Inspección Mediante Phased Array/tofd Según La Última Versión De Asme Sec v (2013)

Elaborado por: Ing. Carlos Enrique Suárez Navas ASNT NDT Level III

csuarez@integrity-ndt.com

www.integrity-ndt.com

8ª Jornada Andina de Ductos ACIEM, 24 y 25 de 2013. Club el Nogal, Bogotá – Colombia

RESUMEN:

Dadas las bondades de la inspección con ultrasonido en cuanto a seguridad, reducción de contaminación al medio ambiente y reducción de tiempos muertos durante la realización del ensayo, en todo el mundo ha gustado la idea de cambiar el ensayo de radiografía por ultrasonido; sin embargo, se requiere tener claridad si el ensayo de radiografía se realiza por requisitos de diseño o por realizar un control de calidad a las soldaduras, esto es muy importante, ya que define la técnica de ultrasonido a emplear y los requisitos a cumplir.

El código ASME SEC V incluye diferentes posibilidades de realizar el ensayo de ultrasonido las cuales se indican a continuación:

x Ultrasonido Convencional x Ultrasonido TOFD x Ultrasonido PAUT

El presente trabajo destaca los cambios realizados de la versión ASME SEC V:2010 Adenda 2011 y la última versión ASME SEC V:2013

También aclara sobre la metodología que se debe implementar cuando se requiere cambiar radiografía por ultrasonido como lo indica ASME SEC VIII. Div 1. UW-51

Entendiendo y aplicando estas técnicas de manera adecuada, es posible cambiar el ensayo de radiografía industrial por ultrasonido y beneficiarse de las múltiples ventajas que tiene este ensayo, tanto en seguridad como en aspectos ambientales.

No se trata de cambiar la radiografía por cualquier tipo de ultrasonido, si no por que corresponda para satisfacer los requisitos del código

PALABRAS CLAVE:

Recipientes, Ensayos, PAUT/ TOFD, Inspección, Soldadura.

INTRODUCCIÓN

Uno de los principales objetivos de los ensayos no destructivos (NDT) es la detección de discontinuidades en soldaduras.

Tradicionalmente se ha empleado la radiografía.

Sin embargo, dadas las bondades del ensayo de Ultrasonido en cuanto a seguridad, reducción de contaminación al medio ambiente y reducción de tiempos muertos durante la realización del ensayo, cada vez se utiliza con mayor frecuencia técnicas como Phased array, TOFD, AUT, o combinación de éstas.

El código ASME SEC V incluye diferentes posibilidades de realizar el ensayo de ultrasonido las cuales trataremos durante la presentación.

OBJETIVOS

Concientizar a los usuarios y compañías que realizan Ensayos No Destructivos con tecnologías avanzadas de ultrasonido, sobre las diferentes alternativas que nos brinda el ASME SEC V, art 4. Versión 2013, que alternativa utilizar y que requisitos se deben cumplir cuando se quiere cambiar radiografía por ultrasonido según ASME SEC VIII Div. 1

TOFD: ASME SEC V. Apéndice Mandatorio III

El ensayo automatizado de TOFD (Time of flight diffraction) es una poderosa herramienta para la inspección de soldaduras, muy utilizada mundialmente en el sector petroquímico minero y nuclear.

La técnica permite realizar un control de calidad muy rápido y eficiente a soldaduras de gran espesor, o con configuraciones de bisel complejas, donde la técnica P-E o PAUT puede tener problemas.

La técnica de TOFD detecta las discontinuidades sin importar su orientación, sin embargo posee 2 zonas muertas, por lo que el ensayo debe combinarse con técnicas ultrasónicas como UT convencional, UT PE mecanizado o Phased array.

Fig 1. Inspección SAUT

DESCRIPCIÓN DE LA TECNICA TOFD

El ensayo de TOFD se basa en un sistema de adquisición de datos a computador, el cual registra las variaciones en el tiempo de vuelo de ondas de difracción.

Actualmente todos los sistemas de inspección automatizada de soldaduras incluyen el TOFD, ya que permiten detectar discontinuidades con orientación vertical, como en el caso de la IF (falta de fusión) en juntas de HDPE.

