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Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas


Contexto

El mapeo de espesor por ultrasonido de alta resolución de formas complejas con geometrías variables (p.ej., codos) es algo muy difícil. Para abordar esta aplicación, Olympus ha desarrollado su primera sonda flexible por ultrasonido phased array, con capacidad de adaptación a formas complejas, lo cual origina nuevas oportunidades para más aplicaciones.

Problema

Para elaborar el mapeo del espesor de un componente, las sondas ultrasónicas convencionales deben ser orientadas perpendicularmente respecto a la superficie, en cada punto, para la adquisición de datos. Este proceso es lento y las picaduras por corrosión pueden ser esquivadas entre los puntos de adquisición. El uso del ultrasonido phased array permite que áreas extensas puedan ser escaneadas rápidamente con una alta resolución; sin embargo, las sondas lineales estándares de ultrasonido multielementos son rígidas y no pueden adaptarse a los cambios en la geometría del componente. Olympus ha desarrollado una solución para este problema con la nueva sonda flexible de ultrasonido phased array, la cual ha sido diseñada para mapear el espesor de formas complejas con alta resolución. Las aplicaciones potenciales para este tipo de sondas incluyen la inspección de: codos, boquillas o cualquier otra pieza de geometría variable.

Solución

La nueva sonda flexible de ultrasonido phased array ha sido desarrollada y fabricada para ofrecer flexibilidad e integridad mecánica combinadas con propiedades acústicas mejoradas. La sonda está hecha de un compuesto flexible SC 1-3 que proporciona flexibilidad, impedancia acústica y escalabilidad.

La sonda flexible de ultrasonido phased array se identifica por los siguientes parámetros:

N.º U8 N.º de pieza Frecuencia (MHz) N.º de elementos Emisión (mm) Apertura activa (mm) Elevación (mm)
Q3300182 XACT-10036 5 64 1 64 6

Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas
Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas
Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas


Figura 1: Diferentes perspectivas visuales de la sonda flexible phased array.

La integridad mecánica de la sonda ha sido probada ejerciendo una flexión 500 veces a través de un radio de 2 pulgadas en 10 ciclos por minuto. Todos los elementos de la sonda continuaban a funcionar bien y ningún tipo de daño ha sido observado.

Las propiedades acústicas de la sonda también han sido probadas. La sonda flexible generó haces acústicos como cualquier sonda phased array estándar con los mismos parámetros. La sonda exhibe una dirección de haz de ±30 de onda longitudinal sin generar lóbulos reticulados.

La banda ancha del impulso ultrasónico se encuentra alrededor de 65 % con una frecuencia central de 5.0 MHz. Para el mapeo de corrosión o espesor, esto significa una solución aceptable si se considera la flexibilidad de la sonda.

Cuando la sonda se encuentra en contacto directo con una pieza metálica, la «zona muerta» es de 5 mm típicamente. Cuando se emplea una línea de retardo, como la Aqualene, la zona muerta puede reducirse a 2 o 3 mm.

Resultados

Se ha probado la sonda flexible phased array conectada a un equipo OmniScan MX2 en dos tuberías encodadas con evidente corrosión interna. Se ha empleado leyes focales de 4 elementos, y se ha creado un escaneo lineal de 0° de onda longitudinal a lo largo de la sonda. La resolución del escaneo fue de 1 mm × 1 mm.

La sonda ha sido montada en una línea de retardo flexible de Aqualene para proporcionar un mejor contacto con la pieza y reducir la «zona muerta». Una capa de gel polímero ha sido aplicada en la parte posterior de la sonda para distribuir equitativamente la presión ejercida por el operador (Figura 2). Un codificador ha sido instalado a este montaje. Note que el montaje es para fines experimentales y no está aun comercialmente disponible.

Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas
Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas

Figura 2: Montaje de soporte experimental usado para los ensayos.

Codo #1

El codo #1 presenta un diámetro externo de 170 mm, un espesor de pared de 17 mm, y corrosión interna perceptible (Figure 3). La sonda escanea a lo largo del eje de la tubería, tal como se muestra en la Figura 3.

