM) gerado para a sonda, o calço e o padrão de referência mostrado na Figura 1. Ele prevê a cobertura e fornece um valor do Índice de Sensibilidade (41,42) para o conjunto de ondas TT. A imagem TFM resultante também é mostrada na Figura 1 (esquerda). O quadrado laranja claro no mapa de calor acima representa a zona TFM (a região de interesse delimitada pelo usuário).
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Figura 3 — Os modelos AIM que preveem a cobertura e a sensibilidade dos conjuntos de ondas TTT e LLL no modo auto-tandem, com suas respectivas leituras do Índice de Sensibilidade (SI), 13,89 para o conjunto de ondas TTT e 2,18 para o conjunto de ondas LLL. Eles correspondem às imagens TFM mostradas na Figura 1 (central e direita) para o conjunto de ondas TTT e LLL.
A ferramenta de modelagem AIM considera vários parâmetros, incluindo a sonda, o calço, a velocidade, a espessura, a geometria da amostra, a técnica de inspeção, os conjuntos de ondas e, é claro, os parâmetros inseridos pelo inspetor no menu “Zona de influência” para descrever a orientação do tipo de defeito.
A orientação da falha é o fator que mais influencia se o feixe sonoro será capaz de detectá-la. O modelo AIM mostra com clareza ao usuário quão boa é a cobertura do sinal em um ângulo específico para uma determinada falha. Utilização da ferramenta de modelagem do AIM para determinar o melhor modo de propagaçãoO usuário configura a zona de interesse desejada e, em seguida, insere a orientação esperada (em graus) da falha ou seleciona “onidirecional” para falhas que normalmente são menores que o comprimento de onda da inspeção, como porosidade ou outros pequenos tipos volumétricos de defeitos. A paleta de cores identifica nitidamente o desempenho da sensibilidade para cada parte da zona de influência. Cada cor cobre uma faixa de três decibéis, indicando a resposta ultrassônica em relação à amplitude máxima.
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Figura 4 — Três capturas de tela do plano de varredura de um conjunto de ondas mostrando alterações no AIM à medida que a orientação da falha é ajustada entre –5, –15 e –25 graus. |
Significado do índice de sensibilidade
É importante observar que o valor real de cada cor varia de um mapa para outro. Isso ocorre porque a faixa de decibéis das cores em cada simulação do AIM mede retrogradamente a partir da amplitude máxima prevista após a normalização.
Para permitir que você compare um AIM com outro, é fornecido o valor do Índice de Sensibilidade (SI). O SI é um valor em unidades arbitrárias que representa a sensibilidade máxima estimada para um mapa inteiro de um determinado conjunto de ondas antes da normalização.
Como você pode ver nos mapas gerados nas Figuras 2 e 3, os valores do Índice de sensibilidade são os seguintes:
- 41,42 para o conjunto de ondas TT
- 13,89 para o TTT
- 2,18 para o conjunto de ondas LLL
Referindo-se apenas aos mapas de calor das Figuras 2 e 3, você pode ver claramente que a cobertura prevista para o conjunto de ondas TTT é insuficiente na zona TFM (caixa laranja), mas o conjunto de ondas LLL e o conjunto de ondas TT parecem opções igualmente boas. Nos dois mapas, as áreas vermelha e laranja fornecem uma cobertura adequada da zona TFM.
No entanto, se você comparar as leituras do Índice de Sensibilidade dos mapas TT e LLL (41,42 × 2,18, respectivamente), poderá calcular que a sensibilidade dessas áreas vermelha e laranja é 19 vezes mais forte no mapa do conjunto de ondas TT do que no conjunto de ondas LLL.
Quanto maior a sensibilidade prevista, melhor a relação sinal-ruído (SNR) esperada para as áreas na inspeção TFM.
Resumo das vantagens da ferramenta de modelagem AIM para TFM
No exemplo apresentado aqui, depois de comparar as simulações de AIM para três conjuntos de ondas (TT, LLL e TTT), poderíamos prever que o conjunto de ondas TT forneceria a melhor cobertura da zona TFM com a maior sensibilidade. As imagens TFM (na Figura 1) adquiridas usando os conjuntos de ondas correspondentes mostram que a ferramenta de modelagem simulou corretamente seus recursos de imagem para a detecção de falhas no bloco de referência. Isso demonstra que a ferramenta de modelagem do AIM ajuda a eliminar algumas das suposições da escolha do modo de propagação do TFM para o usuário.
O TFM oferece oportunidades promissoras para aplicações de inspeção industrial, mas sem a ferramenta de modelagem adequada, é difícil prever a verdadeira cobertura acústica e o nível de sensibilidade. A ferramenta de plano de varredura do detector de defeitos OmniScan X3 com modelagem AIM permite ao inspetor confirmar, com confiança, qual é o modo TFM apropriado para a inspeção.
Para obter mais informações sobre os benefícios do TFM para a inspeção ultrassônica Phased Array, leia nossa nota de aplicação “ Usando o método de foco total para melhorar a imagem ultrassônica Phased Array.”
