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Tempo de voo de difração (TOFD) para avaliação de juntas de fusão de topo de polietileno de alta densidade (HDPE)


Background

A tubulação de polietileno de alta intensidade (HDPE, sigla em inglês) tem substituído o aço na indústria petroquímica, de energia e de mineração devido à excepcional resistência à corrosão e à erosão. Recentemente, a tubulação de polietileno de alta intensidade é também usada em aplicações de refrigeração a água relacionadas à segurança. A aplicação das normas nucleares de garantia de qualidade exige garantia adequada de que a produção da junta de fusão seja segura. A inspeção ultrassônica de tempo de voo de difração (TOFD, sigla em inglês) de juntas de fusão é uma técnica de ensaio não destrutivo de utilização simples que pode ser usada para assegurar a integridade da junta de fusão.

Problema

O processo das juntas de polietileno de alta densidade esta sujeito, tipicamente, às seguintes falhas: falta de fusão, fusão a frio (ligação parcial), inclusões (incrustadas) e vácuos. Atualmente, não existe consenso na indústria quanto à natureza e ao tamanho das falhas rejeitáveis; porém, ensaios não destrutivos são utilizados com frequência para detectar estas circunstâncias.

O material de polietileno de alta densidade possui algumas características específicas que dificultam a inspeção. A impedância acústica e a velocidade do som são semelhantes aos dos materiais normalmente utilizados nos calços para ultrassom, isto dificulta a obtenção da refração de som apropriada na interface. Além disso, é difícil conseguir um bom acoplamento entre o calço de Rexolite e o material. O material de polietileno de alta densidade é muito atenuante quando comparado a metais, isto, frequentemente, impede a utilização de frequências ultrassônicas mais altas. Ele também filtra naturalmente frequências mais altas. Para superar esses obstáculos, deve-se usar sondas de baixa frequência com calços hidráulicos TOFD.

Corte transversal de juntas de fusão de polietileno de alta densidade
Corte transversal de juntas de fusão de polietileno de alta densidade

Equipamento

Os seguintes equipamentos são usados para inspeção:

  • Unidade OmniScan TOFD
  • Panametrics C542-SM ou C546-SM Centrascan (elemento com diâmetro de 6,25 mm; frequências de 2,25 MHz e 3,5 MHz)
  • Calços hidráulicos TOFD (ST1) 60L
  • 1 escâner semi-automático CHAIN scanner
  • 1 CFU ou similar ao sistema de distribuição de água

Equipamento opcional

  • Pré-amplificador Panametrics Modelo 5682 (500 kHz-30 MHz/30 dB)

Configuração para inspeção com OmniScan MXU
Configuração da inspeção
calço hidráulicocalço hidráulicocalço hidráulico
Calços hidráulicos

Procedimento normal

Um procedimento convencional de TOFD é utilizado para inspeção de polietileno de alta densidade, as especificações são:

  • O espaçamento central da sonda (PCS) é ajustado para prover feixe transversal com 66% da espessura. Recomenda-se outras configurações em tubos com paredes grossas para melhorar a detecção próxima das superfícies do diâmetro externo e interno.
  • O conjunto da sonda é montado no CHAIN scanner.
  • O ganho eletrônico do OmniScan é ajustado para fixar o sinal da onda longitudinal a 60%.
  • O CHAIN scanner é acoplado ao tubo é a inspeção é realizada com uma rotação.

Padrão de tempo de voo de difração de junta de fusão de topo de polietileno de alta densidade

Padrão de tempo de voo de difração de junta de fusão de topo de polietileno de alta densidade

Resultados

A captura de tela abaixo, com imagens de A-scan e B-scan circunferencial, mostram os resultados de uma amostra de polietileno de alta densidade de 25 mm com ID de calibração com variação de profundidade entre 11,6 mm e 2,9 mm. Os três cortes inseridos são nitidamente detectados com boa proporção de sinal/ruído.

Tela de A-scan

A captura de tela a seguir exibe claramente a presença de vácuo e/ou contaminantes a 16 mm na junta de fusão de polietileno de alta densidade no tubo com diâmetro de 150 mm.

Presença de vácuo na junta de topo HDPTE

Esta imagem demonstra uma ligação fraca na parede interna em quase todo o diâmetro de 54 mm de espessura da junta de fusão de topo do tubo com 450 mm de diâmetro.

Imagem de ligação fraca

Conclusão

Usar o tempo de difração juntamente com o OmniScan e outras ferramentas apropriadas mostra ser um método válido para inspeção de juntas de fusão de topo de polietileno de alta densidade com ensaio não destrutivo. A indústria nuclear continua a evoluir no que diz respeito à detecção de defeitos rejeitáveis, enquanto outras pesquisas e experimentos com o ultrassom Phased Array são realizadas.

Olympus IMS

ProductsUsedApplications

Cada detector de defeitos na série OmniScan™ X3 é uma caixa de ferramentas de Phased Array completa. O TFM inovador e os recursos avançados de PA ajudam a identificar falhas com confiança, enquanto as poderosas ferramentas e os fluxos de trabalho simples do software melhoram sua produtividad

Os transdutores ultrassônicos são usados para aplicações diversas como detecção de defeitos, medição de espessura, pesquisa de materiais e diagnósticos médicos. Mais de 5.000 tipos de transdutores ultrassônicos: vários estilos, diâmetros de elemento, frequências e tipos de conectores.
Os transdutores e calços de tempo de voo de onda difratada (ToFD) geram ondas longitudinais refratadas em aço para utilização em aplicações de dimensionamento de trincas usando a técnica ToFD.
As unidades CFU-03 e CFU-05 são unidades de bombas elétricas portáteis para manter o fluxo constante de acoplante às cunhas durante as inspeções de ultrassom.
O OmniScan SX, leve e de grupo único, possui tela sensível ao toque de 8,4 pol. (21,3 cm) de fácil leitura e oferece soluções com boa relação custo-benefício. O OmniScan SX possui dois modelos: PA e UT. O SX PA é uma unidade 16:64PR, que, como o UT e SX UT, vem equipado com um canal de UT convencional para inspeções pulso-eco, pitch-catch e ToFD.
O OmniScan MX2 possui um novo módulo Phased Array (PA2) com um canal UT e um novo módulo de ultrassom de dois canais (UT2) que pode ser usado para tempo de voo de onda difratada (ToFD), possui novos softwares que expandem os recursos da bem-sucedida plataforma OmniScan MX2.
O ChainSCANNER é uma solução para inspeção manual de tubos com diâmetro externo entre 4,45 cm (1,75°pol) e 96,52 cm (38 pol.). O escâner, mantido por elos de correntes em vez de rodas magnéticas, é adequado para inspeção de solda ou corrosão em diferentes tipos de materiais. UT, ToFD, PA.
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