有关全聚焦方式（TFM）的常见问题解答

P: O que é TFM e como ele se relaciona com a FMC?

R: O método de foco total (TFM) é baseado na mesma abordagem de direção e foco do ultrassom Phased Array (PAUT); somente nesse caso, a focalização é aplicada em toda a região de interesse (a “zona TFM”), não somente a uma profundidade fixa. Embora o TFM possa ser realizado transmitindo fisicamente feixes acústicos focados em todas as posições da região de interesse, o tempo necessário para concluir esse ciclo de aquisição é proibitivamente longo.

Como as ondas acústicas usadas nas aplicações de END são lineares, a superposição física de ondas acústicas produzindo um feixe específico na transmissão e recepção (formação de feixe) pode ser replicada por um somatório pós-aquisição. Para executar a formação de feixe sintética TFM, que corresponde à formação de feixe física, é necessário adquirir todos os A-scans elementares das aberturas de transmissão e recepção de uma sonda. Esse conjunto completo de dados de A-scans elementares é necessário para calcular todos os feixes focalizados. A aquisição de captação integral de matriz (FMC) é usada para reunir esse conjunto de dados.

P: Como o TFM funciona?

R: Primeiro, o usuário digita os parâmetros que delimitam a zona TFM, que é a área de inspeção de destino ou região de interesse (ROI). A zona TFM é dividida em uma grade e o tamanho de cada posição (ou pixel) nessa grade é determinado pelo usuário (resolução da grade). Para entender os dados da FMC, o algoritmo TFM insere variáveis-chave, como o modo de propagação acústica e a resolução, dividindo os dados em conjuntos de ondas. O conjunto de ondas TT-T, por exemplo, é aquele em que a onda transversal transmitida reflete na superfície interna antes de atingir cada pixel na ROI e, em seguida, viaja como onda transversal em uma trajetória direta de cada pixel para o elemento receptor.

Configurando os parâmetros da zona TFM

P: O que é a FMC e como ela funciona?

R: A aquisição acústica da captação integral de matriz (FMC) gera um conjunto de dados de FMC. O conjunto de dados de FMC é a coleção de todas as combinações de A-scans elementares obtidas a partir da transmissão de cada elemento de uma sonda Phased Array ou de um arranjo de sondas. A estratégia envolve disparar cada elemento da sonda sucessivamente, enquanto todos os outros elementos recebem os feixes acústicos retornados.

Assista ao vídeo para ver como a FMC e o TFM agem.

P: Por que usar o TFM para processar o conjunto de dados de FMC?
OU (vice-versa)
P: Por que usar a estratégia FMC para produzir imagens de TFM?

Qualquer método de formação de feixe pode ser aplicado ao conjunto de dados de FMC. Você pode usar os dados brutos da FMC (A-scans elementares) para emular sinteticamente uma aquisição típica de PA (Phased Array). No entanto, a estratégia de formação de feixe PA foca apenas o feixe a uma profundidade específica da peça, enquanto o TFM permite a representação da amplitude acústica em toda uma região de interesse (a “zona TFM”), e cada posição de pixel nessa área é focada. O potencial para obter uma região de interesse totalmente focada é a principal motivo para o uso do TFM no processamento de dados de FMC.

Por outro lado, para obter imagens de TFM a uma taxa suficientemente eficiente para aplicações de END, é necessário usar o método de aquisição de FMC. Todo o conjunto de A-scans elementares para a abertura é necessário para calcular uma imagem de TFM. O mesmo conjunto de dados de FMC pode ser a fonte de várias imagens de TFM apresentando diferentes conjuntos de ondas.

P: Posso acessar os dados brutos e não processados da FMC (captura completa de matriz) no detector de defeitos OmniScan™ X3?

R: Até a data desta postagem, a resposta é não. No entanto, fique atento, pois estamos desenvolvendo continuamente novas soluções para a série OmniScan X3!

P: Qual modo de propagação acústica devo usar para criar uma imagem em um refletor vertical?

R: Alguns modos (ou conjuntos de ondas) tendem a ter um desempenho melhor em refletores verticais. Recomendamos iniciar no modo auto-tandem usando o conjunto de ondas TTT-TT ou TT-T. No entanto, o problema é que um conjunto de ondas geralmente fornece apenas uma vista parcial de um refletor vertical. Conjuntos de ondas adicionais, como o TL-T, podem ajudar a preencher as lacunas de imagem deixadas pelo primeiro modo selecionado, enquanto conjuntos de ondas de pulso-eco como T-T e TT-TT podem ser usados para detectar ecos de interceptação de canto e dicas de difração.