La superficie ha sido cubierta con una resolución de 1 mm × 1 mm. Pequeñas picaduras de corrosión interna son claramente visibles en la representación B-scan y C-scan (Figura 3). El software proyecta la posición de las picaduras y permite una rápida medición de su profundidad y tamaño.

Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas
Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas


Figura 3: Izquierda: Representaciones B-Scan y C-scan de las picaduras de corrosión. Derecha: Codo de 170 mm de diámetro externo.

Codo #2

El codo #2 presenta un diámetro externo de 220 mm y un espesor de pared de 7 mm (Figura 4). Este componente presenta una degradación de corrosión acelerada por caudal (FAC).

La representación C-scan muestra la región de la corrosión acelerada por caudal como un área de corrosión que aumenta gradualmente (Figura 4). El color rojo representa el área de pared restante más delgada, mientras que el color azul representa el área de espesor de pared nominal (Figura 4). Es fácil medir el tamaño del área corroída y el espesor de pared restante.

Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas
Sonda flexible de ultrasonido phased array para inspecciones de formas complejas


Figura 4: Izquierda: Representaciones B-scan y C-scan mostrando la corrosión acelerada por caudal (FAC) en el codo #2. Derecha: Codo de 220 mm de diámetro externo.

Estos ensayos demuestran que la sonda flexible phased array es lo suficientemente flexible para adaptarse a los codos y mapear el espesor de las formas complejas en una pieza.

Nota importante

Si bien la sonda flexible de ultrasonido phased array es útil para inspeccionar formas complejas, no debe ser considerada como herramienta de alta resistencia. Es necesario ejercer una presión constante sobre la sonda para mantener una óptima señal. Además, la superficie de la sonda debe ser protegida durante el escaneo. Si la parte frontal de la sonda es frotada directamente contra una superficie rugosa, ésta se deteriorará. Al ser usada en contacto directo con piezas metálicas, la superficie de la sonda debe ser protegida con una cinta de teflón. Se recomienda el uso de una línea de retardo flexible. Actualmente, no se dispone comercialmente de un montaje de soporte para la sonda flexible de ultrasonido multielementos «phased array».

Considerando estas limitaciones, la sonda flexible phased array sigue siendo muy útil, si es usada con el cuidado apropiado.

Conclusión

La sonda flexible phased array demuestra su habilidad para realizar inspecciones de formas complejas en piezas como los codos. Se pueden escanear componentes complejos con geometrías cambiantes y realizar mapeos de espesor de alta resolución.

La sonda flexible crea escaneos lineales y sectoriales como una sonda phased array estándar.

Nota: La sonda flexible phased array ha sido desarrollada pensando a diferentes aplicaciones específicas. Su diseño actual no le permite adecuarse a todas las aplicaciones y casos de uso. Para obtener más información, escríbanos a : eto@olympus-ossa.com

Olympus IMS
Productos para la aplicación

El ligero equipo OmniScan SX de un solo grupo, que además está dotado de una pantalla táctil inteligible de 8,4 pulgadas (21,3 cm), brinda soluciones económicas y de alta capacidad. Está disponible en dos modelos: el SX PA y el SX UT. La unidad SX PA con capacidad de 16:64PR cuenta, al igual que la unidad SX UT, de un canal de ultrasonido convencional para inspecciones mediante las técnicas Pulso-Eco, Emisión-Recepción y TOFD.
El OmniScan MX2 presenta dos nuevos módulos: por ultrasonido multielemento (PA2) con un canal UT y por ultrasonido convencional (UT2) de dos canales. Estos pueden ser empleados tanto con la tecnología de difracción del tiempo de vuelo (TOFD) como con los nuevos softwares Todos; todos ellos permiten incrementar las capacidades de la ya exitosa plataforma OmniScan MX2.
Los palpadores phased array para aplicaciones específicas están disponibles en una gama de 0,5 MHz a 18 MHz, y pueden venir con 16, 32, 64 ó 128 elementos. Ciertos palpadores especiales pueden contener hasta cientos de elementos.
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