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P h a s e d A r r a y (P A)

Llog, s.a. de c.v. Representante exclusivo en México de

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Phased Array (PA)Arreglo de fases por Ultrasonido

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1. Introducción

Introducción

Capítulo 1


• Propósito: Cubrir los requerimientos básicos para laoperación del instrumento detector de fallaspor Phased Array.

• Objetivo: Proporcionar el conocimiento de los principios de operación de la técnica de Phased Array (PA) por ultrasonido.

Introducción

Capítulo 1


Programa

1. Introducción.

2. Generalidades de END.

3. Repaso de Ultrasonido.

4. Introducción al Phased Array.

5. Leyes Focales.

6. Transductores de Phased

Array.

7. Tipos de Barridos y escaneos.

8. Equipo de Phased Array.

9. Calibración.

10. Almacenamiento de datos.

Introducción

Capítulo 1


2. Generalidades de Ensayos No Destructivos

Generalidades END

Capítulo 2


Pruebas No Destructivas

ASTM E 1316, establece la definición de “Pruebas no destructivas”; asícomo las diferentes maneras en que estas pueden ser designadas.

Definición“El uso de propiedades físicas o químicas de los materiales para suevaluación sin dañar su utilidad”.

• PND (Pruebas no destructivas).

• END (Ensayos no destructivos).

• END (Examinaciones no destructivas).

• IND (Inspecciones no destructivas).

Generalidades END

Capítulo 2



Elementos necesarios para realizar una prueba no destructiva:

• Fuente que proporcione un medio de prueba.

• Cambios en el medio de prueba.

• Detectar los cambios.

• Registro o indicación de los cambios.

• Interpretar la causa de los cambios.

Generalidades END

Capítulo 2



Métodos más comunes:

• VT - Inspección visual.

• MT - Partículas Magnéticas.

• PT - Líquidos penetrantes.

• RT - Radiografía Industrial.

• UT - Ultrasonido Industrial.

Generalidades END

Capítulo 2


Primer Protocolo de Calificación

Para Phased Array fue desarrollado el primer protocolo por Davis NDE yestablece:

•Niveles de calificación: Básico (Operación del equipo).Avanzado para uniones soldadas.Avanzado tamaño de grietas.

•Criterio de evaluación: a. Detección.b. Caracterización.c. Tamaños de discontinuidades.d. Posición y orientación.e. Indicaciones Falsas.

“ ASNT establece que se debe cumplir como Nivel II y la duración del entrenamiento es de 80 horas”

Generalidades END

Capítulo 2


Calificación

Niveles de calificación:

• Nivel I

• Nivel II

• Nivel III

Verificar el conocimiento, documentar el entrenamiento formaly la experiencia requerida para que el personal desarrolleapropiadamente sus responsabilidades.

Generalidades END

Capítulo 2


Certificación

• SNT-TC-1A

• Certificación del empleador

• Certificación central

• ISO 9712 • ACCP

• MIL 410

Generalidades END

Capítulo 2


3. Repaso de Ultrasonido

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3


El ultrasonido son vibraciones mecánicas inducidas en unmedio elástico (pieza de prueba) por un cristal piezoeléctrico(transductor) excitado por un voltaje eléctrico.

Las frecuencias típicas de las ondas ultrasónicas están en elrango de 0.1 MHz a 50 MHz.

Las aplicaciones industriales requieren frecuencias entre0.5MHz a 15MHz.

Ultrasonido

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3


Ondas Longitudinales

La forma de “onda longitudinal” o de “compresión” estácaracterizada por el movimiento de las partículas “paralelo” a ladirección de propagación del ultrasonido. Esta onda se propaga através de sólidos, líquidos y gases.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Tipos de Onda Ultrasónica


Ondas de Corte

Se introducen en la pieza inspeccionada mediante palpadores dehaz angular, en el método por contacto, o inclinando la dirección delhaz con respecto a la interfase, cuando se emplea el método deinmersión.

El palpador de haz angular consiste de un elemento transductormontado sobre una zapata, de tal forma que el ultrasonido entre a lapieza con un ángulo diferente de 90° con respecto a la normal.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Ondas de Corte

Repaso Ultrasonido


Capítulo 3

45º


Ondas Superficiales

Las “ondas superficiales” o de “Rayleigh” son un tipo especial deondas de corte. Viajan a través de extremos curvos, pero ocurrenreflexiones en extremos agudos, como esquinas; y pueden reflejarseen zonas con grasa, aceite o líquidos en la superficie. Su energíadecae rápidamente debajo de la superficie hasta una profundidadde aproximadamente una longitud de onda; sólo se transmiten ensólidos; el movimiento de las partículas es elíptico; la velocidad esaproximadamente el 90% de la velocidad de las ondas de corte.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Ondas Superficiales

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Ondas de placa

La propagación de las “ondas de Lamb” o de “Placa” ocurre cuandoel ultrasonido viaja a lo largo de una pieza con espesor menor a unalongitud de onda. Existen dos clases generales de ondas de Lamb:simétricas y asimétricas.

Existe una posibilidad infinita de formas de cada clase de vibraciónen una pieza. La teoría indica que su velocidad depende de la formade vibración y puede exhibir velocidades diferentes.

Repaso Ultrasonido


Capítulo 3


Ondas de placa

Repaso Ultrasonido


Capítulo 3


Cuando alcanza un valor de 90° para la onda longitudinalrefractada, el valor de es conocido como “Primer Ángulo Crítico”.Para un ángulo de incidencia mayor al primer ángulo crítico soloexisten ondas de corte en el 2do medio.

Primer Ángulo Crítico

Cuando alcanza un valor de 90° para la onda de corte refractada, elvalor de es conocido como “Segundo Ángulo Crítico”. Para unángulo de incidencia mayor al segundo ángulo crítico, ya no existenondas de corte en el 2do medio.

Segundo Ángulo Crítico

Repaso Ultrasonido

Conversión de modo

Capítulo 3


Onda Longitudinal Onda de Corte Onda Superficial

Zapata dePlástico

Pieza de acero

Transductor

0º15º30º45º56º62º

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Ángulo de incidencia () en una zapata de plástico.

Repaso Ultrasonido

Conversión de modo

Capítulo 3


El haz ultrasónico no tieneuna proyección con ladosrectos con intensidaduniforme desde la cara deltransductor, se esparceconforme se aleja deltransductor y varía enintensidad, ya que a partir de100,000 Hz crea un haz comoel de la luz.

Campo Muerto

Campo Lejano

Campo Cercano

Repaso Ultrasonido

Haz Ultrasónico

Capítulo 3

Eje Acústico

Divergenciadel Haz


Campo muerto

En la inspección por contacto, existe un área frente a la cara del palpador enla que no se puede efectuar ningún tipo de inspección; no se puedenobservar indicaciones producidas por discontinuidades cercanas a lasuperficie porque el pulso inicial en la pantalla es demasiado grande, laenergía reflejada regresaría al palpador mientras se encuentra todavíatransmitiendo.

