Riso. 1. Metodo di ispezione della produzione di saldature in acciaio inossidabile: assemblaggio a doppia matrice 2D in modalità TRL.

Codici, standard e metodi si sono evoluti per consentire l'utilizzo del controllo ultrasonico a schiera di fasi (PAUT) al posto della radiografia (RT) per il collaudo delle saldature austenitiche. Utilizzato inizialmente su larga scala nelle centrali nucleari quasi 15 anni fa, l'impiego di sistemi di sensori a doppia schiera (2D) si è esteso all'industria petrolifera e del gas e ad altri settori in cui è richiesta un'ispezione rapida, affidabile e sicura delle saldature austenitiche ad alta attenuazione.
I più recenti dispositivi phased array portatili sono dotati di un potente software integrato che consente di configurare, implementare e interpretare in modo rapido ed efficiente le scansioni array a matrice 2D senza dover importare file di legge di messa a fuoco creati con calcolatrici esterne o sistemi di controllo remoto utilizzando software avanzati per PC.
Oggi, le tecnologie di ispezione basate su trasduttori a matrice 2D offrono capacità superiori per il rilevamento di difetti circonferenziali e assiali nelle saldature di acciaio inossidabile e metalli dissimili. La configurazione standardizzata a doppia matrice 2D è in grado di coprire efficacemente il volume di ispezione delle saldature di acciaio inossidabile e di rilevare difetti sia piani che voluminosi.
Le procedure di ispezione a ultrasuoni prevedono in genere l'utilizzo di due matrici bidimensionali disposte su componenti sostituibili a forma di cuneo, i cui contorni corrispondono al diametro esterno del componente in esame. Si utilizzano basse frequenze: 1,5 MHz per saldature di metalli dissimili e altri materiali che riducono l'attenuazione, e da 2 MHz a 3,5 MHz per substrati e saldature uniformi in acciaio inossidabile lavorato.
La configurazione duale T/R (trasmissione/ricezione) offre i seguenti vantaggi: nessuna "zona morta" vicino alla superficie, eliminazione degli "echi fantasma" causati dalle riflessioni interne nel cuneo e, in definitiva, migliore sensibilità e rapporto segnale/rumore (rapporto segnale/rumore) grazie alla convoluzione dei fasci T e R.
Analizziamo il metodo PA UT per il controllo della fabbricazione di saldature in acciaio inossidabile austenitico.
Durante il controllo di produzione, anziché utilizzare la radiografia, il controllo dovrebbe riguardare il volume della saldatura e l'intero spessore della parete della zona termicamente alterata. Nella maggior parte dei casi, il cordone di saldatura sarà già presente. Nelle saldature di acciaio al carbonio, si raccomanda di utilizzare onde di taglio per sonicare il volume controllato su entrambi i lati, mentre l'ultima semionda viene solitamente utilizzata per ottenere riflessioni speculari da difetti presenti sulla smussatura della saldatura.
A frequenze più basse, un metodo simile a onde di taglio può essere utilizzato per testare la smussatura prossimale delle saldature in acciaio inossidabile, ma non è affidabile per testare il materiale di saldatura austenitico. Inoltre, per le cosiddette saldature CRA, è presente un rivestimento in lega resistente alla corrosione sul diametro interno del tubo in acciaio al carbonio e l'ultima metà del ponticello del filo della trave trasversale non può essere utilizzata efficacemente.
Analizziamo i metodi di rilevamento del campione utilizzando uno strumento UT portatile e il relativo software, come illustrato nella Figura 1.
Trasduttori a matrice 2D doppia che producono fasci di onde P rifratte da 30 a 85 gradi, utilizzabili per la copertura completa del volume. Per spessori di parete da 15 a 50 mm, sono considerate idonee frequenze da 1,5 a 2,25 MHz, a seconda dell'attenuazione del substrato.
Ottimizzando l'angolo del cuneo e la configurazione degli elementi della sonda a matrice, è possibile generare in modo efficiente un'ampia gamma di scansioni dell'angolo di rifrazione senza lobi laterali associati (Fig. 2). L'ingombro del nodo del cuneo sul piano di incidenza è ridotto al minimo, consentendo di posizionare il punto di uscita del fascio il più vicino possibile alla saldatura.
