Arroz. 1. Método de inspeção de fabricação de solda de aço inoxidável: Montagem de matriz 2D dupla no modo TRL.

Códigos, normas e métodos evoluíram para permitir o uso de ensaios ultrassônicos com matrizes de fase (PAUT) em vez de radiografia (RT) para inspeção de soldas austeníticas. Inicialmente amplamente utilizado em usinas nucleares há quase 15 anos, o uso de conjuntos de sensores de matriz dupla (2D) se expandiu para os setores de petróleo e gás e outras indústrias onde é necessária uma inspeção rápida, confiável e segura de soldas austeníticas de alta atenuação.
Os mais recentes dispositivos de phased array portáteis vêm equipados com um poderoso software integrado que permite configurar, implantar e interpretar varreduras de matriz 2D de forma rápida e eficiente, sem a necessidade de importar arquivos de lei de foco criados com calculadoras externas ou sistemas de controle remoto, utilizando software avançado para PC.
Atualmente, as tecnologias de inspeção baseadas em transdutores de matriz 2D oferecem capacidades superiores para a detecção de defeitos circunferenciais e axiais em soldas de aço inoxidável e de metais dissimilares. A configuração padronizada de matriz dupla 2D pode cobrir eficazmente o volume de inspeção de soldas de aço inoxidável e detectar defeitos planos e volumétricos.
Os procedimentos de inspeção por ultrassom normalmente envolvem conjuntos duplos de matrizes bidimensionais colocadas em componentes substituíveis em forma de cunha, cujos contornos correspondem ao diâmetro externo do componente em análise. Utilize frequências baixas – 1,5 MHz para soldas de metais diferentes e outros materiais que reduzem a atenuação, e de 2 MHz a 3,5 MHz para substratos e soldas uniformes de aço inoxidável forjado.
A configuração dupla T/R (transmissão/recepção) oferece as seguintes vantagens: ausência de "zona morta" próxima à superfície, eliminação de "ecos fantasmas" causados ​​por reflexões internas na cunha e, em última análise, melhor sensibilidade e relação sinal-ruído (relação sinal/ruído) devido à convolução dos feixes T e R.
Vamos analisar o método PA UT para controlar a fabricação de soldas em aço inoxidável austenítico.
Ao realizar o controle de produção, em vez de radiografia (RT), o controle deve abranger o volume da solda e toda a espessura da parede da zona termicamente afetada. Na maioria dos casos, a capa de solda estará presente. Em soldas de aço carbono, recomenda-se o uso de ondas de cisalhamento para sonicarem o volume controlado em ambos os lados, sendo que a última meia onda é geralmente utilizada para obter reflexões especulares de defeitos no chanfro da solda.
Em frequências mais baixas, um método de onda de cisalhamento semelhante pode ser usado para testar o chanfro proximal de soldas de aço inoxidável, mas não é confiável para testar através de material de solda austenítico. Além disso, para as chamadas soldas CRA, existe um revestimento de liga resistente à corrosão no diâmetro interno do tubo de aço carbono, e a última metade do jumper de arame da viga transversal não pode ser usada de forma eficaz.
Vamos analisar os métodos de detecção de amostras usando um instrumento UT portátil e software, conforme mostrado na Figura 1.
Transdutores de matriz 2D dupla que produzem feixes refratados de onda P de 30 a 85 graus, os quais podem ser usados ​​para cobertura total do volume. Para espessuras de parede de 15 a 50 mm, frequências de 1,5 a 2,25 MHz são consideradas adequadas, dependendo da atenuação do substrato.
Ao otimizar o ângulo da cunha e a configuração dos elementos da sonda de matriz, uma ampla gama de varreduras de ângulo de refração pode ser gerada de forma eficiente, sem lóbulos laterais associados (Fig. 2). A área ocupada pelo nó da cunha no plano de incidência é minimizada, permitindo que o ponto de saída do feixe seja localizado o mais próximo possível da solda.