La zona muerta o zona de no-inspección es inherente a todos losinstrumentos ultrasónicos. Para minimizar la longitud de la zona muerta seemplean transductores con alto amortiguamiento, de banda ancha, queemiten pulsos cortos.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico


Campo cercano (Zona de Fresnel)

Desde la cara del palpador existe un área caracterizada por las variacionesen la intensidad del haz ultrasónico. Área denominada “campo cercano” o“zona de Fresnel”.

Debido a las variaciones en amplitud inherentes esta zona no se recomiendapara la inspección, en esta zona se puede detectar discontinuidades, medirespesores o conocer la profundidad de una discontinuidad, pero paraevaluar discontinuidades deben compararse contra indicaciones obtenidasde reflectores conocidos a diferentes profundidades dentro de la zona ycuando su área es menor que la del transductor.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico



Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico

Campo Cercano

( N )



Donde:

N = Longitud del Campo Cercano.

D = Diámetro del Transductor.

f = Frecuencia del Transductor.

v = Velocidad de la onda ultrasónica.

= Longitud de Onda.

A = Área de la cara del transductor.

D2 f D2 A4 v 4

N = = =

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico


Campo lejano (Zona de Fraunhöfer)

La zona que se encuentra después del campo cercano es llamada“campo lejano”.

En el campo lejano, o “zona de Fraunhöfer”, la intensidad del hazultrasónico decae de manera exponencial conforme se incrementa ladistancia desde la cara del transductor.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico


CampoCercano

CampoLejano

Distancia

Amplitud

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico

Campo lejano (Zona de Fraunhöfer)

Perdida gradual de Amplitud


Divergencia del haz

En el campo cercano el haz ultrasónico se propaga en línea rectadesde la cara del palpador, pero en el campo lejano el sonido seesparce hacia fuera. A una frecuencia dada, entre mayor sea eldiámetro del transductor, el haz será más recto; con transductores demenor diámetro, el haz tendrá una mayor divergencia.

De la misma forma, con un mismo diámetro los transductores demayor frecuencia, tendrán una menor divergencia.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico


Divergencia del haz

Donde:

γ = Mitad del ángulo de divergencia.

D = Diámetro del Transductor.

f = Frecuencia del Transductor.

v = Velocidad del ultrasonido.

Sen γ = 1.22v

D f

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico


Geometría del Haz en función del tamaño del elemento.

Divergencia del haz

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico


Elementos grandes solo pueden “ver” unos cuantos grados fuera del eje, elementos angostos tienen una mayor divergencia del haz ultrasónico y son necesarios para direccionamiento del haz.

Divergencia del haz

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Haz Ultrasónico


Barrido tipo “A”

Es la presentación más utilizada en el campo de las Pruebas No Destructivas. Proporciona información acerca de:

El espesor del material inspeccionado, o la profundidad a la que se encuentra una discontinuidad, y el tamaño relativo de la discontinuidad.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Representación de datos


Barrido tipo “A”

Acoplante

Palpador

Pieza inspeccionada

Discontinuidad

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Barrido tipo “B”

Esta presentación proporciona una vista de la sección transversal dela pieza inspeccionada y de las discontinuidades detectadas,mediante el análisis de la imagen retenida en la pantalla o graficadaen el barrido en un solo sentido, es usada principalmente paraobtener el perfil de la sección transversal, con el fin de efectuar elmonitoreo de corrosión en tuberías, intercambiadores de calor ycalderas; Es más adecuado combinarlo con el método de inmersión.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Discontinuidades

Barrido tipo “B”

Superficie deInspección

Pared Posterior

EspesordelMaterial

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Discontinuidad

Pared Posterior

Superficie de Inspección

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Barrido tipo “C”

Esta presentación proporciona una vista de planta (como un mapa) dela pieza inspeccionada y de las discontinuidades detectadas, por mediodel acoplamiento de la salida de una presentación de barrido “A” haciaun registrador X-Y o un sistema computarizado de adquisición de datos.

Las discontinuidades son indicadas en el registrador o en la pantalla dela computadora en la posición X, Y del barrido, el cual debe estarsincronizado con el registrador o el sistema de adquisición de datoscomputarizado.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Barrido tipo “C”

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3

Representación de datosDiscontinuidades


Barrido tipo “S” (Sectorial)

Es una vista de 2 dimensiones, que enlaza las características de un palpador dearreglo de fase (recorrido del ultrasonido, ángulo refractado, índice y la distanciaproyectada al reflector) con la profundidad de la pieza inspeccionada. Uno de losejes es la distancia proyectada (generalmente el índice para palpadores deincidencia normal) y el otro es el recorrido del ultrasonido (generalmente laprofundidad).

El número total de barridos “A”, generados por leyes focales, son representadosen un sector angular, con un ángulo inicial, un ángulo final, y una resoluciónangular; la vista de dos dimensiones representa el rango de barrido, un sectorcircular.

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Barrido tipo “S” (Sectorial)

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Scan – E incidencia normal

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



Presentación opcional del arreglo de fases en la pantalla,para palpador de incidencia normal

Barrido “C” Top View

Repaso Ultrasonido

Capítulo 3



4. Introducción a Phased Array (PA)

Introducción P A

Capítulo 4


A mediados de la década de los 80´s, los materiales compuestos

fueron desarrollados permitiendo la fabricación de transductores de

Phased Array por UT de formas complejas. En los años 90’s, la

tecnología de Phased Array por UT se incorpora como una nueva

técnica de ensayos no destructivos especializado. La mayoría de

estas aplicaciones desde 1980 y hasta 1992 tuvieron efecto en

recipientes a presión, en el campo nuclear y componentes de

turbinas con sistemas automáticos.

Introducción P A

Capítulo 4

Historia de Phased Array


La aplicación en pruebas no destructivas (NDT) de la técnica dePhased Array por UT ahora es de uso común en varias ramas de laindustria. Gracias a su versatilidad implícita mejora el desempeño delas inspecciones por ultrasonido.

La tecnología de Phased Array por ultrasonido fue madurando y enlos inicios del siglo XXI aparece en el mercado comercial el primerdetector de fallas ultrasónico portátil por Phased Array (PAUT)operado por baterías. El vació entre los equipos detectores de fallasportátiles (Convencionales) y los sistemas automáticos multiplexadosfue cubierto.

Introducción P A

Capítulo 4



Detector Convencional UT

Sistema Multiplexado

Detector de fallas ultrasónico por Phased

Array (PAUT)

Introducción P A

Capítulo 4



Debido a sus características permite reducir el tiempo de inspecciónen componentes de configuraciones complejas, utilizando nuevosprocedimientos de operación y, a la vez, combina las ventajas básicasdel Phased Array por UT como son:

Introducción P A

Capítulo 4


– La conmutación electrónica (Cambiar el destino de una señal o

corriente eléctrica).

– El barrido sectorial.

– La focalización electrónica.


La tecnología de Phased Array por ultrasonido (PAUT) se ha utilizadohasta ahora para resolver algunos problemas como:

1. Detectar grietas localizadas a diferentes profundidades yOrientaciones, utilizando un solo palpador en una sola posición.

