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Dual Matrix Array para inspeção acústica de soldas com muito ruído


Dual Matrix Array para inspeção acústica de soldas com muito ruído

Resumo

As soldas metálicas dissimilares e outros materiais acusticamente ruidosos podem ser inspecionados com sondas ultrassônicas convencionais (transmissão-recepção longitudinal [TRL]). O método aperfeiçoado de inspeção usa as sondas Dual Matrix Array (DMA) da Olympus para orientação, controle, inclinação eletrônica e foco de feixes acústicos nos materiais.

Desafios

Realizar inspeção com ultrassom em material dissimilar ou austenítico é muito difícil. As inspeções são ainda mais difíceis quando precisam ser realizadas em apenas um lado do material por que a anisotropia do material da solda provoca a dispersão dos feixes ultrassônicos.

As sondas de elemento duplo TRL são usadas normalmente para inspecionar materiais que contêm um elemento transmissor e outro receptor separado pelo isolamento acústico. Um ângulo de teto e estrábico permite que elas focalizem um ponto da peça, o que provoca uma pseudofocalização. As sondas TRL são adequadas porque eliminam o eco da interface, não possuem zonas mortas causadas pelos ecos do calço, reduzem os sinais de dispersão traseira e permitem o uso de um ganho mais alto.

Porém, a desvantagem das sondas TRL é que, devido ao ângulo refratado fixo e ao ponto pseudofocal, a inspeção pode precisar de muitas sondas para cobrir a variedade de configurações necessárias.

Soluções

As sondas DMA da Olympus, juntamente com o OmniScan® ou o FOCUS PX, usam ultrassom Phased Array (em vez do ultrassom convencional) para permitir um intervalo de inspeção maior, melhorar a avaliação das ligas de materiais austeníticos de grãos grossos, Inconel® e soldas. As sondas DMA possuem as vantagens do método de S-scan de onda longitudinal focada e de inspeção longitudinal pitch-catch.

Os métodos de inspeção DMA apresentados aqui usam dois tipos de sondas padrão — uma de 2,25 MHz e outra de 4 MHz — que apresentam o recurso de inspeção fora do revestimento para um intervalo maior de materiais austeníticos e biséis das sondas, incluindo metal dissimilar e soldas de liga resistentes à corrosão (CRA).

Descrição do equipamento

A sonda DMA A17 de 2,25 MHz, da Olympus, possui uma configuração de elemento amplo (4 × 7) em cada uma das estruturas de Array e foi otimizada para materiais austeníticos mais atenuantes e mais finos. Cada Array possui uma abertura de 12 mm × 19 mm. Como a sonda DMA A17 possui quatro elementos no eixo secundário, o feixe pode ser conduzido eletronicamente usando um calço plano, sem a necessidade de um ângulo de teto mecânico sobre o calço.

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus
Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

A sonda DMA A27 de 4 MHz, da Olympus, possui uma configuração de elemento pequeno (2 × 16) em cada uma de suas estruturas e é otimizada para materiais austeníticos menos atenuantes e mais finos. Cada Array possui uma abertura de 6 mm × 16 mm. Como a sonda DMA A27 possui apenas dois elementos no eixo secundário, os calços precisam de um ângulo de teto mecânico para cada foco ou diâmetro de tubo.

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus
Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

Como os elementos TX e RCV são acusticamente isolados pelo calço, não é preciso umedecer o material do calço e nem de uma grande distância de separação. O calço DMA é, portanto, um calço menor capaz de ampliar ainda mais a profundidade útil do foco e o alcance da sonda no material, isso resulta em um sinal-ruído maior sobre uma trajetória de som maior. Isso é um avanço para os calços grandes que podem perder uma quantidade significativa de energia devido à atenuação do calço, por exemplo, ao usar sondas de Array linear unidimensionais em inspeções de feixe angular de pulso-eco longitudinal.

Resultados do teste

As inspeções volumétricas foram realizadas com uma sonda DMA A17 com um calço DN55L que fornece uma onda longitudinal nominal de 55 graus. O design do elemento grande da sonda A17 de 2,25 MHz é adequado para materiais mais espessos e atenuantes de amostras de Inconel e aço inoxidável 316 descritas abaixo. Um A-scan focado aproximadamente entre 30° e 75° foi usado para cobrir o volume e as áreas da raíz de soldas nas amostras.

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

Na inspeção da amostra Inconel, a sonda A17 foi usada para visualizar um sulco EDM de 2 mm em uma solda CRA de liga Inconel de 25 mm de espessura através da camada do revestimento. Os cursores do detector de defeitos OmniScan foram usados para medir o tamanho do sulco em uma visualização C-scan, a profundidade e a altura em visualizações de A-scan e S-scan. Os cursores deltas e trigonometria foram usados no cabeçalho do OmniScan e registrados na tabela de indicação gerada diretamente no cabeçalho.

Em uma inspeção de amostra de aço inoxidável 316, a sonda A17 foi usada para detectar a profundidade SDH (orifícios perfurados na lateral) em uma solda de 50 mm de espessura, bloco de calibração (recipiente SS316). A atenuação através da solda aumentou em 12 dB quando comparada à detecção do material base ao lado da solda.

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

A única vantagem da sonda A17 é o recurso de realizar a inclinação do feixe fora do eixo em que o S-scan poderia ser orientado em ângulos diferentes diretamente na face da solda. Isso só foi possível com a sonda A17 pois ela possui a quantidade de elementos suficientes (quatro) em seu eixo secundário. (A sonda DMA A27 não é capaz de inclinar o feixe fora do ângulo pois possui apenas dois elementos no eixo secundário.)

