Paul Hayes, propietario de Sinewave Solutions, cuenta con más de 25 años de experiencia apoyando la realización de pruebas no destructivas en los sectores nuclear, de generación de energía, aeroespacial y otras industrias críticas para la seguridad. Basándose en su amplia experiencia en el campo y en su trabajo con técnicas avanzadas de ultrasonido, Paul comparte su perspectiva sobre cómo la tecnología de matriz en fase y los instrumentos de alto número de canales, como el detector de fallas OmniScan™ X4 128:128PR*, han transformado la manera en que se realizan las inspecciones complejas.

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P: Paul, ¿puedes compartir cómo ha evolucionado la tecnología de inspección ultrasónica a lo largo de tu carrera y qué impacto han tenido esos cambios en las industrias a las que prestas servicio?

A: He estado trabajando en plantas de energía nuclear y otras industrias críticas desde mediados de la década de 1990. Mi primer trabajo en energía nuclear fue en Nine Mile Point en 1996, cuando todo lo que hacíamos era con equipos A-scan convencionales. Al mirar atrás ahora, es increíble cuánto pudimos hacer con herramientas tan limitadas, y cuántas cosas simplemente no podíamos ver.

La evolución desde el A-scan hasta la matriz en fase, y ahora hacia potentes plataformas 128:128 como el OmniScan™ X4 128:128PR, ha cambiado por completo la forma en que abordamos las inspecciones más exigentes en nuclear, generación de energía, aeroespacial e incluso manufactura aditiva.

Hoy en día, no querría abordar esas mismas aplicaciones sin ese tipo de capacidad de imagen.

De la "forma de arte" a las imágenes: Abordando el IGSCC con inspección por arreglo en fase

Uno de los primeros grandes desafíos en mi carrera fue IGSCC (agrietamiento por corrosión bajo tensión intergranular). Estos fallos son notoriamente difíciles de detectar, especialmente con unidades A-scan antiguas.

En el modo A-scan, una indicación IGSCC es una señal nítida y estrecha que puede parecer casi idéntica a la geometría. Las grietas generalmente se ubican justo en la raíz de la soldadura o cerca de ella en el acero inoxidable 304/316, donde ya hay señales fuertes provenientes de la raíz misma. Entonces, tendrías una gran respuesta de raíz, y la única pista de que podría haber una grieta era un pequeño cambio en esa señal. Quizá el eco se movió ligeramente, quizá la forma cambió apenas un poco.

Se nos pasaron muchas cosas. Todos lo hicieron.

Cuando comenzamos a utilizar el arreglo por fases, vimos una mejora significativa en la detección. En lugar de mirar fijamente un único trazo A-scan e intentar interpretar una pequeña señal, realmente podíamos ver el volumen de la soldadura en una imagen. Ese ligero desplazamiento en la raíz que podrías pasar completamente por alto en un A-scan, de repente se mostró visualmente como «algo donde no debería estar».

El otro factor importante fue rango dinámico. Los primeros sistemas de arreglo en fase aún tenían límites, típicamente en rangos de amplitud del 100% o 200% que se saturaban con señales intensas provenientes de la raíz de la soldadura. No se podía bajar la señal lo suficiente para ver qué estaba pasando. Con los sistemas actuales de 16 bits y rangos de amplitud extendidos de hasta el 800 %, como los que se encuentran en las plataformas OmniScan modernas, finalmente se pueden controlar esas grandes señales:

• Baje la señal geométrica fuerte en la pantalla

• Evite la saturación

• Abra la vista alrededor de la raíz para ver el defecto real.

Para el IGSCC, esa combinación de alto rango dinámico y procesamiento de imágenes reales convirtió una de las inspecciones más difíciles en el sector nuclear en algo repetible, defendible y mucho menos dependiente del “arte” y el instinto.

Soldaduras de metales disímiles y recubrimientos de soldadura: Donde 128:128 realmente brilla

Si me preguntas cuáles han sido las inspecciones más difíciles en toda mi carrera, las soldaduras de metales disímiles (DMWs) y los recubrimientos de soldadura están justo en la parte superior de la lista.