2. Detectar grietas pequeñas producidas por SCC (stress corrosióncracking) en algunos componentes como turbinas.

3. Incrementar la exactitud en la detección, localización, tamaño yorientación de discontinuidades criticas.

4. Fácil interpretación e inmediata documentación.

Introducción P A

Capítulo 4



Hoy en día la tecnología de Phased Array por ultrasonido es aceptada porcasi todos los códigos de inspección y fabricación como por ejemplo:• API, ASME, AWS, etc.

Párrafo contenido en la Sección V, el

Artículo 4 del Código ASME para

Recipientes a Presión y Calderas

En los Apéndices IV, V y P

Introducción P A

Capítulo 4



Introducción P A

Capítulo 4



Párrafo contenido en el Anexo S del Código AWS

D1.1/D1.1M:2008para Estructuras Soldadas

de Acero Introducción P A

Capítulo 4



Básicamente, Phased Array porultrasonido incorpora palpadorescon elementos múltiples (cristales),en los cuales, cada elemento ogrupo de elementos son excitadosen/o a diferente tiempo, medianteun control por computadora, con elfin de generar uno o varios hacesultrasónicos en una o diferentesdirecciones, para obtener mayorcobertura e imágenes en tiempo realy con ello simplificar la inspecciónpor ultrasonido.

Introducción P A

Capítulo 4

Conceptos de Phased Array


αN

αI

La habilidad para realizar retardos en cada elemento del transductor, en el pulso de excitación y en la señal que se recibe, permite realizar barridos electrónicos, teniendo el control de la dirección del haz y de la focalización de los elementos múltiples ( barridos tipo A ), con lo cual se crea la imagen.

Barrido

SectorialBarrido

Focalizado

Introducción P A

Capítulo 4


Punto Focal

Ley Focal


Palpador virtual: El número de elementos individuales excitados como ungrupo para crear el haz ultrasónico con las características deseadas(apertura).

Introducción P A

Capítulo 4


Transductor de 16 elementos

Palpador Virtual de 4 elementos




La tecnología de Phased Array se basa en las siguientes característicastécnicas:

1. Multiplexado de un gran número de cristales idénticos en un solotransductor.

2. Control de la profundidad focal.

3. Control de la dirección del haz .

4. Control del ancho del haz.

5. Programación de la apertura del transductor virtual.

6. Rastreo con un gran número de barridos tipo “A”.

7. Observación de los datos en un barrido llamado “lineal” o “Sectorial”.

Introducción P A

Capítulo 4

Características de Phased Array


8. La tecnología de Phased Array tiene la habilidad de modificar electrónicamente las características acústicas del palpador.

9. Las modificaciones al palpador se realizan introduciendo retardos de tiempo en las señales enviadas (pulsos) y recibidas (ecos), a los elementos individuales del arreglo.

10. Cualquier técnica ultrasónica de detección y medición de discontinuidades puede ser aplicada utilizando palpadores de arreglo de fases.

Introducción P A

Capítulo 4



b) Multiplexado electrónico deelementos individuales o agrupados(tamaño de apertura) desde 2 yhasta 16.

a) Transductor con arreglo de un solo cristal.

Introducción P A

Capítulo 4



Las características específicas de la tecnología de Phased Array incluyen:

1. El diseño del transductor se basa en modelos matemáticos.

2. Cada elemento activo de un transductor multi - elemento esexcitado por un pulsador independiente.

3. El tiempo de excitación está controlado por una computadora deacuerdo con el principio de Fermat (el frente de una onda cilíndrica oesférica busca en el mismo tiempo, en fase, un punto especifico enel espacio).

Introducción P A

Capítulo 4



Cada elemento activo de un transductor multi – elemento es excitado porun pulsador independiente.

Introducción P A

Capítulo 4


Unidad de Adquisición

Unidad de Phased Array

Emisor

Pulsador

Pulsos

Cristales

Frente de ondaincidente

Discontinuidad

Unidad de Adquisición

Unidad de Phased Array

ReceptorFrente de ondareflejada

Discontinuidad

Ecos


4. El haz ultrasónico es cilíndrico o esférico (dependiendo delpalpador).

5. En el frente de onda reflejado por una discontinuidad el tiempo devuelo es retrasado de acuerdo con el punto focal, ángulo derefracción y número de elementos activos.

6. Las amplitudes individuales de cada elemento activo sonrelacionadas en su amplitud y fase.

Introducción P A

Capítulo 4



El tiempo de vuelo (TOF) es retrasado de acuerdo con el punto focal,ángulo de refracción y número de elementos activos.

Frente de Onda

Tiempo

Introducción P A

Capítulo 4



7. El calculador de leyes focales – Determina el tiempo de retraso de cada elemento individual para dirigir y focalizar a diferentes direcciones y ángulos el haz ultrasónico en nanosegundos.

8. La señal entonces es rectificada, limpiada, promediada y puede ser comprimida en paquetes de 8 a 12 Bits.

9. El movimiento del haz puede ser conectado con mecanismos de rastreo automático; los datos pueden ser vistos en un plano simple o a través de proyecciones con movimientos de cursores.

Introducción P A

Capítulo 4



10. El foco del barrido “S” (sectorial) puede ser manipulado por mediode un cursor.

11. Los datos de inspección son mostrados en vistas múltiples como:Barrido tipo “A”, barrido lineal, barrido “S” o vista “TOP VIEW” y losdatos pueden ser registrados en 2D.

12. Los datos pueden ser manipulados por medio de un programa deinterfase.

Introducción P A

Capítulo 4



Ventajas del Arreglo de Fases por Ultrasonido (UPA)

Introducción P A

Capítulo 4


Las principales ventajas de la tecnología de Phased Array pueden serresumidas como:

1. Rapidez – La inspección por PAUT permite barridos electrónicos por loque es, en orden y magnitud, típicamente más rápida que el barridocon UT convencional, lo que permite mejorar los tiempos deinspección, la exactitud en la detección de fallas y los costos deoperación.

2. Flexibilidad – Un palpador de Phased Array puede utilizarse parainspeccionar diferentes componentes con patrones de inspeccióndiferentes utilizando ajustes electrónicos .

Introducción P A

Capítulo 4

Ventajas de Phased Array


3. Inspecciones complejas – PAUT puede ser programado parainspeccionar componentes de geometrías complejas, por ejemplo,inspecciones automáticas de soldadura con relativa facilidadutilizando el VPA (palpador virtual).

4. Incrementa la detectabilidad – Al encontrar discontinuidades conorientación difíciles. El haz focalizado incrementa la relación señal –ruido (SNR). La gama de barridos “A”, agrupados en un sector conresolución angular específica, contribuye a incrementar laprobabilidad de detección (POD).

Introducción P A

Capítulo 4



Inspecciones complejas – PAUT puede ser programado para inspeccionarcomponentes de geometrías complejas, por ejemplo, inspecciones automáticasde soldadura con relativa facilidad.

Probador UT

Introducción P A

Capítulo 4



Introducción P A

Capítulo 4

Generación de Ondas


Con un transductor convencional para cambiar el ángulo del sonidodebemos utilizar diferentes transductores o zapatas.