Fig 2. Plan scaneo TOFD

Fig 3. TOFD

REGISTRO TIPICO DE INSPECCION TOFD

Fig 4. Registro TOFD con discontinuidades

Fig 5. Registro TOFD sin discontinuidades

FLUJOGRAMA PARA INSPECCIÓN POR TOFD

Fig 6. Flujograma TOFD

TECNICA PHASED ARRAY

• Phased array manual

• Phased array con encoder

PHASED ARRAY: VENTAJAS

x Alta velocidad de barrido electronico sin movimiento del palpador

x Mejora las posibilidades de inspección, controlando las características del haz mediante software

x Inspección mendiante múltiples angulos con un simple control electrónico del palpador

x Variedad de configuraciones: P/E, T/R, TOFD, Tandem

x Gran flexibilidad para la inspección de geometrías coplejas

x Enforque optimizado x Barrido de ángulos, localizado

Fig 7. Transductor PA

Fig 8. BPA ACTIVO

Fig 9 PA NORMAL VS ANGULAR

HAZ NORMAL

Fig 10. Calibración sensibilidad PA

HAZ ANGULAR

Fig 11. Calibración sensibilidad Angular

HAZ -30° a 30°

Fig 12. PA Sectorial

HAZ 35° a 70°

Fig 13. Scan-S

MANDATORY APPENDIX IV, ASME SEC V

PHASED ARRAY MANUAL RASTER

EXAMINATION TECHNIQUES USING

LINEAR ARRAYS PHASED ARRAY MANUAL

Fig 14. Inspección manual PA

Se realiza la técnica phased array en configuración Lineal o Sectorial, de conformidad con ASTM E2700

El ensayo deberá cumplir todas las variables esenciales de ultrasonido convencional (Tabla T-421) y los del apéndice IV, Tabla IV-422

Tabla 1. Requerimientos PA

Tabla 2. Requerimientos de calibración

TIPS ULTRASONICOS

El phased array manual, no podrá ser empleada como única técnica en los siguientes casos:

� Inspección de tanques de almacenamiento cuando se requiera cambiar radiografía por ultrasonido (API 650 o API 620)

• Inspección de recipientes a presión donde se requiera cambiar radiografía por ultrasonido (ASME SEC VIII, Div. 1)

• Inspección de calderas bajo ASME SEC I

• Inspección de tuberías de proceso bajo el Caso Codigo 181

• A menos que se indique explícitamente lo contrario por el código de referencia, se recomienda utilizar el Apéndice Mandatorio VII cuando el estándar de aceptación es basado en “Workmanship” y el Apéndice Mandatorio VIII cuando el estándar de aceptación es basado en “Mecánica de la Fractura”

MANDATORY APPENDIX V PHASED ARRAY E-SCAN AND S-

SCAN LINEAR SCANNING EXAMINATION TECHNIQUES,

ASME SEC V

PHASED ARRAY CON ENCODER: APÉNDICE MANDATORIO V

Fig. 15. Foto de Jireh-Industries�

Fig. 16.�Foto�de�JirehͲIndustries

Se realiza la técnica phased array en configuración Lineal o Sectorial empleando un (1) palpador con encoder. Se requiere realizar un plan de escaneo apropiado al bisel a inspeccionar.

PHASED ARRAY CON ENCODER: APÉNDICE MANDATORIO V

El ensayo deberá cumplir todas las variables esenciales de ultrasonido convencional (Tabla T-421) y los del apéndice V, Tabla V-421

Tabla 3. Requerimientos PA lineal

Tabla 4. Plan de escaneo

REQUISITOS

x Se debe cumplir con los requisitos de ultrasonido convencional, adicional a los del apéndice

x Se requiere realizar una calificación del procedimiento para definir las variables esenciales

x Se debe elaborar un plan de escaneo x El equipo debe cumplir con los requisitos de

