Arroz. 1. Método de inspección de fabricación de soldadura de acero inoxidable: Ensamblaje de matriz 2D doble en modo TRL.

Los códigos, estándares y métodos han evolucionado para permitir el uso de pruebas ultrasónicas de matriz de fase (PAUT) en lugar de radiofrecuencia (RT) para el análisis de soldaduras austeníticas. El uso generalizado de conjuntos de sensores de matriz dual (2D), que se inició en centrales nucleares hace casi 15 años, se ha extendido a la industria del petróleo y el gas, así como a otros sectores donde se requiere una inspección rápida, fiable y segura de soldaduras austeníticas de alta atenuación.
Los últimos dispositivos portátiles de arreglo de fase están equipados con un potente software integrado que permite configurar, desplegar e interpretar de forma rápida y eficiente escaneos de arreglo de matriz 2D sin necesidad de importar archivos de ley de enfoque creados con calculadoras externas o sistemas de control remoto mediante software avanzado para PC.
Actualmente, las tecnologías de inspección basadas en transductores de matriz 2D ofrecen capacidades superiores para detectar defectos circunferenciales y axiales en soldaduras de acero inoxidable y metales diferentes. La configuración estandarizada de doble matriz 2D permite cubrir eficazmente el volumen de inspección de las soldaduras de acero inoxidable y detectar defectos planos y volumétricos.
Los procedimientos de inspección por ultrasonido suelen emplear matrices bidimensionales dobles colocadas sobre componentes reemplazables en forma de cuña, cuyos contornos coinciden con el diámetro exterior del componente en cuestión. Se recomienda utilizar frecuencias bajas: 1,5 MHz para soldaduras de metales diferentes y otros materiales que reducen la atenuación, y de 2 MHz a 3,5 MHz para sustratos y soldaduras uniformes de acero inoxidable forjado.
La configuración dual T/R (transmisión/recepción) ofrece las siguientes ventajas: ausencia de "zona muerta" cerca de la superficie, eliminación de "ecos fantasma" causados ​​por reflexiones internas en la cuña y, en última instancia, mejor sensibilidad y relación señal/ruido (relación señal/ruido) debido a la convolución de los haces T y R.
Analicemos el método PA UT para controlar la fabricación de soldaduras de acero inoxidable austenítico.
Al realizar el control de producción, en lugar de utilizar radiofrecuencia (RT), el control debe abarcar el volumen de la soldadura y todo el espesor de la pared de la zona afectada por el calor. En la mayoría de los casos, la capa de soldadura estará colocada. En soldaduras de acero al carbono, se recomienda utilizar ondas transversales para sonicar el volumen controlado en ambos lados, mientras que la última media onda se suele utilizar para obtener reflexiones especulares de defectos en el bisel de la soldadura.
A frecuencias más bajas, se puede utilizar un método de ondas de corte similar para probar el bisel proximal de las soldaduras de acero inoxidable, pero no es fiable para probar a través del material de soldadura austenítico. Además, en el caso de las denominadas soldaduras CRA, existe un recubrimiento de aleación resistente a la corrosión en el diámetro interior del tubo de acero al carbono, y la última mitad del puente de alambre de la viga transversal no se puede utilizar eficazmente.
Analicemos los métodos de detección de muestras utilizando un instrumento y software de ultrasonidos portátiles, como se muestra en la Figura 1.
Transductores de matriz 2D dual que generan haces refractados de onda P de 30 a 85 grados, aptos para la cobertura de volumen completo. Para espesores de pared de 15 a 50 mm, se consideran adecuadas frecuencias de 1,5 a 2,25 MHz, según la atenuación del sustrato.
Al optimizar el ángulo de cuña y la configuración de los elementos de la sonda de matriz, se puede generar de manera eficiente un amplio rango de barridos de ángulo de refracción sin lóbulos laterales asociados (Fig. 2). Se minimiza la huella del nodo de cuña en el plano de incidencia, lo que permite ubicar el punto de salida del haz lo más cerca posible de la soldadura.