40° 60°

Introducción P A

Capítulo 4


60°70°


Para barrer el volumen de una parte debemos mover físicamente eltransductor.

70º

Introducción P A

Capítulo 4



El haz con un ángulo de 58º se refleja en la base de la ranura y produce

una indicación al recorrer la primer pierna

En este caso, se producen tres indicaciones en una sola

posición del palpador, usando un rango de ángulos

de 30º a 70º

El haz con un ángulo de 42ºse refleja en la esquina inferior del

bloque después de recorrer tres pierna

El haz con un ángulo de 69º se refleja en la esquina inferior del

bloque al recorrer una sola pierna

Introducción P A

Capítulo 4



Phased Array puede proporcionar la cobertura de muchos transductoressencillos guiando electrónicamente el haz ultrasónico.

Haz guiado Introducción P A

Capítulo 4



Equipos de Phased Array

Capítulo 5

Equipos en PC por medio de Software

P h a s e d A r r a y (P A)Capítulo 5

Equipos Portátiles

Equipos de Phased Array


Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6


¿Qué es una ley focal?

Es el cálculo matemático que determina los requerimientos de laconfiguración ultrasónica (retardo pulsador/receptor) para el ángulo de unhaz específico. La cantidad óptima de leyes focales es el balance entre lavelocidad de rastreo y la resolución de la imagen.

El Phasor XS tiene un total de 128 leyes focales, las cuales dependen delrango de ángulos utilizado y el paso de ángulo seleccionado, lo que ofreceuna gran resolución para muchas aplicaciones industriales. Las 128 leyesfocales están disponibles en el rastreo y barrido sectorial asegurando unavelocidad de actualización de 20 cuadros/segundo, la cual es la mínimapara realizar una inspección manual.

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6


Secuencia de Ley focal - Lineal

Secuencia de Ley focal - Sectorial

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6


Una ley focal son las leyes de retardo de tiempo y amplitud para un grupode elementos, estas leyes deben ser optimizadas para compensar el desvíode fase debido a la geometría de la pieza o propiedades del material(configuración compleja, material no homogéneo o anisotrópico) esto serealiza con un modelo matemático basado en algoritmos (software CIVA).

Desarrollado en la comisión atómica francesa (CEA) como un modelo semi– analítico dedicado al PAUT.

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6


• Inicialmente, el elemento #1 es “disparado”.

• Un tiempo después, el elemento #2 es “disparado”.

• En este tiempo, el frente de onda del #1 se ha propagado en una distancia.

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6


Un Pitch más pequeño significa un mayor incremento de ángulo.

Elemento #1 Elemento #2

Pitch

d

)/)*((sin 1 Pitchtc−=

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6


Barrido sectorial (“S”)

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6

No. Leyes

Focales= Ángulo

FinalÁngulo Inicial

_(

(

÷ Aumento de ángulos


Número de leyes focales = (Angle Stop – Angle Start) ÷ Angle Step

Número de leyes focales = (70 – 40) ÷ 1 = 30

Leyes Focales

Leyes Focales40.0 40.0

Capítulo 6


El tiempo de vuelo (TOF) es retrasado de acuerdo con el punto focal, ángulo derefracción y número de elementos activos.

Frente de Onda

Tiempo

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6



Número de leyes focales = (70 – 40) ÷ 0.5 = 60

Leyes Focales

Leyes Focales

40.040.0

5

Capítulo 6


40.040.0

5

40.0 40.0

Leyes Focales

Leyes Focales

30 Leyes Focales 60 Leyes Focales

Mayor Resolución a medida que se aumenta el número de leyes focales

Capítulo 6



Número de leyes focales = (70 – 40) ÷ 0.3 = 100

40.040.0

3

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6



Número de leyes focales = (65.5 – 40) ÷ 0.2 = 127.5

40.040.0

2

65 5

Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6


Leyes Focales

Leyes Focales

Capítulo 6

Leyes Focales = ( 16 – 4) + 1 = 13

No. Leyes

Focales=

No. Elementos

físicos

No. Elementos

Del palpador

Virtual

_(

(

+ 1


Transductores de UPA

Transductores

Capítulo 7


• Arreglo Lineal

• Arreglo Dual

• Arreglo Circular

• Arreglo Anular

La diferencia entre el probador de Phased Array y el transductorconvencional es el número de cristales o elementos contenidos dentrodel probador. Un probador convencional contiene un elemento yprobador de arreglo de fases tiene múltiples elementos. Cadaelemento en el probador de arreglo de fase puede ser configurado dediferentes formas como:

Transductores

Tipos de transductores

Capítulo 7


Transductores


Capítulo 7


• Características únicas

– Configuración de arreglo más simple.

– Direccionamiento del haz en un eje.

• Aplicaciones

– Focalización variable.

– Ángulo del haz variable.

– Puede ser montado sobre una zapata.

– Inmersión general.

– Amplia cobertura del haz.

Arreglo Lineal 1D

Transductores


Capítulo 7

• Arreglo de 16 cristales



– Orientación cónica.

• Aplicaciones

– Inspección en general.

– 2D orientación en 2 ejes (ejemplo: 4x4 u 8x8).

– 1.5D orientación limitada en 1 ejes (ejemplo: 3x5 u 8x4).

Transductores


Capítulo 7

Arreglo Matricial 1.5 D y 2 D



– 2 arreglos lineales en una carcasa.

– Ángulo superior fijo (profundidad focal).

• Aplicaciones

– Inspección en la superficie cercana.

– Inspección de materiales de espesor pequeño.

– Ángulo del haz variable.

Transductores


Capítulo 7

Arreglo Dual T/R



– Cóncavo o convexo.

– Radio de curvatura fijo.

• Aplicaciones

– Tuberías.

– Inspección de OD e ID.

– Focalización variable.

– Ángulo variable.

Transductores


Capítulo 7

Arreglo Circular


• Características únicas – Elementos anulares

concéntricos.– Pueden ser curvos esféricos

para una pre-focalización.

• Aplicaciones– Inspección de Billets.– Inmersión en general.– Punto focal variable.– Detección de pequeños

reflectores.

Transductores


Capítulo 7

Arreglo Anular



– Elementos tipo pastel.

– Espejo acústico reemplazable.

• Aplicaciones

– Inspección en tubería de perforación

Arreglo Anular personalizado

Transductores


Capítulo 7


•Los transductores convencionales están compuestos de un solo cristal (elemento piezoeléctrico).

•Para los transductores de Phased Array, el cristal es cortado enmuchos elementos; estos elementos son controladosindividualmente con retardos de tiempo llamados “Leyes Focales”.

•La apertura es controlada siguiendo el número de elementos excitados y la forma de la ley focal.

