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Misure di spessori di tubi di caldaie a vapore con trasduttori EMAT


Strumenti consigliati:
Misuratore di spessore Modello 38DL PLUS
EPOCH 6LT,EPOCH 1000oEPOCH 650

Contesto

La temperatura molto elevata all'interno delle caldaie a vapore (superiore a 800 °C [1500° F]) può causare la formazione, sulle superfici interna ed esterna dei tubi, di uno specifico tipo di ossido di ferro, duro e fragile, denominato magnetite. La presenza di questo strato di ossido nella parte esterna dei tubi può influenzare le misure ultrasonore degli spessori delle pareti mediante i comuni trasduttori a doppio elemento, a causa delle superfici potenzialmente molto irregolari che impediscono un accoppiamento ultrasonoro e dello spessore di ossido aggiunto allo spessore di acciaio. Tuttavia, come indica il termine, la magnetite implica proprietà magnetiche che consentono l'uso di un trasduttore EMAT (trasduttore acustico elettromagnetico) magnetostrittivo , come il Panametrics-NDT E110-SB. I trasduttori EMAT offrono diversi vantaggi rispetto ai trasduttori piezoelettrici a doppio elemento: non è necessario rimuovere i depositi in ossido, lo spessore dell'ossido non viene aggiunto alla misura dello spessore della parete e le misure possono essere eseguite molto velocemente senza l'uso di liquidi accoppianti. Il principale limite dei trasduttori EMAT magnetostrittivi è dato dal fatto che funzionano in modo ottimale solamente quando i depositi son presenti e aderenti alla parte esterna dei tubi delle caldaie. Inoltre lo spessore minimo misurabile e la precisione di misura non raggiungono le stesse performance dei convenzionali trasduttori a doppio elemento convenzionali. I trasduttori EMAT sono anche relativamente insensibili al rilevamento di piccole cavità interne. Per queste ragioni, i trasduttori EMAT sono spesso usati per una veloce e iniziale verifica dello spessore delle pareti, mentre i trasduttori a doppio elemento possono essere usati successivamente per ispezionare più approfonditamente le aree di interesse.

Teoria del sistema

Esistono due tipi di trasduttori EMAT usati nell'ambito del settore NDT. Quelli noti come trasduttori EMAT Lorentz che non richiedono la presenza di depositi di ossido ma richiedono un elevato livello di energia. Quelli noti come trasduttori EMAT magnetostrittivi, come l'E110-SB Olympus, che richiedono la presenza di depositi di ossido ma con livelli di energia molto bassi, tipici di misuratori a ultrasuoni e rilevatori di difetti portatili. Un trasduttore EMAT magnetostrittivo è costituito da un potente magnete a azione continua e una bobina che funzionano come un elettromagnete quando attivato da un impulso di eccitazione proveniente dallo strumento, come illustrato nella Figura 1. Il magnete a azione continua crea un campo magnetico perpendicolare alla superficie del deposito di ossido (Bs nella seguente figura), mentre il campo dinamico creato dall'elettromagnete sposta radialmente verso l'esterno e l'interno il deposito di ossido in seguito all'eccitazione della bobina (Bd), come illustrato nella figura Figure 2. Questo movimento genera un'onda trasversale a incidenza perpendicolare nel deposito di ossido che si propaga in seguito nell'acciaio. Essenzialmente, il deposito agisce come un elemento attivo del trasduttore per generare l'impulso sonoro. La frequenza dell'impulso sonoro varierà in funzione dei cambiamenti di spessore di deposito di ossido, aumentando al diminuire dello spessore del deposito e diminuendo all'aumentare dello spessore del deposito. Con i tipici sottili spessori di deposito di ossido, la frequenza sarà pari approssimativamente a 5 MHz. Il processo inoltre funziona in senso opposto per generare una tensione nella bobina quando l'eco dell'onda trasversale di ritorno vibra il deposito di ossido.


Figura 1 - Sezione trasversale di un tipico trasduttore EMAT


Figura 2 - Metodo di generazione dell'onda sonora

Visto che il deposito di ossido stesso rappresenta l'elemento del trasduttore, l'irregolarità del deposito non rappresenta una problematica per l'accoppiamento, inoltre il deposito non si aggiunge alla misura dello spessore. Il trasduttore EMAT genera un'onda trasversale in modo che lo strumento deve essere tarato a una velocità di propagazione dell'onda sonora di approssimativamente 3,240 m/s (0,1280 in./µs) tipica dell'acciaio al carbonio. La precisione di misura tipica con il trasduttore E110-SB EMAT è ± 0,25 mm (0,010 in.), con uno spessore misurabile minimo di almeno 2,0 mm (0,080 in.) in funzione delle proprietà del materiale.