En una soldadura típica de metales disímiles en nuclear, se puede encontrar lo siguiente:

• Tubo de acero inoxidable

• Recubrimiento de Inconel 182

• Metal de soldadura de Inconel

• Más aplicación de buttering

• Luego, acero al carbono

Cada interfaz puede doblar el haz, dispersarlo o producir reflejos que parecen exactamente grietas. Al principio, utilizábamos sistemas automatizados de escaneo A en algunas de estas soldaduras. Los datos parecían pixelados y ruidosos. Sabíamos que "algo" estaba allí, pero a menos que fuera obvio, era casi imposible tener confianza en lo que estábamos viendo.

Recuerdo un caso en el que, durante una parada, los datos parecían poco claros y nos fuimos pensando que tal vez había algo, tal vez no. Para la siguiente parada, esa soldadura estaba goteando en el suelo. Nos dimos cuenta de que aquello que pensábamos que no era nada, en realidad, era una grieta.

Ese tipo de experiencia te hace humilde.

Aquí es donde el arreglo de fases moderno marca una gran diferencia:

• Puedes enfocar sondas de mayor tamaño y menor frecuencia para atravesar múltiples interfaces y el ruidoso Inconel.

• Poder enfocar el sonido de manera más eficiente en profundidad, mejorando la sensibilidad en la punta de la grieta, incluso cuando está enterrada bajo una superposición y múltiples capas de soldadura y material de aporte.

• Puedes ejecutar múltiples grupos simultáneamente a diferentes profundidades focales, diferentes ángulos, incluso diferentes ángulos de desviación, sin tener que volver a escanear.

En los recubrimientos de soldadura, las cosas se vuelven aún más interesantes. La solución para las DMWs con fugas en muchas plantas fue simplemente recubrirlas: Se aplica una capa gruesa de soldadura de Inconel sobre la soldadura y la tubería originales. Funciona estructuralmente, pero desde una perspectiva ultrasónica el problema se complica. Ahora la punta de la grieta podría estar a 1,5 pulgadas o más de profundidad, atravesando un material altamente atenuante, con interfaces complejas.

Nuevamente, aquí es donde los canales adicionales y las grandes aperturas de un sistema como el OmniScan X4 128:128PR realmente importan:

• Puedes manejar grandes aperturas a frecuencias bajas con suficiente energía para atravesar recubrimientos y seguir detectando la punta de la grieta.

• Puedes configurar grupos sesgados y enfocados para detectar grietas que estén fuera del eje o en orientaciones inusuales.

• Puede realizar inspecciones automatizadas de superposiciones usando matriz en fase en lugar de métodos manuales, hacia los que cada vez más plantas están migrando.

Muchas plantas nucleares ahora ni siquiera consideran la inspección manual de superposiciones. Es automatizado y es matriz en fase, porque la imagen y la cobertura son mucho mejores.

Ángulos de inclinación: Separando la geometría de las grietas en tiempo real

Una de las capacidades más subestimadas que realmente se vuelve poderosa en un equipo con más generadores de pulsos, como el 128:128PR, son ángulos de incidencia.

En la inspección de soldaduras, nos enfrentamos a mucha geometría que puede imitar una grieta. Para diferenciar entre lo que es real y lo que no, tenemos un conjunto de reglas casi como un diagrama de flujo; primero, ¿puede verse desde ambos lados de la soldadura?, luego, ¿corresponde a una ubicación sospechosa?, ¿presenta profundidad que atraviesa la pared y recorrido a lo largo de la pared?, ¿puede verse con diferentes ángulos?, ¿mantiene el ángulo de inclinación? Contar con un ángulo de sesgo fijo, proveniente de una matriz de elementos, a +/- un grado determinado, se convierte en una herramienta importante para la confirmación. Más elementos en la dirección pasiva permiten un mayor rango de orientación. Más elementos también requieren más canales. Estas capacidades de sesgo en el eje pasivo pueden ayudar con:

• Raíces ruidosas

• Escariados (pasos de mecanizado interno en el diámetro interior)

• Desajustes entre tuberías

• Anillos de respaldo / placas de respaldo

Desde la perspectiva de mirar directamente al frente de la sonda, todas estas características pueden producir reflectores intensos y nítidos justo donde se busca detectar grietas, especialmente en el diámetro interior. A lo largo de los años se han cortado muchas tuberías porque una raíz ruidosa o un contrabore "parecían" una grieta con los métodos convencionales.