Linealidad en el Control de Amplitud (según apéndice mandatorio II)

x Todas las leyes focales usadas en la calibración deben ser usadas en la inspección

x Cada ley focal individual debe ser calibrada en cuanto a sensibilidad (TCG), empleando el reflector de referencia

x Se debe verificar la calibración del encoder en intervalos menores a 1 mes, empleando una distancia de 500 mm. Tolerancia 1% de la longitud verificada

x Se requiere realizar una calificación del procedimiento para definir las variables esenciales

x Se debe evaluar el volumen de la soldadura y ZAC

x El palpador debe mantenerse a una distancia fija de la mitad de la soldadura, utilizando una guía o medios mecánicos

x El ángulo del E-Scan o el rango de ángulos del S-Scan, debe ser apropiado a la junta a ser examinada.

x La velocidad de escaneo debe ser tal que no se pierdan mas de 2 líneas de datos por pulgada (25 mm).

x Para técnicas basadas en S-Scan, el paso del ángulo no debe ser mayor a 1º

x Para técnicas basadas en E-Scan, el traslape entre aperturas adyacentes debe ser mínimo de 50% de la apertura activa

x Cuando múltiples barridos son empleados, es requerido un traslape de 10% de la apertura efectiva para los E-Scan o el ancho del haz para los S-Scan

x Reflectores transversales pueden ser inspeccionados utilizando UT convencional

TIPS ULTRASONICOS

• El plan de escaneo se debe validar empleando un software que permita verificar el comportamiento del ultrasonido en la línea de fusión del bisel. Si el haz no es perpendicular a la línea de fusión, este arreglo no detectará la falta de fusión de este bisel

• La inspección Phased Array según el apéndice V se considera un sistema de adquisición de datos a computador; sin embargo, es muy susceptible de error ya que la distancia del centro de la soldadura al frente de la zapata (index) es muy difícil de mantener; por otra parte, siempre se requiere realizar como mínimo un barrido por cada lado (ver ASME SEC V:2013, par. T-472.1.2) lo cual duplicaría el trabajo comparado con utilizar un escáner con 2 palpadores.

ULTRASONIDO MECANIZADO, EMPLEADO PARA REEMPLAZAR

RADIOGRAFÍA POR ULTRASONIDO

• Apéndice VII. Inspección Ultrasónica para criterio de aceptación basado en “Workmanship”

• Apéndice VIII. Inspección Ultrasónica para criterio de aceptación basado en “Mecánica de la Fractura”

MANDATORY APPENDIX VII ULTRASONIC EXAMINATION

REQUIREMENTS FOR WORKMANSHIP BASED ACCEPTANCE CRITERIA

Este apéndice incluye varias técnicas, la inspección se puede realizar combinando técnicas como Phased array, TOFD o Pulso-Eco.

Se requiere el empleo de un escáner automatizado (AUT) o semi-automatizado (SAUT)

Fig 17. Weld Scanner para TOFD+PA

ENDNOTES: ASME SCC V, 2013

18 Workmanship based is defined as a standard for acceptance of a weld based on the characterization of imperfections by type (i.e., crack, incomplete fusion, incomplete penetration, or inclusion) and their size (i.e., length).

El ensayo deberá cumplir todas las variables esenciales de ultrasonido convencional (Tabla T-421) y los del apéndice VII, Tabla VII-421

Tabla 5. Requerimientos UTapéndice VII

Fig 18. Calificación de personal

REQUISITOS

� Se debe cumplir con los requisitos de ultrasonido convencional, adicional a los del apéndice

� Se requiere realizar una calificación del procedimiento para definir las variables esenciales

� Solo personal calificado como Nivel II o III con entrenamiento documentado en el uso del equipo y software deberá analizar e interpretar la data.

� Se debe elaborar un plan de escaneo � El barrido para la detección de

discontinuidades transversales puede ser realizado de forma automatizada con escaner o manual

� Se requiere contar con un Bloque de Escaner que permita realizar verificación dinámica de la calibración

Fig 19. AUT, Discriminación de zonas.

� Se almacenará la data sin procesar, en medios magnéticos, ópticos, memorias, etc.

� Se debe emplear el bloque de escáner para realizar barridos que confirmen la calibración, al inicio y fin de un set de datas.

� Solo personal calificado como Nivel II o III con entrenamiento documentado en el uso del equipo y software deberá analizar e interpretar la data.

� Se debe verificar la presencia de reflectores laminares en el material base y modificar el plan de escaneo de ser requerido.