A principal finalidade do S-scan fora do eixo é de detectar o tamanho axial e transversal da fissura causada por corrosão sob tensão (IGSCC, sigla em inglês) em soldas de tubos austeníticos. O limite da inclinação do feixe fora do eixo é determinado pelo número de elementos no eixo secundário da sonda, assim como pelo tamanho e a frequência do elemento. Embora a sonda A17 seja capaz de uma inclinação de 45° fora do eixo com um calço plano, o limite desta inclinação diminui quando os calços AOD são usados e o diâmetro externo axial do tubo (AOD) é reduzido.

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus
Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

A sonda DMA A27 foi utilizada para realizar inspeções volumétricas e de superfícies em amostras de solda Inconel adicional. (Os testes de superfície se referem à detecção, dimensionamento e caracterização de defeitos superficiais de soldas ou defeitos conexos à superfície externa da solda.) O design do elemento pequeno da sonda A27 de 4 MHz é adequado para materiais mais finos e menos atenuantes dessas amostras. Pode-se usar um calço DB55l ou DNCR. No entanto, para esta aplicação, nós escolhemos o calço DN55L devido à sua versatilidade, tanto para grupos de inspeção volumétrica como para superfície. O design do calço DNCR foi aperfeiçoado para inspeções de superfície em que as espessuras dos biséis das soldas são menores que 25 mm, aproximadamente. A inspeção da superfície complementou a inspeção volumétrica e forneceu uma inspeção com cobertura completa do bisel da solda.

Para as inspeções volumétricas com a sonda A27 e o calço DNCR, uma solda CRA foi analisada com um S-scan entre 30° e 80° com foco de trajetória de som de 30 mm. A velocidade longitudinal do som na solda de liga Inconel 625 é de 5.830 m/s, e a do aço carbono, 5.890 m/s. Essa diferença de velocidade causou uma pequena alteração no ângulo do feixe da interface da solda. A precisão da plotagem da altura e da profundidade depende da determinação precisa dos valores da velocidade do som no material e na solda.

A sonda mostra uma relação sinal-ruído elevada no lado oposto do defeito do bisel detectado. O defeito foi plotado corretamente para corresponder à sua profundidade conhecida e à localização da linha da solda. A profundidade do defeito (DA, sigla em inglês) foi medida com um A-scan de amplitude máxima. As leituras de trigonometria da porta para a trajetória do som (SA), a profundidade (DA), a distância da sonda (PA) e a posição volumétrica referidas a partir do zero no índice do eixo (VIA), foram corretamente plotadas.

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

Para inspeção de superfícies, a sonda A27 foi limitada a um ângulo alto, inspeção de primeiro salto. A sonda A27 foi configurada usando um S-scan com ângulo alto de aproximadamente 70° e 85° e foco curto. Acima de 70°–75°, aproximadamente, todos os feixes de A-scan foram essencialmente propagados paralelamente à superfície a uma velocidade longitudinal. Isso permite a detecção de uma SDH, um sulco ou um defeito superficial na solda de forma similar. Os resultados da inspeção da superfície não mudam a forma da coroa da solda (alinhada ou não).

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

Na amostra da solda da liga Inconel 625, a solda A27 com o calço DNCR detectaram um sulco na superfície EDM de 1 mm de profundidade e de 10 mm de comprimento a uma distância de mais de 20 mm da face do calço.

Analisador portátil por XRD TERRA, da Olympus

Em uma amostra de solda de liga Inconel 800 de 152 mm de diâmetro, a sonda A27 com o calço DNCR detectou três defeitos superficiais e um defeito ligado ao diâmetro externo.

Conclusão

As sondas Dual Matriz Array da Olympus — as comuns de 2,25 MHZ (A17) e 4 MHz (A27) — podem melhorar os recursos de inspeção do OmniScan ou do Focus PX em austeníticos, ligas Inconel e soldas.

A configuração da sonda A17 de elemento largo (4 × 7) é adequada para materiais austeníticos mais atenuantes e mais espessos. A configuração da sonda A27 de elemento pequeno (2 × 16) é adequada para materiais austeníticos menos atenuantes e mais finos.

As sondas DMA compatíveis com o OmniScan são ferramentas de inspeção Phased Array complementares, tanto para usuários avançados como para novatos.

Na amostra da solda da liga Inconel 625, a solda A27 com o calço DNCR detectaram um sulco na superfície EDM de 1 mm de profundidade e de 10 mm de comprimento a uma distância de mais de 20 mm da face do calço.

Olympus IMS

ProductsUsedApplications
Este novo software é a opção mais eficiente e econômica para análise de dados do OmniScan, possui as mesmas ferramentas de análise fornecidas no software integrado OmniScan, com a versatilidade de ser executado em um computador pessoal.
O TomoView é um software poderoso e flexível para PC usado para projeto, aquisição de dados, visualização e análise de sinais ultrassônicos.

A unidade de aquisição FOCUS PX escalonável e o software FocusPC incorporam as tecnologias mais recentes de Phased Array e ultrassom convencionais para fácil integração em sistemas automatizados e semiautomáticos. O FOCUS PX e a capacidade de seu software de gerar e salvar dados brutos de C-scan e A-scan os tornam a escolha perfeita para aplicativos em que o veredicto da inspeção é baseado na análise de dados pós-inspeção. Isso inclui aplicações em indústrias como a aeroespacial (laminado de compósito), a de geração de energia (pás eólicas), a de transporte (rodas de trem), a de metal (peças forjadas) e muitas outras.

FocusControl, FocusData e kits de desenvolvimento de software (SDKs) opcionais são compatíveis com a unidade FOCUS PX para que os clientes possam desenvolver seu próprio software de aplicação.

As sondas Phased Array para aplicações específicas possuem variação de frequência entre 0,5 MHz e 18 MHz e são oferecidas com 16, 32, 64 ou 128 elementos. Sondas especiais podem ter até uma centena de elementos.
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