Transductores

Características

Capítulo 7


Transductor Convencional Phased Array PAUT

Transductores

Características

Capítulo 7


Trig

Cristal

P R

P/R

Trig

Cristal

Delay

P/R

Cristal

Delay

P/R

Cristal

Delay

P/R

Cristal

Delay

P/R

Cristal

Delay

P/R

Cristal

Delay

P/R

Cristal

Delay

Transductores

Características

Capítulo 7


De acuerdo con las aplicaciones y áreas de inspección, las inspeccionesconvencionales requieren diferentes tipos de transductores con diferentes zonasde focalización, aperturas y ángulos.

Transductores

Características

Capítulo 7


Conector – Conecta el transductor al instrumento y tiene un conductor centrado dentro del otro.

Electrodos – Proporciona la rutaeléctrica hacia el elemento piezoeléctrico.

Elemento Piezoeléctrico – Conviertela energía de un modo a otro.

Placa de contacto – Protege alelemento piezoeléctrico.

Constitución de un transductor de haz recto convencional

Transductores

Características

Capítulo 7


Carcasa – Cubierta metálica resistente para el transductor.Bobina de Resonancia – Iguala eléctricamente eltransductor al instrumento.Material de Respaldo – Material quellena la cavidad del transductor paraproporcionar estabilidad mecánica alelemento piezoeléctricoMaterial de Amortiguamiento – Material adherido a la parte posterior del elemento piezoeléctrico para controlar su vibración.

Constitución de un transductor de haz recto convencional

Transductores

Características

Capítulo 7


• La fabricación convencional de transductores con cristales monolíticos ha sido,en muchos casos, reemplazada por el uso de elementos piezo – compuestos.

• Esto ha contribuido con el desarrollo de los transductores de arreglo de fase.

• Muchos fabricantes utilizan elementos Piezo – compuestos en la fabricaciónde transductores. Esto permite la fabricación de varios elementos individualesdentro de un arreglo permitiéndoles tener un acoplamiento acústico muysimilar, mucho mejor de lo que se puede obtener con transductoresconvencionales monolíticos de un tamaño similar.

Transductores

Características

Capítulo 7


Cable

Carcaza

Tarjeta de circuito

Alambres de conexión

Amortiguamiento

Cerámica piezoeléctrica segmentadaCapa de acoplamiento acústico

Transductores

Características

Capítulo 7


Corte en cuadritos

Relleno

Pulido

Recubrimiento metálico

Cortado/Perforado

Formado

Transductores

Características

Capítulo 7


Matriz de bloques de cerámico con relleno de polímero.

Elementos de Phased Array de material Piezo – compuesto.

Transductores

Características

Capítulo 7


Constitución de un transductor de haz PAUT

Conexiones internas para elemento

Vista interna transductor PAUT

Transductores

Características

Capítulo 7


Un transductor de Phased Array puede ser comparado con un grantransductor de elemento sencillo, cuya área activa ha sido subdividida enpequeños segmentos o elementos.

Transductores

Características

Capítulo 7


Cuando se conecta a uninstrumento de arreglo de fases, ladirección y focalización del hazultrasónico puede ser cambiada encada repetición de pulso, activandoelementos individuales conpequeñas diferencias en tiempo oen diferente orden.

Transductores

Características

Capítulo 7


Transductores

Características

Capítulo 7

Vista frontal

Vista Lateral


(p) PitchDistancia de centro a centro entre dos elementos adyacentes.

(W) Elevación (Plano Pasivo)Altura del elemento; área pasiva.

(A) Palpador virtual (Plano activo)El número de elementos sencillos activados como un grupo para crear las características deseadas del haz ultrasónico (apertura); área activa.

Transductores

Características

Capítulo 7

A

p

W

g


Transductores

Características

Capítulo 7

Apertura activa


Apertura pasiva

La Apertura pasiva, se refiere a la medición del eje secundario de loselementos o su ancho, es una constante. Este parámetro de diseñotiene unos cuantos factores controlables, incluyendo: Restricciones detamaño, frecuencia y un rango focal de profundidad. La variación deestos factores tienen efectos en las capacidades de nuestra sondacuando está en uso, como: Sensibilidad, grado de enfoque, ydispersión del eje pasivo del haz. La determinación para la aperturaideal pasiva es usualmente responsabilidad del fabricante.

Transductores

Características

Capítulo 7


Transductores

Características

Capítulo 7

Apertura pasiva


Necesitamos entender el campo de sonido de un solo elemento para

entender el diseño de Phased Array.

Transductores

Características

Capítulo 7


Transductores

Características

Capítulo 7

Campo Cercano

Campo Cercano

4

2D

N=4

A=


Divergencia y Campo Lejano

Características

Capítulo 7

Transductores = Mitad del Ángulo de Divergencia)

Campo Lejano

)*5.0(sin 1

A

−=


Efecto de la frecuencia en la divergencia del haz.

Efecto del diámetro del cristal en la divergencia del haz.

Transductores

Características

Capítulo 7

Divergencia

Frecuencia 2.25MHz

Diámetros de:

1”, 0.500” y 0.250”

Diámetro 0.500”

Frecuencias de

10, 5 y 2.25 MHz


Región de Convergencia

Región de Divergencia

Transductores

Características

Capítulo 7

Convergencia


Transductores

Características

Capítulo 7

Lóbulo Principal

Las sondas ultrasónicas no nada más emiten un "haz" de sonido. Es másparecido a un domo de sonido en expansión saliendo de la cara de lasonda con una velocidad constante pero área variable según la intensidaddel sonido. En ambos, ultrasonido por Phased Array y convencional, estedomo de sonido tiene una dirección primaria de viaje e intensidad, locual es encontrado directamente enfrente del transductor. El lóbuloprincipal el es único que es usado para la inspección ultrasónica, pero elultrasonido también es emitido en los lóbulos laterales, con regionesnulas entre ellos. El lóbulo principal no viaja en como una línea, pero ensu lugar se expande y cubre un área con la dispersión del haz.


Transductores

Características

Capítulo 7

Lóbulos laterales

Los lóbulos laterales son producidos por la interferencia de patronescíclicos que son el resultado de la relación de longitud de onda a laapertura de sonda. Estas se forman a los lados del lóbulo principal. Estefenómeno no está limitado a los sistemas de Phased Array; lóbuloslaterales también aparecen con transductores convencionales así como eltamaño del cristal crece. Estas haces pueden ser creadores deindicaciones falsas y necesitan ser controladas y minimizadas. Los lóbuloslaterales no pueden ser completamente eliminados, pero pueden sercontrolados asegurándose que de los elementos no están cortados másde la mitad de una longitud de onda.


0o

1

5o

1

5o

3

0o

3

0o

0o1

5o

1

5o

3

0o

3

0o

a- mayor/D

b-menor

/D

Transductores

Características

Capítulo 7

Lóbulos laterales


Transductores

Características

Capítulo 7

Lóbulos laterales

Si el tamaño del elemento e ≥ λ aparecerán los lóbulos laterales.Si e < λ /2, no aparecerán lóbulos laterales.Si λ /2 < e < λ la aparición de lóbulos laterales dependerá de la angulación.

6 Elementos Pitch 1 mm

12 Elementos Pitch 0.4 mm

4 Elementos Pitch 1 mm

8 Elementos Pitch 0.4 mm


• Es el direccionamiento del haz ultrasónico en un punto en específico.

