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Ultrasuoni phased array come alternativa alla radiografia


Esempio di una tubazione in acciaio al carbonio che può essere mappata con uno scanner

Sintesi

Nell'ambito delle valutazioni non distruttive (NDE- nondestructive evaluation) o dei controlli non distruttivi, molte norme permettono agli operatori di sostituire un metodo di ispezione con un altro se vengono soddisfatte alcune esigenze ispettive. Inoltre i metodi di ispezione non basati su norme sono costantemente revisionate per migliorare i processi e ridurre i costi. I metodi a ultrasuoni sono diventati delle diffuse e riconosciute alternative per le ispezioni che in passato adottavano dei metodi radiografici.

Introduzione

Quella radiografica e ultrasonora rappresentano delle tecniche NDT complementari. Entrambe possono ispezionare volumetricamente delle saldature e delle componenti per difetti come cricche, fusioni incomplete, porosità, ecc. La scelta di una rispetto all'altra spesso dipende dalle decisioni relative ai processi esterni o da piccole differenze nella capacità di rilevamento per una specifica ispezione. Tuttavia gli ultrasuoni hanno assunto importanza come alternativa alla radiografia, in pratica e in relazione alle norme delle principali organizzazioni come l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) e API (American Petroleum Institute). Sebbene la maggior parte delle norme non contemplano il metodo a ultrasuoni, quello a ultrasuoni phased array (PA), in particolare, è diventato il metodo alternativo più diffuso nelle procedure di ispezione. Il metodo PA è inoltre spesso combinato con quello della diffrazione del tempo di volo (TOFD - time-of-flight diffraction) quando gli operatori utilizzano delle unità di acquisizione e degli scanner che possono funzionare con entrambi i metodi simultaneamente. Nel passato i processi di ispezione basati sulle norme in genere facevano riferimento a "code cases" (eccezioni facoltative alle norme) o appendici. Tuttavia, in seguito a un loro crescente utilizzo e accettazione nell'ambito industriale, i processi di ispezione a ultrasuoni sono stati integrati direttamente alla parte principale delle norme principali, per esempio ASME Sec. V. Art. 4 a partire dall'edizione 2010. L'apparecchiatura a ultrasuoni phased array diventa sempre più portatile, conveniente e facile da usare, rendendo gli ultrasuoni un'alternativa pratica e sicura per la radiografia.

Tipici vantaggi degli ultrasuoni rispetto alla radiografia:

  • Alta probabilità di rilevamento (POD - high probability of detection) specialmente per cricche e fusioni incomplete:
    • In base alla maggior parte degli studi gli ultrasuoni tendono a rilevare i difetti piani in modo più efficace rispetto alla radiografia.
  • Dimensionamento preciso dell'altezza dei difetti e numero inferiore di rifiuti o di riparazioni mediante i criteri di Valutazione critica di ingegneria:
    • Gli ultrasuoni permettono la misura dell'altezza dei difetti, la quale consente una stima volumetrica della gravità del difetto, invece di considerare solo il tipo e la lunghezza del difetto.
  • Gli ultrasuoni non emettono radiazioni, non implicano rischi e non necessitano autorizzazioni o personale supplementare.
  • Non richiedono aree delimitate. Non è necessario interrompere il lavoro in prossimità delle ispezioni a ultrasuoni.
  • Non generano prodotti chimici o di scarto, contrariamente alla radiografia che utilizza pellicole.
  • L'ispezione a ultrasuoni in tempo reale può permettere una valutazione istantanea della saldatura e fornire velocemente delle informazioni importanti al saldatore.
  • I report di configurazione e ispezione sono in formato elettronico, contrariamente alla radiografia che utilizza le pellicole.

