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 |
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 da inspeção |
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
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.
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.
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.
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.