• El campo de sonido no puede ser focalizado mas allá de la distancia del Campo Cercano.

• Para ajustar la distancia del Campo Cercano, la dimensión lateral (tamaño del elemento) o frecuencia de la fuente deben ser ajustados.

c

fDDN

*4

*

4

22

==

Transductores

Características

Capítulo 7

Focalización


Transductores

Características

Capítulo 7

Focalización

Sin Focalización Focalizado


• Para calcular la distancia focal total cuando el ultrasonido viaja a través de dos medios se utiliza la siguiente fórmula:

−+=

2

111 )(

V

VPFPFd 1

Transductores

Características

Capítulo 7

Focalización

( )dF

Recorrido del haz ultrasónico en el primer medio.

Distancia focal cuando el haz viaja solo en el primer medio.

Velocidad del sonido del primer medio.

Velocidad del sonido en el material de prueba.

=1P

=1F

=1V

=2V


40° 60°

Para focalizar debemos usar un lente o un elemento curvo.Para cambiar la distancia de focalización debemos cambiar el transductor

Características

Focalización

Transductores

Capítulo 7


La tecnología de Phased Array permite realizar diferentescombinaciones según las capacidades en el procesamiento:

• Focalización + dirección

• Barrido electrónico + dirección

• Barrido electrónico + focalización

Transductores

Características

Capítulo 7

Focalización


Transductores

Características

Capítulo 7

Focalización

La focalización debe ser igual o menor al campo cercano

36° inc

WF 0.787in

Offset Z 0.487in

1


Transductores

Características

Capítulo 7

Línea de retardo y zapatas

Todos los transductores de Phased Array incluyen zapatas o líneas de retardo.Estas se utilizan tanto en aplicaciones con ondas de corte y onda longitudinal,con barridos lineales o sectoriales. Su función básicamente la misma que enlos sistemas de detección de fallas convencional, de tal manera que estaconvierte de modo y / o refracta en un ángulo deseado de acuerdo con la leyde Snell; sin embargo en Phased Array permite orientar el haz para crearhaces a múltiples ángulos sin la necesidad de cambiar el accesorio.

Existen diferentes tipos y tamaños de acuerdo a la aplicación requerida.


Transductores

Características

Capítulo 7

Línea de retardo y zapatas


La información grabada en el costado de la línea de retardo enpulgadas y milímetros; en este accesorio no es importante la posicióndel primer elemento

•Ángulo de incidencia

Características de la línea de retardo

•Número de parte

•Velocidad de propagación del UT en la zapata

Transductores

Capítulo 7

•Z-Offset


La información grabada en el costado de la zapata en pulgadas ymilímetros.

Z-Offset

Wedge Front

Posición del primer elemento


Características de la zapata

•Número de parte


•Z-Offset

•Wedge Front

Transductores

Capítulo 7


Tipos de Barridos y Escaneos

Capítulo 8


Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Barrido Lineal (Scan – E)

Es la capacidad del equipo para mover el haz ultrasónico a lo largo del eje de la

matriz (arreglo de cristales) sin ningún movimiento del transductor; excitando los

elementos del palpador virtual y moviéndolo a través de los elementos del

transductor, generando un barrido electrónico a un solo ángulo, este puede ser

con incidencia normal o angular.

Barrido Lineal


Barrido Lineal

Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Scan – E incidencia normal


Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Barrido Lineal

Scan – E incidencia angular


Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Barrido Sectorial (Scan – S)

Es la capacidad del equipo para mover el haz ultrasónico a lo largo del eje

de la matriz (arreglo de cristales) sin ningún movimiento del transductor;

excitando los elementos del palpador virtual y moviéndolo a través de los

elementos del transductor, generando un barrido electrónico a un solo

ángulo, este puede ser con incidencia normal o angular.

Barrido Sectorial


Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Barrido Sectorial (Scan – S) incidencia normal

Barrido Sectorial


Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Barrido Sectorial (Scan – S) incidencia normal

Barrido Sectorial


Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Barrido Sectorial (Scan – S) incidencia angular

Barrido Sectorial


Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Barrido Sectorial

Barrido Sectorial (Scan – S) incidencia angular


Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Barrido Electrónico

Incidencia Norma


Barridos y Escaneos

Capítulo 8


Incidencia Norma


Barridos y Escaneos

Capítulo 8


Incidencia Angular


• La señal de RF es convertida a un Barrido “A” rectificado.

• El barrido A es digitalizado completamente o utilizando un umbral.

¿Cual es la diferencia?

• Evaluación por amplitud en el rango completo de la señal.

• Resolución de la digitalización.

• Colorear el entorno para crear una imagen.

Barridos y Escaneos

Capítulo 8

Representación de Datos y Escala de Colores


• Corrección en Ángulo y Volumen.• Tamaño espacial de la imagen.• Herramientas de análisis de imagen – cortar en bloques, en

cuadritos y acercamiento digital (zoom).• Fusión de datos.• Patrones de barrido.

• La vista superior es una proyección del pico – Amplitud o TOF –Vista acumulada.

• Los bloques son seleccionados en el análisis.

• El cursor selecciona el Haz.

• El haz corresponde a un Barrido A.

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Utilizando el Barrido A, Barrido B, Barrido C, Barrido D, Superior,Lateral, Final y Vistas Sectoriales:

• Creando bloques de la imagen.

• El Barrido A se convierte en Barrido B.

• El Barrido B se convierte en Barrido Sectorial o

Vista Lateral.

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Umbral de detección

Representación del barrido A: Señal RF (izquierda); señal rectificada (derecha)

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Sistema con detección por umbral

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Umbral de detección PICO

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Umbral de detección PICO

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Umbral de detección Primer BORDE

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Umbral de detección Primer BORDE

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Evaluación de Onda Completa

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Evaluación de Amplitud – Onda completa. También hay un componente en tiempo para el punto de color

Amplitud del Barrido A proyectada a una línea de colorBarridos y Escaneos

Capítulo 8



Amplitud del Barrido A proyectada a una línea de color

Un grupo de Barridos A proyectados en color

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Vista Lateral (Barrido B) corregida para el ángulo refractado

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Amplitud del Barrido A proyectada a una línea de color

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Barrido

La señal típica de amplitud vs. tiempo … vista en tiempo real.

Vista Lateral

La proyección de vista lateral en cada posición en la que se mueve eltransductor.

Vista Superior

Proyección de la vista superior en cada posición en la que se mueve eltransductor. Definición para ser vista del lado superior. Es laproyección, ya sea del dato de tiempo de vuelo (TOF) o de laAmplitud.

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Vista Final

Una proyección de la vista final en cada posición del movimientodel transductor.

Vista de Barrido Sectorial

Similar al Barrido B mostrando el barrido angular completo del plande barrido. La imagen tiene forma de abanico, siendo cada una delas líneas del barrido correspondiente a uno de los ángulosseleccionados.

