Sondas Dual Matrix Array para inspeccionar soldaduras acústicamente ruidosas

Resumen

Las soldaduras hechas de metales disímiles, u otros materiales acústicamente ruidosos, pueden ser inspeccionadas usando sondas de ultrasonido convencional por ondas longitudinales de emisión-recepción (TRL). Sin embargo, el uso de las sondas DMA de Olympus por ultrasonido multielemento abren paso a un método de inspección mejorado para guiar, desviar y focalizar haces acústicos a través de dichos materiales.

Desafíos

Los materiales disímiles y austeníticos de las soldaduras son difíciles de inspeccionar usando el ultrasonido convencional. Las inspecciones plantean más desafíos si deben ser efectuadas a partir de un solo lado del material debido a que la anisotropía del material soldado causa la dispersión de los haces del ultrasonido.

Las sondas duales TRL, que son usadas típicamente para inspeccionar estos materiales, presentan un elemento de emisión y recepción separado por aislamiento acústico. Una configuración con ángulos de desviación y de techo permite focalizar dichos elementos en un punto de la pieza creando una seudofocalización. Las sondas TRL son adecuadas porque eliminan el eco de interfaz, no presentan zonas muertas debido a los ecos generados por las suelas, reducen las señales de dispersión y permiten el uso de un valor superior de ganancia.

Sin embargo, la desventaja de las sondas TRL es que, debido a su ángulo de refracción fijo y punto de seudofocalización, la inspección puede requerir muchas de estas sondas para cubrir un rango de configuraciones necesarias.

Soluciones

Las sondas DMA, en combinación con el el detector de defectos OmniScan^® o FOCUS PX^™, usa el ultrasonido multielemento (en lugar del ultrasonido convencional) para proporcionar un rango de inspección más amplio con el fin de mejorar la evaluación de soldaduras y metales hechos de materiales austeníticos de grano grueso e Inconel® (superaleaciones austeníticas de base níquel-cromo). Las sondas DMA combinan los beneficios de los métodos de inspección S-scan de onda longitudinal focalizada y onda longitudinal por emisión-recepción.

El método de inspección DMA presentado en esta documentación usa dos tipos de sondas estándares (una sonda de 2,25 MHz y una sonda de 4 MHz). Estas proporcionan la capacidad de inspección disponible para un amplio rango de cortes oblicuos en materiales austeníticos y soldaduras, incluyendo metales disímiles y soldaduras de aleación resistente a la corrosión (CRA).

Descripción del equipamiento

Resultados de ensayo

Para la inspección de la muestra de referencia hecha de Inconel, se usó la sonda A17 con el fin de visualizar una perforación EDM de 2 mm en una soldadura CRA gruesa de Inconel a través de placas revestidas. Los cursores del detector de defectos OmniScan fueron usados para dimensionar la longitud de la perforación en la representación C-scan, y la profundidad y altura en las representaciones A-scan y S-scan. Los cursores de la variable delta y trigonometría han sido proyectados en el encabezado del OmniScan y registrados en una tabla de defectos generada directamente a partir de dicho encabezado.

La ventaja diferencial de la sonda A17 es su capacidad para efectuar la desviación del haz fuera del eje, en la que el S-scan podrá ser dirigido hacia otros ángulos en lugar de hacerlo directamente hacia el frente de la sonda. Esto fue posible solo con la sonda A17; ya que, cuenta con una cantidad suficiente de elementos (4) en su eje secundario. La sonda DMA A27 no es capaz de desviar el haz fuera del eje; ya que, cuenta solamente con 2 elementos en su eje secundario.

El objetivo principal del escaneo fuera del eje es detectar y dimensionar grietas por corrosión bajo tensión intergranulares (IGSCC, por sus siglas en inglés) en soldaduras de tuberías hechas de material austenítico. La limitación con respecto a la desviación del haz fuera del eje es definida por la cantidad de elementos en el eje secundario de la sonda y, también, por la dimensión y frecuencia de dichos elementos. A pesar de que la sonda A17 es capaz de efectuar una desviación de haz fuera del eje de aproximadamente 45°, el límite de desviación disminuye cuando se emplean las suelas (zapatas) para inspeccionar el diámetro externo axial de tuberías, y cuando dicho diámetro (AOD) se ve reducido.

La sonda DMA A27 fue usada para efectuar la inspección volumétrica y superficial en muestras adicionales con soldaduras hechas a base de Inconel. Los ensayos de superficies hacen referencia a la detección, dimensionamiento y caracterización de defectos poco profundos en la soldadura o a los defectos asociados a la superficie externa de la soldadura. La pequeña estructura de elementos en la sonda A27 de 4 MHz es útil para inspeccionar los materiales más delgados y atenuantes de estas muestras. La suela (zapata) DN55L o DNCR podría ser usada. Sin embargo, para esta aplicación, la suela (zapata) DNCR ha sido seleccionada en lugar de la DN55L; ya que, era más versátil para los grupos de inspección volumétricos y superficiales. La suela (zapata) DNCR ha sido optimizada para inspecciones superficiales en donde los biseles de las soldaduras son menores a 25 mm de espesor aproximadamente. La inspección superficial complementa la inspección volumétrica, proporcionando una completa cobertura de inspección del bisel de la soldadura.

Para la inspección volumétrica que emplea la sonda A27 y la suela DNCR, se controló una soldadura CRA mediante un S-scan de 30 a 80 grados, focalizado a través de una trayectoria acústica de 30 mm. La velocidad longitudinal del ultrasonido en soldaduras a base de Inconel 625 se presentó a 5830 m/s, y la velocidad en materiales de base de acero al carbono se presentó a 5890 m/s. La diferencia de velocidad produjo un cambio leve en el ángulo del haz sobre la interfaz de la soldadura. La precisión del espectro de profundidad y altura dependen de la definición precisa de los valores de velocidad acústica en el material de base y soldadura.

Para la inspección de las superficies, la sonda A27 fue limitada a una inspección de ángulo elevado en un primer trayecto (salto). La sonda A27 fue configurada usando un S-scan de ángulo elevado de aproximadamente 70 a 85 grados con una focalización corta o poco profunda. Por encima del ángulo de aproximadamente 70 a 75 grados, todos los haces en el A-scan se propagaron de forma paralela a través de la superficie mediante una velocidad longitudinal. Esto permitió detectar un taladro lateral (SDH) poco profundo, hendidura, o defecto de soldadura aplicando un modo análogo. Los resultados de inspección de las superficies no cambiaron con la forma de la corona de la soldadura (ya sea al ras o no).

Conclusión

Las sondas Dual Matrix Array estándares de Olympus —de 2,25 MHz (A17) y 4 MHz (A27)— pueden mejorar las capacidades de inspección de un equipo OmniScan o Focus PX para soldaduras hechas con superaleaciones de Inconel o aleaciones de materiales austeníticos.

La amplia configuración de la sonda A17 a 4×7 elementos es apropiada para materiales austeníticos de mayor espesor y atenuación. La pequeña configuración de la sonda A27 a 2×16 elementos es apropiada para materiales austeníticos más delgados y menos atenuantes.

Las sondas DMA, que son compatibles con el detector de defectos OmniScan, son una herramienta adicional para que especialistas y principiantes realicen sus inspecciones por ultrasonido multielemento (Phased Array).

En la muestra con la soldadura de Inconel de 625, la sonda A27 con la suela (zapata) DNCR detectó una hendidura superficial EDM de 10 mm de longitud y 1 mm de profundidad sobre una distancia de 20 mm a partir de la parte frontal de la suela (zapata).