Esempi di norme nelle quali gli ultrasuoni sostituiscono la radiografia

  • ASME Code Case 2235
  • ASME Code Case 179
  • ASME Code Case 168
  • ASME Code Case N-659
  • ASME Code N-713
  • API 620/650 App. U
  • ASME Sec. V Mandatory Appendixes

Tipica apparecchiatura a ultrasuoni e esigenze di ispezione

  • Unità di acquisizione con completa capacità di gestione dei dati A-scan grezzi e di acquisizione della posizione mediante encoder (per esempio un rilevatore di difetti OmniScan® flaw detector o uno strumento FOCUS PX).
  • Un piano e una procedura di scansione che documentino la strategia di ispezione e i parametri essenziali (per esempio, i parametri che sono configurati mediante il software NDT SetupBuilder.
  • Uno scanner industriale, con encoder di posizione, in grado ripetutamente di scansionare una saldatura o una componente, in modo semi-automatico e automatico:
    • La scelta dello scanner è basata sul numero di saldature, sul diametro della tubazione e su altre variabili delle applicazioni:
  • Dati acquisibili:
  • Performance dimostrata dell'apparecchiatura, della procedura, dell'operatore e del processo di ispezione.
  • Criteri di accettazione alternativi, se necessario.
  • Sonde, zoccoli, apparecchiatura per l'accoppiante e altri accessori.
  • Formazione e certificazione adeguati per il personale.

Esempio di una tubazione in acciaio al carbonio che può essere mappata con uno scanner
I rilevatori di difetti OmniScan MX2 (capacità multi-gruppo) [a sinistra] e OmniScan SX (gruppo singolo).

Uso dello scanner RollerFORM per ispezionare fori a fondo piatto (FBH)Ampiezza del C-scan mediante il rilevatore di difetti OmniScan


Scanner WeldROVER completamente automatico ( sinistra) e scanner HSMT-Compact semi-automatico con un rilevatore di difetti OmniScan MX.

Conclusione

Sostituire la radiografia con gli ultrasuoni è diventato un orientamento consolidato nell'ambito industriale e una pratica riconosciuta dalle norme. La facilità d'uso e la convenienza dell'apparecchiatura phased array portatile, oltre all'utilizzo dei software associati, hanno accelerato l'uso degli ultrasuoni. Tra i motivi di questo orientamento protratto nel tempo è possibile citare il risparmio in termini di costo e tempo, il miglioramento della sicurezza per gli operatori o per le persone in prossimità e l'uso di criteri di accettazione alternativi. L'uso crescente degli ultrasuoni ha portato a una diminuzione del numero di componenti rifiutate e di riparazioni.

Olympus IMS

Prodotti per l'applicazione
L'NDT SetupBuilder è un nuovo software per PC in grado di creare configurazioni d'ispezioni e visualizzare una simulazione dei fasci. Questo software è dotato di diverse funzioni che permette l'elaborazione in maniera semplice e veloce di una strategia d'ispezione completa. Questa configurazione può essere in seguito importata nell'OmniScan MX2. È possibile:
La capacità di posizionare le sonde con precisione in base alla superficie da ispezionare influenza considerevolmente la qualità dell'ispezione. Olympus offre numerosi scanner e accessori di livello industriale per assistere gli operatori nelle operazioni. Gli scanner sono disponibili in diverse configurazioni, inclusi uno o due assi per l'acquisizione con encoder mediante movimento manuale o motorizzato.
TomoView è un software per PC potente e flessibile, usato per la preparazione, l'acquisizione dei dati, la visualizzazione e l'analisi dei segnali ultrasonori.
Questo nuovo software è l'opzione più efficiente ed economica per l'analisi dei dati OmniScan. È dotato degli stessi strumenti di analisi del software OmniScan ma con la flessibilità di poterli usare su un computer.
Lo strumento OmniScan SX, leggero e a gruppo singolo, integra uno schermo tattile a alta leggibilità da 8,4" e permette la realizzazione di soluzioni in modo economicamente vantaggioso. L'OmniScan SX è disponibile in due modelli: SX PA e SX UT. L'SX PA è un'unità 16:64PR, la quale, come quella SX UT (solamente UT), integra un canale a UT convenzionali per le ispezioni impulso-eco, trasmissione-ricezione o TOFD.
L'OmniScan MX2 offre un nuovo modulo phased array (PA2) con un canale UT, un nuovo modulo ad ultrasuoni convenzionali a due canali (UT2) che può essere usato in modalità TOFD e dei nuovi software in grado di potenziare le funzionalità della nostra testata piattaforma OmniScan MX2.
Le sonde per specifiche applicazioni phased array hanno un intervallo di frequenza compreso tra 0,5 MHz e 18 MHz, inoltre possono avere 16, 32, 64 o 128 elementi. Le sonde speciali possono avere centinaia di elementi.
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