Uma maneira de ajudar a garantir formação de imagens e detecção adequadas é usar o recurso Mapa de Influência Acústica (AIM) do detector de defeitos OmniScan™ X3, juntamente com a prova experimental, para caracterizar e entender completamente os prós e contras de cada modo de propagação. Lembre-se de que o uso dos modos auto-tandem pode ser desafiador, pois a espessura e a velocidade do material inspecionado precisam ser avaliadas com precisão para obter os resultados esperados.

Saiba mais sobre o Mapa de influência acústica neste artigo acadêmico: “Mapa de influência acústica do TFM.”

P: Posso usar o escâner HydroFORM™ com o TFM?

R: Exceto para aplicações muito específicas em que a coluna de água permanece constante, a resposta é, infelizmente, não. Ainda não é possível usar o escâner HydroFORM com o método de foco total. Devido à diferença de velocidade acústica entre a água e o material inspecionado, uma variação muito pequena da coluna de água corresponderá a um desvio relativamente grande na trajetória da onda de ultrassom no material. Por exemplo, uma variação da coluna de água de 0,5 mm corresponde a uma diferença de trajetória de 2 mm no aço carbono, o que afeta negativamente a capacidade de foco do TFM. Porém, fique atento, pois estamos desenvolvendo continuamente novas soluções.

P: Quais são as vantagens do recurso de envelope do TFM no detector de defeitos OmniScan X3?

R: O benefício mais evidente do uso do envelope do TFM é descartar as oscilações de amplitude resultantes do uso de A-scans de ondas acústicas naturalmente oscilantes como o conjunto de dados básicos. Livre dos artefatos de oscilação, a amplitude se torna mais contínua e o dimensionamento, mais fácil.

Além disso, a imagem do envelope do TFM pode ser obtida a uma taxa de aquisição mais alta que o TFM oscilante padrão, mantendo o mesmo valor de fidelidade de amplitude (AF). Os exemplos abaixo mostram defeitos de ataque de hidrogênio a alta temperatura (HTHA) com o envelope desligado (parte superior) e ligado (parte inferior). Quando o recurso de envelope do TFM está ativado, a resolução da grade pode ser mais grossa, mas a fidelidade da amplitude permanece abaixo de 2 dB (a tolerância padrão) e a taxa de aquisição aumenta. Ao comparar essas duas imagens, os ecos de defeitos podem ser mais facilmente identificados com o envelope ativado. Por ser mais robusta contra oscilações, a imagem do envelope do TFM pode facilitar a interpretação de falhas e o dimensionamento baseado em amplitude.

Aprenda mais sobre o envelope do TFM neste artigo acadêmico: “Uso do método de foco total com o recurso de envelope.”

Imagem do TFM padrão de defeitos de HTHA com resolução de grade de 0,07 mm, 1,7 dB AF e taxa de aquisição de 10,6 Hz

Imagem do envelope de TFM de defeitos de HTHA com resolução de grade de 0,15 mm, 1,9 dB AF e taxa de aquisição de 19,5 Hz

P: Por que o TFM é capaz de usar aberturas ativas que contêm o dobro do número de elementos de PA ao usar o mesmo modelo de instrumento e sonda?

R: Isso é possível porque a formação de imagem do TFM é produzida usando dados de FMC. A coleta de dados de FMC em um detector de defeitos da série OmniScan X3 pode ser dividida em duas partes quando necessário; por exemplo, se você estiver usando uma sonda Phased Array que contém 128 elementos com um detector de defeitos de 64 canais, como um modelo OmniScan X3 64.

Como funciona: primeiro, o instrumento pulsa um único elemento e recebe o ultrassom de retorno na primeira metade dos elementos. Em seguida, ele dispara esse elemento novamente, recebendo desta vez na segunda metade dos elementos. Essa sequência de disparo em duas etapas se repete para cada elemento da sonda, reunindo os dados de todos os elementos muito rapidamente.

Para comparar o TFM com o PA, vamos reutilizar o exemplo de um detector de defeitos OmniScan X3 64 com uma sonda de 128 elementos. Usando o modo de aquisição PA, você só pode pulsar/receber 64 elementos da sonda de uma só vez. O processamento do sinal PA é limitado pelo número de canais no detector de defeitos, que é 64 neste caso. Como o processamento do TFM é baseado nos dados de FMC, que podem ser adquiridos usando todos os 128 elementos de sonda, ele efetivamente dobra a abertura ativa em comparação com o PA.

P: No plano de varredura, por que vejo um mapa de cores do feixe no modo TFM, mas não no modo de ultrassom Phased Array (PAUT)?