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Transparencia de un bloque

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Vista Superior

Bloque Vertical

Bloque Horizontal

Cursores de

Bloques

Bloque de Vista

Lateral

Bloque de Vista Final

Vista Superior

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Vista por cuadros sin corrección

Vista por cuadroscorregida en ángulo

Vista por cuadroscorregida en volumen

Barridos y Escaneos

Capítulo 8



Calibración

Capítulo 9


Para conectar el transductor debe asegurarse de instalarlo con la vistade los datos del mismo hacia la pantalla, roscar los tornillos con losdedos hasta donde sea posible y activar el seguro de palanca, que seencuentra en la parte inferior del conector, como se muestra en la figura1.

El seguro debe moverse hacia el lado derecho para cerrar el circuito.

Calibración

Capítulo 9

Verificación del transductor y elementos activos


Encienda el equipo con la siguiente tecla: , aparecerá los datos dela versión de software instalada en el equipo .

Calibración

Capítulo 9



En la pantalla aparecerán 3 opciones, seleccione el modo de “Phased Array” oprimiendo la tecla y esperar a que aparezca la imagen del barrido sectorial.

Calibración

Capítulo 9



Ingrese al menú PROBE presionando la tecla

Calibración

Capítulo 9



Ingrese al menú PRB DAT presionando la tecla , en este menú se configuran los datos correspondientes al transductor.

Calibración

Capítulo 9



En la opción de DIALOG PROBE se encuentran almacenados estos datos, yaque algunos transductores cuentan con un chip. Se selecciona la opción, segira la perilla derecha aparecerá un mensaje en la parte inferior de la pantallapara confirmar y oprimir la tecla de HOME .

Calibración

Capítulo 9



De forma automática se llenan los siguientes datos.

Calibración

Capítulo 9



Ingrese al menú WDGE GEO presionando la tecla e ingrese los siguientes datos utilizando las perillas, la del lado izquierdo para mover la posición del cursor y la del lado derecho para modificar el valor.

WEDGE FRONT: 0.000 in

OFFSET Z: 0.000 in

ANGLE: 0.0 deg

Calibración

Capítulo 9



Presione la tecla HOME para regresar al menú inicial y entrar al menú de PART .

Calibración

Capítulo 9



Ingrese al menú PLAN presionando la tecla , seleccione MAT THICKNESSpresionando la tecla e introduzca el valor del espesor de la parte ainspeccionar utilizando la perilla del lado derecho.

Calibración

Capítulo 9



Presione la tecla HOME para regresar al menú inicial y entrar al menú de SCAN .

Calibración

Capítulo 9



Ingrese al menú ELECTRNC presionando la tecla , seleccione TYPEpresionando la tecla y seleccione la opción LINEAR utilizando la perilla dellado derecho. Seleccione WAVE TYPE presionando la tecla y seleccione laopción LONGITUDINAL utilizando la perilla del lado derecho.

Calibración

Capítulo 9



Ingrese al menú SCN PATT presionando la tecla

Calibración

Capítulo 9



Seleccione ANGLE START presionando la tecla y seleccione el valor delángulo inicial del barrido sectorial utilizando la perilla del lado derecho. Paraeste ejemplo seleccione 0.0 deg, de forma automática ANGLE STOP tambiénse pondrá el valor en 0.0 deg.

Calibración

Capítulo 9



Ingrese al menú APERTURE presionando la tecla

Calibración

Capítulo 9



Seleccione NUM OF STEPS presionando la tecla y seleccione el valor delnúmero de pasos del barrido a 16 utilizando la perilla del lado derecho.Seleccione APERTURE SIZE presionando la tecla y seleccione el valor de 1utilizando la perilla del lado derecho.

Calibración

Capítulo 9



Al termino de estos ajustes regrese al menú SCN PATT y presione la teclaCALC dos veces para iniciar el calculo de leyes focales. En la pantalla desapareceráel barrido sectorial y aparecerá el icono de un reloj , al terminar el cálculo delas leyes focales desaparecerá el icono del reloj y volverá a aparecer el barrido.

Calibración

Capítulo 9



Así podremos verificar que todos los cristales del transductor están trabajando deforma adecuada imagen de la izquierda en caso contrario aparecerán como elimagen derecha.

Calibración

Capítulo 9



A estos cristales que no presentan indicación se les conoce como “cristalesmuertos”, y el transductor puede tener 3 separados en un arreglo de 16elementos, pero no 2 elementos juntos y un máximo de 4 cristales muertos.

Calibración


Capítulo 9


La información grabada en el costado de la zapata o la línea deretardo en pulgadas y milímetros.

Z-Offset

Wedge Front

Posición del primer elemento


Características de la zapata

•Número de parte


•Z-Offset

•Wedge Front

Calibración

Capítulo 9


La Velocidad del ultrasonido es un factor importante para el ajuste delequipo de Phased Array y la determinación de esta deberá ser de acuerdoal tipo de material que va a ser inspeccionado.

Desafortunadamente, no siempre se cuenta con bloques fabricados delmismo material y se debe recurrir a los bloques fabricados de acuerdo alas especificaciones de un estándar con una velocidad acústica similar a lade prueba como los bloques: IIW, DC, etc.

Velocidad

Calibración

Capítulo 9


Se deben considerar dos velocidades para los ajustes.

1. La velocidad de la zapata; ya que es el primer medio por el cualpasa el ultrasonido o agua en el caso de los sistemas de inmersión.

Velocidad

Calibración

Capítulo 9


2. La velocidad del material; la mayoría de los equipos consideratanto velocidad longitudinal (compresión) y la velocidadtransversal (corte); utilizando la adecuada según la configuracióndel mismo y la aplicación a realizar.

Velocidad

Calibración

Capítulo 9

Nota: Se debe considerar que los materiales pueden tener cierta variación de

acuerdo al proceso de manufactura.


La verificación del punto de salida del haz ultrasónico se puederealizar en los dos tipos de barrido lineal o sectorial; se debenconsiderar para ello el número de cristales activos, así como elnúmero de cristales del palpador virtual.

Verificación del punto de salida del haz

Calibración

Capítulo 9

En el barrido lineal se debetomar en cuenta el centrodel número de cristalesagrupados y el número deleyes focales; ya que laincidencia es de 0°.


p

Verificación del punto de salida del haz

Calibración

Capítulo 9

En el barrido sectorial se debe considerar el ángulo de refracción

natural de la zapata (α), así como el número de cristales agrupados(palpador virtual) y el número de cristal de inicio (ya que este puedeser desde el primer cristal hasta el 64, dependiendo de laconfiguración), por lo que el punto índice puede variar en su posiciónen la zapata.

α

P

θ


Ángulo de refracción

Calibración

Capítulo 9

El ángulo de refracción para utilizar el haz angular estará basado en elángulo de incidencia de la zapata y de acuerdo al tipo de material quese requiera inspeccionar; utilizando la Ley de Snell.

36° Incα

θ

Sen v1

Sen v2

Sen 36° 0.092 in/μs

Sen 0.128 in/μs

0.5877Sen

0.58770.7187

Sen

0.7187

0.8177 = Sen

Sen = 0.8177

= Sen-1 0.8177

= 54.85°

=

=

=

=



Calibración

Capítulo 9

Es importante verificar el ángulo de incidencia, ya que cada zapatapuede tener un ángulo diferente por lo que cambiara el ángulo derefracción.