Le prestazioni di un array duale standard 10 x 3 da 2,25 MHz in modalità TRL sono state valutate su una saldatura di una piastra di acciaio inossidabile 304 con spessore di parete di 25 mm. I campioni di prova presentavano una tipica pendenza a V e una superficie "come saldata", e contenevano difetti di saldatura reali e ben documentati, paralleli alla saldatura.
Rice. 3. Dati combinati dell'array di fase per un array standard Dual Array (TRL) 10 x 3 da 2,25 MHz su una saldatura di piastra in acciaio inossidabile 304.
La figura 3 mostra le immagini dei dati PAR combinati per tutti gli angoli di rifrazione (da 30° a 85° LW) lungo l'intera lunghezza della saldatura. L'acquisizione dei dati è stata effettuata a un basso livello di guadagno per evitare la saturazione dei difetti altamente riflettenti. La risoluzione dei dati a 16 bit consente impostazioni di guadagno soft appropriate per diversi tipi di difetti. L'interpretazione dei dati può essere facilitata da un corretto posizionamento dell'otturatore di proiezione.
La Figura 4 mostra l'immagine di un singolo difetto creato utilizzando lo stesso set di dati unito. Verifica il risultato:
Se non si desidera rimuovere il tappo prima dell'ispezione, è possibile utilizzare un altro metodo di ispezione per rilevare crepe assiali (trasversali) nelle saldature dei tubi: una singola sonda a matrice può essere utilizzata in modalità impulso-eco per "inclinare" il tappo di saldatura. Fascio sonoro dal basso Poiché il fascio sonoro si propaga principalmente nel substrato, le onde di taglio possono rilevare in modo affidabile i difetti sul lato vicino della saldatura.
Idealmente, le saldature dovrebbero essere ispezionate in quattro direzioni del fascio (Figura 5) e richiedono l'ispezione di due cunei simmetrici da direzioni opposte, in senso orario e antiorario. A seconda della frequenza e delle dimensioni dei singoli elementi dell'array, l'assemblaggio dei cunei può essere ottimizzato per ottenere angoli di rifrazione da 40° a 65° rispetto alla direzione dell'asse di scansione. Più di 50 raggi incidono su ciascuna cella di ricerca. Uno strumento PA a ultrasuoni sofisticato con calcolatore integrato può gestire facilmente la definizione di insiemi di leggi di focalizzazione con diverse inclinazioni, come mostrato in Figura 6.
Solitamente, per coprire completamente l'area di controllo, si utilizza una sequenza di due linee di scansione. Le posizioni assiali delle due linee di scansione sono determinate dallo spessore del tubo e dalla larghezza della punta della saldatura. La prima linea di scansione corre il più vicino possibile al bordo della saldatura, rivelando i difetti situati alla radice della saldatura, mentre la seconda linea di scansione completa la copertura della zona termicamente alterata (ZTA). L'area di base del nodo della sonda viene ottimizzata in modo che il punto di uscita del fascio sia il più vicino possibile alla base della calotta senza significative riflessioni interne nel cuneo.
Questo metodo di ispezione si è dimostrato molto efficace nel rilevare difetti assiali disorientati. La figura 7 mostra un'immagine phased array acquisita su una cricca assiale in una saldatura di acciaio inossidabile: sono stati rilevati difetti con diverse angolazioni di inclinazione ed è stato possibile osservare un elevato rapporto segnale/rumore (SNR).
Figura 7: Dati combinati phased array per cricche assiali nella saldatura dell'acciaio inossidabile (vari angoli e inclinazioni SW): proiezione convenzionale (a sinistra) e proiezione polare (a destra).
I vantaggi della tecnologia PA UT avanzata, in alternativa alla radiografia, continuano a suscitare interesse nei settori petrolifero e del gas, della produzione di energia, manifatturiero e in altre industrie che si affidano a ispezioni affidabili delle saldature austenitiche. Allo stesso modo, gli strumenti PA UT completamente integrati, i potenti firmware e le sonde array 2D continuano a rendere queste ispezioni più economiche ed efficienti.
Guy Maes è il direttore vendite di Zetec per lo Utah. Vanta oltre 25 anni di esperienza nello sviluppo e nell'implementazione di metodi ecografici avanzati, nella valutazione delle competenze e nello sviluppo di software. Per ulteriori informazioni, chiamare il numero (425) 974-2700 o visitare il sito www.zetec.com.
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