Procedura di configurazione e di misura

La qualità degli echi ultrasonori nelle applicazioni EMAT dipende parzialmente dalla regolarità dello strato di deposito di ossido, il quale può variare da punto a punto nell'ambito di un dato tubo di caldaia. Se in un punto non possono essere ottenuti degli echi validi è possibile provare un altro punto in prossimità del precedente. Inoltre il trasduttore E110-SB integra un distanziale regolabile che varia la distanza tra la superficie del trasduttore e la superficie del tubo della caldaia. Regolando la distanza con il distanziale si ottimizza, in molti casi, la risposta dell'eco.


(a) Misuratore 38DL PLUS® : Il trasduttore E110-SB viene usato con il misuratore di spessori 38DL PLUS in combinazione con l'adattatore 1/2XA/E110, il quale supporta la funzione di riconoscimento della sonda e di filtraggio passa alto necessario per un'ottimale elaborazione del segnale. Quando viene usato l'adattatore, il misuratore automaticamente seleziona la configurazione predefinita EMAT DEFM1-EMAT/E110. Come per qualunque configurazione del misuratore, per una precisione ottimale, dovrebbe essere eseguita una taratura della velocità e dello zero a due punti su campioni di riferimento spessi e sottili di spessore noto. Se non sono disponibili questi campioni di riferimento, le configurazioni predefinite sono in genere sufficienti come punti di partenza. Le funzioni di guadagno e di cancellazione dell'eco dello strumento possono essere regolate in base alle proprie necessità per ottimizzare il rilevamento dell'eco. Nella configurazione predefinita dell'EMAT, il misuratore 38DL PLUS visualizzerà una forma d'onda rettificata a onda intera. Una tipica schermata della forma d'onda è illustrata di seguito nella Figura 3.



Figura 3 - Tipica forma d'onda EMAT rettificata
Per ottenere un maggiore dettaglio della forma della forma d'onda, la quale può risultare utile in condizioni di misura complesse, selezionare l'opzione di visualizzazione RF nel menu di configurazione del misuratore. Una tipica forma d'onda RF da una misura EMAT è illustrata nella Figura 4.


Figura 4 - Tipica forma d'onda EMAT RF


(b) EPOCH 6LT, EPOCH 1000 o EPOCH 650: Una tipica configurazione iniziale e forma d'onda ETAM per un rilevatore di difetti della serie EPOCH sono illustrate nella Figura 5. Notare che il filtro passa banda deve sempre essere usato per filtrare i rumori a bassa frequenza associati all'EMAT. Inoltre visto che la frequenza dell'onda trasversale varia con lo spessore del deposito di ossido, dovrebbe essere necessaria la frequenza dell'onda quadra dell'EPOCH per ottimizzare la risposta dell'eco.


Figura 5 - Parametri di configurazione di base: Velocità di propagazione dell'onda sonora, 3,240 m/s; zero, 0,650 µs; energia, 400 V; smorzamento, 50 Ω; frequenza di impulso, 5,0 MHz; filtro, 1,5-8,5 MHz

Olympus IMS
ProductsUsedApplications

Gli EMAT (trasduttori acustici elettromagnetici) sono trasduttori a singolo elemento che si avvalgono dell'effetto magnetostrittivo per trasmettere e ricevere le onde a ultrasuoni. Gli EMAT offrono dei vantaggi eccezionali: possono essere usati senza accoppiante; non è necessario rimuovere l'ossido esterno prima di un'ispezione; possono essere usati a contatto o a una breve distanza dalla superficie; possono essere usati su componenti con alta temperatura; sono ottimali anche su tubazioni di diametro ridotto.
L'EPOCH 650 è un rilevatore di difetti ad ultrasuoni convenzionali con eccellenti performance di rilevamento di difetti ed operatività per un ampia varietà di applicazioni. Questo intuitivo e robusto strumento è l'evoluzione del rilevatore di difetti EPOCH 600 di grande successo con delle funzionalità addizionali.
Il 38DL PLUS è un misuratore di spessore ad ultrasuoni avanzato. Usare una sonda a doppio elemento per le applicazioni relative alle corrosioni interne. Le funzioni includono: THRU-COAT e Echo-to-Echo. Usare le sonde a singolo elemento per le misure di spessore molto precise di materiali di spessori ridotti, elevati o multistrato.
L'EPOCH 1000 è un rilevatore di difetti ad ultrasuoni avanzato per il quale è possibile effettuare un upgrade alla rappresentazione per immagini phased array in un centro assistenza autorizzato Olympus. Tra le caratteristiche principali è possibile menzionare: conformità EN12668-1, serie di 37 filtri digitali e una frequenza di ripetizione di 6 kHz per un'ispezione ad elevata velocità.
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