El Instituto de Soldadura Edison (Edison Welding Institute, EWI) es un proveedor de servicios de ingeniería con sede en EE. UU. Sus expertos usan herramientas y métodos avanzados para inspecciones y evaluaciones de ingeniería que tienen como fin el análisis de fallas/defectos y la optimización del diseño. Cuando se evalúan estructuras críticas como puentes, aeronaves y aerogeneradores, los ingenieros deben poseer un conocimiento vasto sobre un factor que afecta significativamente la durabilidad de dichas estructuras: la carga cíclica. La carga cíclica es la aplicación de fuerza repetida y regular o fluctuante en ciertas áreas. Por ejemplo, en el caso de un puente, la carga proviene de los vehículos que lo atraviesan constantemente, y con las alas de un avión, el estrés es causado por las variaciones en la presión del aire.
Con el tiempo, la tensión de la carga cíclica puede generar agrietamiento por fatiga en la estructura.
El Instituto de Soldadura Edison se esfuerza por mantenerse a la vanguardia de las nuevas tecnologías para garantizar que sus ingenieros tengan las herramientas de evaluación más efectivas y eficientes a su disposición. Oleg Volf, ingeniero principal de EWI, dirigió recientemente a su equipo de evaluación no destructiva (NDE) en los ensayos sobre las capacidades de procesamiento de imágenes del método de focalización total (TFM), suministrado con el detector de defectos por ultrasonido multielemento (Phased Array) OmniScan™ X3.
Oleg y su equipo querían comprobar si el TFM podía optimizar sus capacidades en la medición de grietas por fatiga y de qué manera. Afinar la precisión de sus mediciones, por ejemplo, contribuiría a obtener una mejor comprensión del nivel y propagación del agrietamiento, lo que aumentaría la precisión en los análisis de defectos.
Los ingenieros usan una herramienta para monitorear de manera fiable el crecimiento de grietas: el medidor calibrado de clip. Este medidor es insertado en la boca de la grieta y las lecturas de voltaje son usadas para medir los cambios según la normativa para el material. Un medidor calibrado de clip fue usado como base de comparación para este experimento.
Medición del agrietamiento por Phased Array versus TFM
En el laboratorio de pruebas EWI, el equipo montó una estructura de prueba hidráulica y la programó para que aplique una presión cada vez más intensa en la muestra bajo ensayo (estándar de ensayo para resistencia ante fractura ASTM E1820) a fin de simular el agrietamiento por fatiga. Es posible obtener más detalles sobre el experimento, el equipo utilizado, la metodología y los resultados, en este estudio de caso.
Sonda Phased Array, suela (zapata) y estándar que EWI utilizó para sus ensayos de agrietamiento por fatiga
Se utilizó el detector de defectos OmniScan™ X3 para medir el agrietamiento y comparar los resultados obtenidos por ultrasonido multielemento (Phased Array, PA) versus el método de focalización total (TFM). Se aplicó un escaneo sectorial PA y los modos de onda TT (pulso-eco)/TT-T (autotándem) del TFM. Se adquirieron las medidas en intervalos y se compararon con el medidor calibrado de clip.
S-scan por PA (arriba) e imagen por TFM (abajo) provenientes de la muestra usando el detector de defectos OmniScan™ X3
Una mejor comprensión sobre la naturaleza de las grietas
Al concluir el experimento, Oleg resumió las ventajas del TFM en las evaluaciones de grietas por fatiga:
- Simplifica el proceso de recopilación de datos en comparación con otros métodos, como el medidor calibrado de clip, las cámaras y los sensores de caída de potencial eléctrico (EPD), que miden la grieta a través de propiedades indirectas y tienden a requerir una configuración y calibración meticulosa.
- Lleva a cabo mediciones precisas y fiables. De hecho, los resultados por el TFM demostraron ser un poco más precisos que los obtenidos por PA o los métodos del medidor calibrado de clip.
- Facilita la interpretación y la accesibilidad a los datos debido a la representación visual mejorada del TFM, que muestra claramente la orientación de la grieta (ángulo, grado de ramificación, etc.) y brinda a los ingenieros información valiosa sobre la naturaleza del agrietamiento (incluso a aquellos que no son expertos en análisis de ensayos ultrasónicos).
Oleg valoró que «la resolución y la precisión optimizadas, obtenidas mediante la estrategia FMC/TFM en la inspección de estructuras sensibles a la fatiga, ofrecen un potencial de precisión superior al detectar y dimensionar grietas por fatiga, lo que conllevaría a mejorar las evaluaciones de durabilidad de diseño a través de dichas mediciones de grietas». 1
Los ingenieros de EWI tienen la intención de efectuar más pruebas/ensayos usando el TFM para corroborar estos hallazgos y examinar su aplicación en otras geometrías más complejas sujetas a grietas por fatiga. Sin embargo, este estudio preliminar parece indicar que los conocimientos que obtendrán los ingenieros a través de las imágenes TFM contribuirán a mantener una infraestructura más segura y mejorar el diseño estructural.
1Volf, Oleg. Conocimientos técnicos de EWI. «Crack Growth Monitoring with Phased-Array Total Focusing Method (TFM)» [Monitorización del crecimiento de grietas con el método de enfoque total (TFM)]. Julio de 2020.
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