R: Na data da publicação deste artigo, o recurso AIM (Mapa de Influência Acústica) está disponível apenas no modo TFM. Porém, fique atento, pois estamos desenvolvendo continuamente novas soluções!

P: Qual a vantagem de reduzir a resolução de grade?

R: Embora a contagem muito alta de pixels (alta resolução da grade) possa melhorar a imagem TFM, a carga de processamento fará com que a taxa de aquisição diminua. Portanto, os usuários devem ter como alvo um “ponto ideal” que forneça bons recursos de detecção e caracterização sem prejudicar a produtividade. Os detectores de defeitos da série OmniScan X3 incluem algumas leituras úteis que fornecem informações sobre a resolução da grade em função do comprimento de onda da frequência central da sonda na amostra, tanto para a onda transversal (onda T) quanto para a onda longitudinal (onda L). Outra leitura fornece um valor de fidelidade da amplitude (AF) teórica em função do modo acústico selecionado e da resolução da grade. Essa leitura é bastante útil pois alguns novos códigos e padrões FMC/TFM exigem que o operador defina a resolução da grade para obter um nível de fidelidade de amplitude (AF) de 2 dB ou inferior. Isso ajuda os operadores a evitar o processo complicado de medir experimentalmente o valor da fidelidade da amplitude (AF).

P: Qual é a diferença entre os modos de propagação de pulso-eco, auto-tandem e pitch-catch?

R: O pulso-eco é qualquer modo de propagação em que o feixe transmitido e o feixe de recepção seguem exatamente o mesmo caminho na peça inspecionada. Os modos de pulso-eco podem ser alcançados em uma trajetória direta (sem salto) ou com vários saltos. Eles são definidos pelo modo da onda acústica, longitudinal ou transversal (L ou T), de cada perna do caminho de propagação: L-L, T-T, LL-LL, TT-TT, etc.

As trajetórias de propagação de transmissão e recepção no modo auto-tandem não correspondem exatamente, mas os elementos de transmissão e recepção estão na mesma sonda Phased Array. Na sua forma mais simples, um segmento da trajetória de propagação, seja a de transmissão ou de recepção, salta na parte inferior da peça inspecionada e a outra trajetória de propagação, respectivamente a de recepção ou de transmissão, é direta. A zona de detecção ocorre no cruzamento dos dois caminhos. Assim como os modos de pulso-eco, os modos auto-tandem (ou conjuntos de ondas) são definidos pelo modo da onda acústica de cada trecho da trajetória de propagação: TT-T, TL-T, etc. Os modos de propagação auto-tandem também incluem conjuntos de ondas com vários saltos, como o TTT-TT.

Trajetórias típicas de propagação pulso-eco (três imagens à esquerda) e uma trajetória de propagação auto-tandem (imagem à direita)

O modo pitch-catch é definido da mesma maneira que o modo auto-tandem, apenas com a distinção de que os elementos transmissor e receptor estão em duas sondas Phased Array diferentes.

Os modos de propagação pulso-eco e auto-tandem não são específicos do TFM: eles podem ser obtidos em Phased Array convencional, bem como no método de foco total.

No TFM com pulso-eco, as variações de espessura na peça afetam apenas a posição dos sinais da parede traseira e as indicações conectadas ao ID. Ao contrário dos modos TFM de pulso-eco, os modos TFM auto-tandem são altamente sensíveis a pequenas alterações na espessura da peça devido à pequena sobreposição entre os pontos focais de transmissão e recepção. Variações de espessura de até 5% podem colocar as indicações de TFM auto-tandem “fora de foco”, por isso é importante medir com precisão a espessura real da peça.

P: Posso usar um calço ao inspecionar no modo TFM?

A: Com certeza! Assim como no PAUT, você pode usar uma sonda com TFM com ou sem calço.

P: De onde vem o A-scan no modo TFM?

R: O A-scan apresentado ao lado da “visualização final” do TFM é da imagem TFM reconstruída e não do conjunto de dados elementares de A-scan da FMC. O A-scan do TFM representa uma matriz de amplitudes de pixels que são selecionadas/exibidas. É por isso que o A-scan no TFM é chamado de A-scan sintético em vez de uma A-scan resumido como no PAUT.

P: O TFM é melhor que o teste ultrassônico Phased Array (PAUT)?