Se evaluó el rendimiento de una matriz dual estándar de 2,25 MHz y 10 x 3 en modo TRL sobre una soldadura de placa de acero inoxidable 304 de 25 mm de espesor de pared. Las muestras de prueba presentaban una pendiente típica en forma de V y una superficie tal como se soldó, y contenían defectos de soldadura reales y bien documentados paralelos a la soldadura.
Arroz. 3. Datos combinados de arreglo de fase para un arreglo estándar de doble arreglo (TRL) de 10 x 3 de 2,25 MHz en una placa soldada de acero inoxidable 304.
La figura 3 muestra imágenes de los datos PAR combinados para todos los ángulos de refracción (de 30° a 85° LW) a lo largo de toda la soldadura. La adquisición de datos se realizó con un nivel de ganancia bajo para evitar la saturación de defectos altamente reflectantes. La resolución de datos de 16 bits permite ajustar la ganancia de forma adecuada para diferentes tipos de defectos. La interpretación de los datos se facilita mediante el posicionamiento correcto del obturador de proyección.
En la Figura 4 se muestra una imagen de un único defecto creado utilizando el mismo conjunto de datos combinados. Compruebe el resultado:
Si no desea retirar el tapón antes de la inspección, se puede utilizar otro método de inspección para detectar grietas axiales (transversales) en soldaduras de tuberías: se puede utilizar una sonda de matriz única en modo de eco de pulso para "inclinar" el tapón de soldadura. Haz de sonido desde abajo Como el haz de sonido se propaga principalmente en el sustrato, las ondas de corte pueden detectar de manera confiable los defectos en el lado cercano de la soldadura.
Idealmente, las soldaduras deben inspeccionarse en cuatro direcciones de haz (Figura 5) y requieren dos cuñas simétricas que se inspeccionen desde direcciones opuestas, en sentido horario y antihorario. Dependiendo de la frecuencia y el tamaño de los elementos individuales del conjunto, el montaje de las cuñas se puede optimizar para obtener ángulos de refracción de 40° a 65° con respecto a la dirección del eje de escaneo. Más de 50 rayos inciden en cada celda de búsqueda. Un sofisticado instrumento de análisis fotoacústico estadounidense con calculadora integrada puede manejar fácilmente la definición de conjuntos de leyes de enfoque con diferentes sesgos, como se muestra en la Figura 6.
Generalmente, se utiliza una secuencia de dos líneas de inspección para cubrir completamente la superficie a inspeccionar. Las posiciones axiales de las dos líneas de escaneo se determinan a partir del espesor de la tubería y el ancho de la punta de la soldadura. La primera línea de escaneo se extiende lo más cerca posible del borde de la soldadura, revelando defectos ubicados en la raíz de la misma, y ​​la segunda línea de escaneo completa la cobertura de la zona afectada por el calor (ZAC). El área base del nodo de la sonda se optimizará para que el punto de salida del haz se encuentre lo más cerca posible del borde de la corona, evitando reflexiones internas significativas en la cuña.
Se ha comprobado que este método de inspección es muy eficaz para detectar defectos axiales mal dirigidos. La figura 7 muestra una imagen de matriz de fases tomada de una grieta axial en una soldadura de acero inoxidable: se encontraron defectos en varios ángulos de inclinación y se pudo observar una alta relación señal/ruido (SNR).
Figura 7: Datos combinados de arreglo de fases para grietas axiales en soldadura de acero inoxidable (varios ángulos e inclinaciones de SW): proyección convencional (izquierda) y proyección polar (derecha).
Las ventajas de la tomografía ultrasónica fotoacústica avanzada como alternativa a la radiografía siguen ganando relevancia en los sectores de petróleo y gas, generación de energía, manufactura y otras industrias que requieren una inspección fiable de soldaduras austeníticas. Asimismo, los instrumentos de tomografía ultrasónica fotoacústica totalmente integrados, el potente firmware y las sondas de matriz 2D contribuyen a que estas inspecciones sean más rentables y eficientes.
Guy Maes es el director de ventas de ultrasonido de Zetec. Cuenta con más de 25 años de experiencia en el desarrollo e implementación de métodos avanzados de ultrasonido, evaluación de competencias y desarrollo de software. Para más información, llame al (425) 974-2700 o visite www.zetec.com.
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