Los ángulos de desviación cambian el juego.

Al aplicar ángulos de desviación, no solo se dirige el haz en la dirección principal; también se dirige lateralmente. En una unidad de arreglo en fase con una gran cantidad de canales de pulso, puedes:

• Construir sondas que sean más anchas en la dirección lateral (más elementos de lado a lado)

• Mantener la cobertura orientada hacia adelante y la cobertura con inclinación al mismo tiempo

• Ejecutar en cero (orientado hacia adelante) más inclinaciones positivas y negativas como grupos separados en una sola exploración

He aquí por qué esto es importante:

• La geometría (avellanados, desajustes, anillos de respaldo) depende de la orientación. Cuando se escanea con un ángulo oblicuo, el haz tiende a rebotar en estas superficies y no devolver una señal fuerte.

• Grietas, en cambio, tienen facetas en muchas direcciones. Cuando se utiliza un ángulo oblicuo, uno de esos ángulos interceptará la faceta y generará una respuesta fuerte y característica. Una grieta real definitivamente mantendrá una orientación oblicua

Entonces, si tienes una señal sospechosa en la orientación frontal, pero nada en tus ángulos oblicuos, lo más probable es que sea geometría.

Si observa una respuesta en la dirección frontal y respuestas fuertes y consistentes en uno o más ángulos de inclinación, entonces está ante algo que se comporta como una grieta.

Lo que te ofrece el 128:128 es el número de canales para ejecutar esos grupos de ángulo oblicuo sin limitaciones. No tienes que cambiar ajustes, recargar configuraciones ni volver a escanear la soldadura. Puede realizar una comparación en vivo y en tiempo real entre:

• Diferentes ángulos

• Diferentes profundidades focales

• Diferentes frecuencias

• Diferentes direcciones de desviación.

Todo en una sola pasada.

Fatiga térmica y grietas fuera del eje: Cobertura en la que puede confiar

Otro problema difícil es la fatiga térmica. Estas fisuras pueden presentarse en orientaciones poco comunes debido a la acción combinada de ciclos térmicos y cargas mecánicas. Por lo general, siguen estando conectadas a la superficie en el ID, pero no siempre están paralelas o perpendiculares a la tubería. Pueden desviarse del eje en direcciones extrañas.

Con el escaneo convencional usando un escáner X-Y típico y una sola dirección de haz, es fácil pasar justo por encima de una grieta por fatiga térmica y no verla. Si logras acertar exactamente, obtienes una respuesta. Si no, no lo detectas.

Cuando incorpora ángulos de inclinación y múltiples profundidades focales en un sistema como el OmniScan X4 128:128PR, puede:

• Cubra las orientaciones fuera del eje de manera mucho más efectiva.

• Utilice ángulos oblicuos para barrer el volumen y detectar grietas que no se alinean con su haz principal.

• Afine las profundidades focales para asegurarse de no enfocar demasiado ni insuficientemente para un espesor de pared determinado.

No se trata sólo de más datos; se trata de datos con mayor confianza. Después de trabajar durante un tiempo con grupos de ángulo inclinado y múltiples profundidades focales, empiezas a confiar en que, si hay algo allí, alguno de esos ángulos lo detectará.

Aeroespacial, fabricación aditiva y materiales ruidosos

Fuera del ámbito nuclear, ahora he trabajado con compuestos aeroespaciales en núcleos complejos, estructuras tipo panal y en fabricación aditiva. ¿Cuál es el tema común? Materiales ruidosos, altamente atenuadores y poco convencionales.

