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Estudo de caso: Inspeção de soldas de tubo de caldeira com o COBRA scanner, solução de ultrassom Phased Array no lugar da radiografia


COBRA Scanner e detector de defeitos OmniScan MX2 usados na inspeção das bobinas do trocador de calor durante a fabricação
COBRA Scanner e detector de defeitos OmniScan MX2 usados na inspeção das bobinas do trocador de calor durante a fabricação

Introdução

Inspecionar soldas de trocadores de calor é um desafio devido à quantidade e proximidade das soldas que precisam ser analisadas. Para conseguir examinar todas as soldas e obter alta produtividade, é importante usar ferramentas otimizadas para este tipo de inspeção. O COBRA® scanner da Olympus pode ser usado para inspecionar diâmetros externos entre 2,13 cm (0,84 pol.) e 11,43 cm (4,5 pol.). Ele suporta até duas sondas Phased Array em situações de pouco espaço. Esta nota de aplicação apresenta um caso que foi compartilhado por um cliente que usou com sucesso a solução COBRA scanner com um detector de defeitos OmniScan® para realizar testes de ultrassom Phased Array em vez de radiografia.

Por que foi escolhido o teste de ultrassom Phased Array em vez da radiografia

A Dreifeld Materialprüftechnik GmbH é uma companhia alemã de inspeção encarregada de inspecionar bobinas de trocadores de calor em usinas. As peças, que são compostas por vários tubos e dobras, são usadas para transferir fluxo de ar quente na indústria de geração de energia.

Embora o teste radiolográfico (RF) seja o método de END sugerido pelo fabricante, Dreifeld concluiu que o teste de ultrassom (UT) poderia ser mais vantajoso.

Várias razões levaram a essa decisão. Primeiramente, a inspeção radiográfica exigiria o dobro de inspetores e, considerando que a implementação de uma zona de segurança seria muito complicada, precisaria ser realizada durante a noite enquanto outros funcionários não estariam presentes. Estimou-se que o projeto completo usando radiografia levaria cinco vezes mais tempo do que o ultrassom; como as horas trabalhadas à noite são mais caras, o valor da mão de obra seria muito elevado. Isso está no topo de todos os custos extras associados à radiografia, incluindo o consumo de filmes, produtos químicos fotográficos e descarte de resíduos das placas de chumbo. Outro aspecto que foi importante na escolha do ultrassom em relação ao RT está ligado à probabilidade de detecção. Por exemplo, a falta de fusão da parede lateral, que é um defeito crítico a ser medido, não é bem detectada pela radiografia.

Solução com COBRA Scanner e tecnologia Phased Array (PA)

O diâmetro externo dos tubos do trocador de calor era de 76 mm (3 pol.) com espessura de parede de 4,5 mm. Bloco personalizado fabricado para calibrar o atraso do calço, a sensibilidade do ângulo e o ganho corrigido em função do tempo (TCG).

As soldas tinham chanfros em forma de V de 30° e estavam localizadas entre uma parte do tubo e um cotovelo. Como o COBRA scanner não pode ser utilizado no lado do cotovelo da solda, ele teve de ser usado na configuração unilateral. Isso é fácil de fazer, só é preciso remover um dos lados do COBRA Scanner e usar somente o lado do codificador. A bomba manual de água foi usada para fornecer acoplamento à coluna.

Fig. 2: Bloco de calibração personalizado
Fig. 2: Bloco de calibração personalizado

Fig. 3: COBRA Scanner configurado para inspeção unilateral
Fig. 3: COBRA Scanner configurado para inspeção unilateral

A Dreifeld usou um detector de defeitos de ultrassom Phased Array (PAUT) OmniScan® MX2 16:128, em que dois grupos diferentes foram criados. O primeiro grupo foi configurado para varredura setorial de onda de cisalhamento para realizar a varredura de 50° a 72° com resolução de ângulo de 0,5°. O segundo grupo era uma lei focal a 0° de onda longitudinal utilizado para verificar o acoplamento. A resolução da varredura foi definida como 1 mm e o feixe foi gerado com abertura de 16 elementos.

Um total de 1.604 soldas foram inspecionadas em oito dias, a máxima diária foi de 320 soldas. Toda a inspeção foi feita por um inspetor e um conjunto de equipamentos. O turno de trabalho foi dividido em oito horas de escaneamento e duas horas de análise de dados por dia.

O processamento automático de dados ajuda a acelerar a análise

Os arquivos de dados foram processados via análise automática com o software Automatic Detection Technology (ADT) da VeriPhase®. A grande vantagem do software ADT é que ele pode ser carregado com vários arquivos (entre 100 e 300, neste caso) e cria relatórios no Excel® que exibem as visualizações de todas as indicações. O relatório do software ADT também indica os problemas de qualidade de dados para assegurar a conformidade com às normas. A tabela de indicações é preenchida pelo software diretamente no arquivo de dados do OmniScan para a configuração final no software de análise de dados OmniPC™. Todas as informações relevantes de posicionamento e dimensionamento de defeitos são incluídas. As indicações podem ser facilmente visualizadas na solda clicando diretamente nas indicações. Quaisquer alterações de exibição necessárias são feitas automaticamente e a referência, assim como os cursores de medição, é posicionada na altura e comprimento aplicáveis de cada defeito. As indicações podem ser facilmente atualizadas ou apagadas no relatório final.

Fig. 4: Visualização multigrupo A-C-S de uma solda sem defeito com o grupo de verificação de acoplamento exibido na parte inferior
Fig. 4: Visualização multigrupo A-C-S de uma solda sem defeito com o grupo de verificação de acoplamento exibido na parte inferior
Fig. 5: Visualização A-C-R-S de uma solda com falta de fusão de parede lateral detectada na segunda perna (parede lateral da solda)
Fig. 5: Visualização A-C-R-S de uma solda com falta de fusão de parede lateral detectada na segunda perna (parede lateral da solda)

Fig. 6: Visualização A-C-R-S de uma solda com falta de fusão na parede lateral detectada na terceira perna (parede lateral distante)
Fig. 6: Visualização A-C-R-S de uma solda com falta de fusão na parede lateral detectada na terceira perna (parede lateral distante)
 

É possível detectar defeitos na parede de fusão do lado oposto se a coroa da solda for regular o suficiente para permitir que o som seja refletido sem sofrer muita difração. Este foi o caso desta aplicação. A distância da trajetória extra causada pela altura da coroa faz com que o defeito apareça um pouco mais longe e não diretamente no chanfro da solda, porém a detecção foi considerada muito boa.

Conclusão

A solução de ultrassom Phased Array da Olympus com o COBRA scanner, o detector de defeitos OmniScan MX2 e o software ADT da VeriPhase foi utilizada para inspecionar e analisar todas as 1.604 soldas do trocador de calor em oito dias. Foi preciso apenas um inspetor para operar o equipamento e realizar a análise. A utilização de uma solução de ultrassom Phased Array no lugar da radiografia evitou indicações perdidas, como falta de fusão de parede lateral, e complicações relacionadas à segurança. A estimativa é que o projeto foi realizado cinco vezes mais rápido que a radiografia, além de ter saído muito mais barato.

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 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 COBRA scanner (manual), juntamente com o detector de defeitos OmniScan MX e um módulo 16:128, é usado para realizar inspeção de soldas circunferenciais em tubos de pequeno diâmetro. O COBRA scanner pode usar duas sondas PA para inspeção de tubos com diâmetro externo entre 2,13 cm (0,84 pol.) e 11,43 cm (4,5 pol.).
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