O desempenho de um arranjo duplo padrão de 10 x 3 a 2,25 MHz no modo TRL foi avaliado em uma solda de chapa de aço inoxidável 304 com 25 mm de espessura de parede. Os corpos de prova apresentavam uma inclinação típica em forma de V e condição de superfície "como soldada", contendo defeitos de solda reais e bem documentados paralelos à solda.
Arroz. 3. Dados combinados de matriz de fase para uma matriz dupla padrão de 2,25 MHz 10 x 3 (TRL) em uma placa soldada de aço inoxidável 304.
A figura 3 mostra imagens dos dados PAR combinados para todos os ângulos de refração (de 30° a 85° LW) ao longo de todo o comprimento da solda. A aquisição de dados foi realizada com um nível de ganho baixo para evitar a saturação de defeitos altamente refletivos. A resolução de dados de 16 bits permite configurações de ganho suave adequadas para diferentes tipos de defeitos. A interpretação dos dados pode ser facilitada pelo posicionamento correto do obturador de projeção.
A Figura 4 mostra a imagem de um único defeito criado usando o mesmo conjunto de dados combinados. Confira o resultado:
Se não quiser remover o tampão antes da inspeção, outro método pode ser usado para detectar trincas axiais (transversais) em soldas de tubos: uma sonda de matriz única pode ser usada no modo pulso-eco para "inclinar" o tampão de solda. Feixe de som por baixo: Como o feixe de som se propaga principalmente no substrato, as ondas de cisalhamento podem detectar defeitos de forma confiável no lado próximo da solda.
Idealmente, as soldas devem ser inspecionadas em quatro direções de feixe (Figura 5) e requerem duas cunhas simétricas para serem inspecionadas em direções opostas, no sentido horário e anti-horário. Dependendo da frequência e do tamanho dos elementos individuais da matriz, o conjunto de cunhas pode ser otimizado para obter ângulos de refração de 40° a 65° em relação à direção do eixo de varredura. Mais de 50 raios incidem em cada célula de busca. Um sofisticado instrumento PA de ultrassom com calculadora integrada pode lidar facilmente com a definição de conjuntos de leis de focalização com diferentes distorções, como mostrado na Figura 6.
Normalmente, utiliza-se uma sequência de duas linhas de varredura para cobrir completamente a área de inspeção. As posições axiais das duas linhas de varredura são determinadas pela espessura do tubo e pela largura da ponta da solda. A primeira linha de varredura percorre a região mais próxima possível da borda da solda, revelando defeitos localizados na raiz da solda, e a segunda linha de varredura completa a cobertura da ZTA (Zona Termicamente Afetada). A área da base do nó de varredura será otimizada para que o ponto de saída do feixe fique o mais próximo possível da base da coroa, sem reflexões internas significativas na cunha.
Este método de inspeção mostrou-se muito eficaz na detecção de defeitos axiais mal direcionados. A figura 7 mostra uma imagem de phased array obtida em uma trinca axial em uma solda de aço inoxidável: defeitos foram encontrados em vários ângulos de inclinação e observou-se uma alta relação sinal-ruído (SNR).
Figura 7: Dados combinados de phased array para trincas axiais em soldagem de aço inoxidável (vários ângulos e inclinações de SW): projeção convencional (esquerda) e projeção polar (direita).
Os benefícios do ultrassom PA avançado como alternativa à radiografia continuam a ganhar destaque nas indústrias de petróleo e gás, geração de energia, manufatura e outras que dependem da inspeção confiável de soldas austeníticas. Da mesma forma, os instrumentos de ultrassom PA totalmente integrados, o firmware robusto e as sondas de matriz 2D continuam a tornar essas inspeções mais econômicas e eficientes.
Guy Maes é o diretor de vendas da Zetec para ultrassom. Possui mais de 25 anos de experiência no desenvolvimento e implementação de métodos avançados de ultrassom, avaliação de competências e desenvolvimento de software. Para mais informações, ligue para (425) 974-2700 ou visite www.zetec.com.
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