Algunos de estos materiales tienen núcleo de espuma o de panal. A primera vista, uno pensaría que el ultrasonido no puede atravesar ese material. Pero con el diseño de sonda adecuado y suficiente energía, se pueden obtener datos útiles a través de ese material.

Esta es otra situación en la que tener 128 canales para trabajar resulta ventajoso:

• Puedes diseñar sondas más anchas y aun así accionarlas completamente.

• Puedes elegir frecuencias más bajas para penetración sin sacrificar completamente la resolución.

• Se puede cubrir más superficie por pasada, lo cual es crucial en la industria aeroespacial, donde componentes como las estructuras alares son largas y las distancias de escaneo son enormes.

He visto situaciones en las que un larguero de ala o una sección de radio solían requerir varios turnos para escanearse con tamaños de paso pequeños y configuraciones convencionales. Al pasar a un arreglo amplio impulsado por una potente unidad de matriz en fase, podemos reducir los tiempos de escaneo desde:

• Cuatro turnos de escaneo

• Con tiempo de escaneo puro, se puede "terminar antes del almuerzo"

Eso no es sólo una mejora técnica; es una revolución en el rendimiento para la producción.

Algunos de estos materiales todavía son demasiado difíciles y requieren considerablemente más energía. Por ello diseñé el T-800, que es compatible con OmniScan. ¡Pero ese es otro tema para otro momento!

Tiempo de parada, velocidad e impacto real en el negocio

En el sector nuclear, el tiempo de parada es dinero, mucho dinero. Al principio de mi carrera, un cierre promedio con exámenes típicos de UT podría mantenernos en el sitio durante aproximadamente un mes. A medida que el array en fase se volvió estándar, esos mismos trabajos empezaron a tardar entre 10 días y 2 semanas en su lugar.

Una gran parte de esto es la velocidad:

• El array en fase puede cubrir el volumen de soldadura mucho más rápido que un A-scan convencional.

• El array en fase automatizado reduce la necesidad de realizar nuevos escaneos y reinterpretaciones manuales.

He visto secciones individuales de soldadura que antes requerían 30–40 minutos ahora se inspeccionan en aproximadamente 60 segundos. Al principio, los técnicos temían que esta velocidad los dejara sin trabajo. La realidad es que todavía hay mucho trabajo, pero ahora las plantas superan sus interrupciones y vuelven a funcionar antes, con datos de mayor calidad y menos sorpresas.

Por qué importa tener más pulsores

Al final del día, hay un principio que ha sido cierto a lo largo de toda mi carrera:

La sonda adecuada resuelve la aplicación, pero necesitas el instrumento correcto para accionar esa sonda.

Un instrumento como el OmniScan X4 128:128PR te ofrece:

• La potencia y los canales para impulsar las sondas que realmente necesitas para los materiales más duros: acero inoxidable, Inconel, recubrimientos, fundición, fabricación aditiva.

• La flexibilidad para operar múltiples profundidades focales, ángulos, frecuencias y grupos de ángulo oblicuo simultáneamente para comparación en tiempo real.

• La Cobertura y velocidad para convertir los escaneos de múltiples turnos en minutos y ayudar a las plantas a acortar las interrupciones sin sacrificar la seguridad.

• Una mayor disponibilidad de canales también es un multiplicador de la capacidad de la sonda.

Si pudiera volver atrás y revisar las inspecciones más difíciles de mi carrera (IGSCC en tuberías de acero inoxidable antiguas, soldaduras de metales disímiles que luego presentaron fugas, recubrimientos con grietas ocultas, núcleos ruidosos en aeroespacial y piezas aditivas atenuantes), sin duda querría llevar conmigo las últimas herramientas phased array y un OmniScan X4 128:128PR en todo momento.

El arreglo en fases moderno no solo facilitó las inspecciones.
Las hizo más confiables, más rápidas, y en muchos casos, realmente posibles por primera vez.

— Paul Hayes, propietario de Sinewave Solutions