0

55°



Calibración

Capítulo 9

Para verificar el ángulo de incidencia de los ángulos convencionales se deberácolocar el sensor sobre el bloque IIW de acuerdo al ángulo que se requiere,asimismo se configura el cursor en el equipo en el grado correspondiente y semueve el transductor hacia adelante y hacia atrás hasta lograr la máximaamplitud.

60° 65° 70° 75°

80°75°70°



Calibración

Capítulo 9

Nota: En la técnica de Phased Array de acuerdo a la configuración del palpadorvirtual, el cristal inicial, el punto índice y el ángulo de refracción la verificaciónpuede variar la salida del haz ultrasónico.

60° 65° 70° 75°

80°75°70°


Sensibilidad

Calibración

Capítulo 9

Es la capacidad de un sistema de inspección para detectardiscontinuidades lo más pequeñas posible, esto se lleva a cabo por mediode un bloque patrón con defectos caracterizados (barrenos laterales,ranuras, etc.), esta se configura de acuerdo al documento de referenciacon el cual se va a aplicar un criterio de aceptación, como:

- A.W.S. D1.1

- A.S.M.E. Sec. V

- A.P.I. 1104

Entre otros; también se puede aplicar un criterio de aceptación internoestablecido en el procedimiento.


Sensibilidad

Calibración

Capítulo 9

A.W.S. D1.1

60°65°70°75°

80° 75° 70°


Sensibilidad

Calibración

Capítulo 9

A.S.M.E. SEC V.


Localización de indicaciones

Calibración

Capítulo 9

La localización de las discontinuidades en ultrasonido convencional esta basadaen los cálculos trigonométricos realizados por el equipo e identificados con lassiguientes lecturas:

SA

PA

DA

Nota: LA o colores en fondo de pantalla pueden ser utilizados para saber el número de pierna con quese esta localizando la discontinuidad.



Calibración

Capítulo 9

En Phased Array además de utilizar las lecturas convencionales muestra reglas enla parte izquierda e inferior del barrido sectorial y líneas horizontales paradistinguir el espesor del material (piernas).


Localización de indicaciones “Overlay”

Calibración

Capítulo 9

El overlay es una herramienta de ayuda visual basado en el perfil o preparaciónde las placas de acuerdo al tipo de unión de soldadura y permitiéndonos teneruna referencia de la posición de las indicaciones encontradas.

0

D

E

FC

A

B

A = 0.100 inB = 0.325 inC = 0.325 in

D = 0.350 inE = 0.100 inF = 0.350 in


Localización de indicaciones “Overlay”

Calibración

Capítulo 9

El ángulo más bajo cubre la parte de la corona con la segunda pierna.

35°

70°Pared posterior

Superficie


Calibración

Capítulo 9

p

G

A H

½p

ß

WF

Z3

5

36°

1.4

A

35°

ß

a’

HAZt

p

A

G

2tan ==

"400.135tan"000.12

tan2

=

= pt p = 1.400“

a’= p - WF

a’= 1.400“ – 0.947“=0.453“

A = 0.453“ + (1.400“/2)= 0.803“Calculos para la soldadura


El overlay es una herramienta de ayuda visual basado en el perfil o preparaciónde las placas de acuerdo al tipo de unión de soldadura, permitiéndonos tener unareferencia de la posición de las indicaciones encontradas.


T C G (Time Corrected Gain)

Calibración

Capítulo 9

La amplitud de los ecos o indicaciones producidas por reflectores se reduce con elincremento de distancia. Lo anterior se debe a la forma del haz ultrasónico,producida por el transductor utilizado, y a las influencias del material, porejemplo por la atenuación del ultrasonido.

0 2 4 6 8 10

10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40

1

1

2

2

3

3

4

4

Eco

Posición



Calibración

Capítulo 9

La TCG (Ganancia corregida contra el tiempo) compensa la caída natural de laamplitud de los ecos con el incremento de distancia, partiendo delcomportamiento de la curva DAC, la ganancia cambia para cada una de lasdistancias, en un valor de decibeles correspondiente, lo cual llevará el eco delreflector de referencia a una misma altura dada en la pantalla.

0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10

TCGDAC



Calibración

Capítulo 9

La TCG compensa la caída natural causada por la distancia y la atenuación, y

también por el cambio del ángulo del haz ultrasónico.

Por lo anterior, los reflectores de referencia deben ser alcanzados por el haz

ultrasónico generado por cada uno de los ángulos, para registrar la TCG,

agregando un nuevo diagrama, el “Diagrama de Amplitud de los Ecos” (Amplitude

– Cycle – Diagram).

Este diagrama presenta la amplitud de los ecos reflejados por los reflectores de

referencia en función del ángulo.



Calibración

Capítulo 9

Acople el transductor dirigiéndolo hacia el 1er reflector en el bloque, compruebeque el recorrido de la indicación del 1er reflector en el barrido "S" esté cubiertopor el ancho de la compuerta.



Calibración

Capítulo 9

Aparece un Diagrama de Amplitud de los Ecos, que representa el rango deángulos del barrido "S" de 30°-70° (estos ángulos pueden variar) moviendo eltransductor para que todas las leyes focales toquen el reflector.



Calibración

Capítulo 9

Se realiza el mismo procedimiento par los siguientes reflectores de referencia en

el bloque, hasta completar todos los puntos que se requieran para realizar

nuestra inspección.

Cada uno de los ángulos puede editarse posteriormente, y por separado, para

cada uno de los puntos, con el fin de lograr que sea establecida una sensibilidad

uniforme en todos los cristales del transductor para cada uno de los reflectores.



Calibración

Capítulo 9

Es importante considerar la aplicación, el tipo de componente y/o la normaaplicable para usar el bloque adecuado (A.P.I., A.W.S., etc.).


Compuertas

Calibración

Capítulo 9

Estas herramientas por las cuales el equipo muestra las características de lasindicaciones de acuerdo al método utilizado; la compuerta A en color verde, lacompuerta B en azul y la compuerta IF de color rosa. La configuración será deacuerdo a la posición de las indicaciones en la pantalla.

GATE SELECT = Seleción de la compuerta aconfigurar.

GATE START = Inicio de la compuerta a partirdel pulso inical de la compuerta A.

GATE WIDTH = Determina el ancho de lacompuerta.

GATE THRESHOLD = Determina la altura enporcentaje de la compuerta.


Compuertas

Calibración

Capítulo 9

Las lecturas están de acuerdo al método utilizado: Haz recto, angular, top view omedición.

HAZ RECTO

SA = Recorrido del haz Ultrasónico (Sound path– en la compuerta A)

SB = Recorrido del haz Ultrasónico (Sound path– en la compuerta B)

A%A = Amplitud en porcentaje de la indicaciónque toca la compuerta A

BEAM = Ángulo o ley focal que detecta laindicación.

Documents

Llog, s.a. de c.v