R: Se o método de foco total é melhor que o PAUT é uma questão de aplicação e de preferência. Maçãs são melhores que laranjas? Quem prefere maçã pode argumentar que elas são mais adequadas para torta de maçã, os que gostam de laranja podem dizer que o suco de laranja é mais saboroso. As principais diferenças entre PAUT e TFM estão listadas abaixo:

• Foco: o PAUT convencional produz feixes que são focados em uma profundidade. O TFM foi projetado para ser focado em todo lugar. No entanto, o TFM é baseado na mesma acústica que permite a implantação do PAUT: as mesmas leis da física se aplicam ao PAUT e ao TFM e afetam a formação de feixe exatamente da mesma maneira. Consequentemente, um fato que geralmente é negligenciado, principalmente no TFM, é que o método funciona apenas na região de campo próximo. Na região focada no PAUT, o desempenho do TFM e do PAUT é bastante semelhante. Observe que o PAUT oferece flexibilidade extra, pois pode ser operado sem foco (para fins de triagem) ou focado (para dimensionamento preciso).
• Detecção: tanto o TFM quanto o PAUT podem fornecer desempenho de detecção equivalente ou melhor do que o outro, dependendo da aplicação. A capacidade do TFM de focar em todo lugar pode ajudar a resolver indicações menores, como inclusões e porosidades, sem a necessidade de ajustar o foco em relação à posição do defeito detectado. Os diferentes modos de TFM e conjuntos de ondas exibem padrões de sensibilidade muito diferentes. Finalmente, o TFM também é muito sensível à orientação dos defeitos já que é, afinal, uma técnica de ultrassom. A operação da inspeção do TFM sem conhecer a influência de cada uma das variáveis acima pode levar a um desempenho de detecção ruim. A melhor maneira de garantir uma boa detecção é gerar um mapa de sensibilidade simulado (como o recurso AIM do detector de defeitos OmniScan X3) e oferecer suporte aos resultados da simulação com testes de comprovação. Como alternativa, os recursos de detecção de PAUT são bem conhecidos, pois a técnica está em uso em END há décadas. O PAUT é reconhecido por oferecer excelente detecção e dimensionamento de vários tipos de trincas e falta de fusão, mas é aceito como menos eficaz em indicações menores, como porosidades isoladas. A afirmação acima é “normalmente verdadeira”, mas apenas porque a maioria das inspeções por PAUT é realizada inicialmente sem foco (para fins de triagem). Ao usar o PAUT no modo focado, combinado com uma sonda e um calço apropriado e de boa qualidade, você pode produzir resultados tão bons quanto com o TFM. No entanto, isso se aplica apenas à área em que o feixe está focado.
• Velocidade: como a aquisição de FMC normalmente pulsa cada elemento sucessivamente e o PAUT usa um número limitado de conjuntos de feixes (leis focais), o PAUT geralmente é mais rápido. Além disso, o TFM requer processamento intenso em tempo real, o que torna a aquisição ainda mais lenta, algo que a instrumentação PAUT não exige. De um modo geral, o PAUT pode fornecer aquisições muito mais rápidas que o TFM, mas focando apenas em uma única profundidade. Observe que o uso do envelope de TFM pode melhorar a velocidade de aquisição em relação ao TFM padrão, mantendo o valor da fidelidade da amplitude em um nível aceitável.
• Plano e simuladores de varredura: o detector de defeitos OmniScan X3 está equipado com uma ferramenta de simulação útil chamada AIM, que significa Mapa de influência acústica. Ele mostra a cobertura oferecida por cada conjunto de ondas para ajudá-lo a selecionar os dados de FMC que devem ser salvos. Tanto o TFM quanto o PAUT garantem uma cobertura adequada, cada um à sua maneira. Por isso, é importante aprender sobre cada um deles para obter resultados confiáveis para esse método (veja “Treinamento” abaixo).
• Treinamento: tanto o TFM quanto o PAUT exigem treinamento adequado para que sejam usados com eficiência. O escopo e o tempo recomendados para o treinamento de cada técnica são quase iguais. Mal-entendidos, como “qualquer um pode configurar uma caixa com TFM” ou “você pode apenas transmitir todos os ângulos com o PAUT”, contribuem para que as pessoas não entendam essas tecnologias. Isso pode levar a chamadas desnecessárias e a única maneira de evitar isso é o treinamento adequado.
• Presença histórica e campo comprovado: o PAUT tem sido usado com sucesso em END por mais de duas décadas e estabeleceu casos, capacidades e limitações de uso. Como alternativa, o TFM é uma tecnologia emergente que oferece uma ampla variedade de possibilidades que o setor ainda não explorou completamente.
• Ajustando no local: tanto o TFM quanto o PAUT permitem que os usuários façam alterações nas configurações no local.
• Calibração: tanto o TFM quanto o PAUT exigem uma calibração de sensibilidade adequada para garantir que os defeitos sejam detectados em todo o alvo (ou zona).