� La evaluación final debe realizarse solo después que todos los ajustes han sido realizados (SAFT, contraste, brillo, remoción de onda lateral, etc.

� Discontinuidades detectadas mediante la técnica Automatizada (AUT) o semi-automatizada (SAUT), pueden ser alternativamente evaluadas empleando otras técnicas manuales.

� El fabricante será el responsable por la revisión, interpretación, evaluación y aceptación del set completo de datas, asegurando el cumplimiento con ASME SEC V, art. 4 y apéndice mandatorio VII

TIPS ULTRASONICOS

• El plan de escaneo se debe validar empleando un software que permita verificar el comportamiento del ultrasonido en la línea de fusión del bisel. Si el haz no es perpendicular a la línea de fusión, este arreglo no detectará la falta de fusión de este bisel

• El ASME SEC I (calderas), exige que el ensayo de ultrasonido de debe realizar con base en este apéndice (ASME SEC V, Apéndice Mandatorio VII)

• Este apéndice aplica cuando el código de referencia (diseño), establece los estándares de aceptación en función del tipo de discontinuidad por ejemplo: porosidades, grietas, escorias, falta de fusión, falta de penetración, concavidades internas, etc.

• Bajo este apéndice se realizan inspecciones de alta calidad ya que contempla la

combinación de diferentes técnicas, con el objetivo de mejorar la probabilidad de detección. Podría ser una buena alternativa para proponer en Pipeline bajo API 1104, par. 1.4.7.3 Automated Ultrasonic Weld Testing

MANDATORY APPENDIX VIII

ULTRASONIC EXAMINATION REQUIREMENTS FOR A FRACTURE MECHANICS BASED ACCEPTANCE CRITERIA

Este apéndice al igual que el VII, incluye varias técnicas, la inspección se puede realizar combinando técnicas como Phased array, TOFD o Pulso-Eco.

Se requiere el empleo de un escáner automatizado (AUT) o semi-automatizado (SAUT)

Fig 20. Weld scanner INSPECTRA

ENDNOTES: 19 Fracture mechanics based is defined as a standard for acceptance of a weld based on the categorization of imperfections by type (i.e., surface or subsurface) and their size (i.e., length and through-wall height).

El ensayo deberá cumplir todas las variables esenciales de ultrasonido convencional

(Tabla T-421) y los del apéndice VIII, Tabla VIII-421

Tabla 6. Requerimientos UT apéndice VIII

Fig 21. Calificación Personal apéndice VIII

REQUISITOS

� Se debe cumplir con los requisitos de ultrasonido convencional, adicional a los del apéndice

� Se requiere realizar una calificación del procedimiento para definir las variables esenciales basado en ASME SEC V, Apéndice Mandatorio IX

� Solo personal calificado como Nivel II o III con entrenamiento documentado en el uso del equipo y software deberá analizar e interpretar la data.

� Se debe elaborar un plan de escaneo � El barrido para la detección de

discontinuidades transversales puede ser

realizado de forma automatizada con escáner o manual

� Se requiere contar con un Bloque de Escáner que permita realizar verificación dinámica de la calibración

� Se almacenará la data sin procesar, en medios magnéticos, ópticos, memorias, etc.

� Se debe emplear el bloque de escáner para realizar barridos que confirmen la calibración, al inicio y fin de un set de datas.

� Solo personal calificado como Nivel II o III con entrenamiento documentado en el uso del equipo y software deberá analizar e interpretar la data.

� Se debe verificar la presencia de reflectores laminares en el material base y modificar el plan de escaneo de ser requerido.

� La evaluación final debe realizarse solo después que todos los ajustes han sido realizados (SAFT, contraste, brillo, remoción de onda lateral, etc.

� Las dimensiones de las discontinuidades son determinadas por un rectángulo que la contiene. La longitud de la discontinuidad para evaluación será la longitud del rectángulo, la altura será la dimensión del rectángulo que es normal a la superficie que retiene la presión interna.

� Las discontinuidades serán categorizadas como superficiales y sub-superficiales, no existirán mas categorías.

� Discontinuidades detectadas durante la inspección automatizada (AUT) o semi-automatizada (SAUT), podrán ser alternativamente evaluadas por técnicas complementarias manuales.

� El fabricante será el responsable por la revisión, interpretación, evaluación y aceptación del set completo de datas, asegurando el cumplimiento con ASME SEC V, art. 4 y apéndice mandatorio VIII

REGLA DE INTERACCIÓN DE DISCONTINUIDADES

Fig 22. Interacción de discontinuidades

Tabla 7. Criterios de aceptación

x El ASME SEC V, Apéndice Mandatorio VIII aplica cuando se requiere cambiar radiografía por ultrasonido en recipientes a presión (ASME SEC VIII Div.1/Div.2), Tanques de almacenamiento (API 650/API 620), y en piping bajo ASME B31.3 Caso Código 181

x Este apéndice aplica cuando el código de referencia (diseño), permite emplear estándares de aceptación alternativos, basados en mecánica de la fractura, donde la longitud máxima permisible de una discontinuidad, dependerá de su altura y de la ubicación (superficial o sub-superficial).

x Es importante verificar requisitos adicionales que son establecidos en el código de referencia, por ejemplo, bajo API 650:2013, toda la evaluación de la data debe ser revisada por un Nivel III, etc.

CAMBIO DE RADIOGRAFÍA POR ULTRASONIDO SEGÚN ASME SEC VIII Div. 1

La realización del ensayo de radiografía tiene implicaciones de diseño ya que influye en la “Eficiencia de Junta”, por tal motivo, solo se puede cambiar el ensayo de radiografía por

ultrasonido, siguiendo lo establecido en UW-51 RADIOGRAPHIC EXAMINATION OF WELDED JOINTS

Fig 23. Cambio de RT por UT

Fig 24. Diagrama de flujo RT por UT

• Existen varias alternativas para reemplazar radiografía por ultrasonido, pero es importante emplear la metodología apropiada indicada por el código de referencia

• Tal como lo muestra el ASME SEC VIII, Div 2, API 650 apéndice U, API 620 apéndice U, ASME Caso Código 181, la tendencia de los códigos es a emplear estándares de aceptación alternativos basados en la mecánica de fractura, donde la longitud máxima permisible de las discontinuidades, está en función de la altura de estas. Para lograr apropiadamente realizar este tipo de evaluaciones, es requerido emplear tecnologías con alta probabilidad de

detección y precisión en el dimensionamiento, inspectores competentes en las técnicas y procedimientos calificados empleando soldaduras con discontinuidades.

• Si logramos implementar estas metodologías en nuestros proyectos, estaremos contribuyendo en el cuidado al medio ambiente y la reducción del riesgo.

BIBLIOGRAFIA [1] ASME�SEC�V�,�ASME�Boiler�and�Pressure�Vessel�Code,�2013.�

[2] ASME�SEC�VIII�DIV1,�Rules� for�Construction�of�Pressure�Vessels,��2013.� [3] API� STANDARD� 650, Welded� Tanks� for� Oil�Storage,�TWELFTH�EDITION,�MARCH�2013� [4] API 1104, Welding of Pipelines and Related Facilities, 2007-2008

Carlos Enrique Suárez Navas

ASNT NDT Level III, AUT DI CSWIP / ISO 9712/EN473-GERENTE TECNICO Y GENERAL INTEGRITY & NDT SOLUTIONS

Ingeniero Mecánico con 15 años de experiencia en Ensayos No Destructivos. Certificado como ASNT Nivel III en los ensayos de Ultrasonido (UT), Radiografía (RT), Inspección Visual (VT), Líquidos Penetrantes (PT) y Partículas Magnéticas (MT). Certificado en AUT Phased Array Data Interpreter bajo el esquema CSWIP ISO 9712 y EN473. Entrenamiento y experiencia en las siguientes tecnologías de AUT y SAUT:

• ASME CODE COMPLIANT (Eclipse Scientific)

• AUT Olympus Pipewizard • Advance Phased Array Inspection and

Analysis / TOFD Inspection and Analysis

• AGR TD Focus Scan/Handyscan (Phased array On-line, Off-Line Utilities and Data Analysis)

Ha participado en el desarrollo de trabajos empleando tecnologías limpias como AUT y SAUT en proyectos realizados en Perú, Bolivia y Colombia.