Llog, s.a. de c.v.
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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
GE Inspection Technologies
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P h a s e d A r r a y (P A)
Phased Array (PA)Arreglo de fases por Ultrasonido
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P h a s e d A r r a y (P A)
1. Introducción
Introducción
Capítulo 1
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
2. Generalidades de Ensayos No Destructivos
Generalidades END
Capítulo 2
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Pruebas No Destructivas
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Pruebas No Destructivas
Métodos más comunes:
• VT - Inspección visual.
• MT - Partículas Magnéticas.
• PT - Líquidos penetrantes.
• RT - Radiografía Industrial.
• UT - Ultrasonido Industrial.
Generalidades END
Capítulo 2
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Certificación
• SNT-TC-1A
• Certificación del empleador
• Certificación central
• ISO 9712 • ACCP
• MIL 410
Generalidades END
Capítulo 2
P h a s e d A r r a y (P A)
3. Repaso de Ultrasonido
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Tipos de Onda Ultrasónica
P h a s e d A r r a y (P A)
Ondas de Corte
Repaso Ultrasonido
Tipos de Onda Ultrasónica
Capítulo 3
45º
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Tipos de Onda Ultrasónica
P h a s e d A r r a y (P A)
Ondas Superficiales
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Tipos de Onda Ultrasónica
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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
Tipos de Onda Ultrasónica
Capítulo 3
P h a s e d A r r a y (P A)
Ondas de placa
Repaso Ultrasonido
Tipos de Onda Ultrasónica
Capítulo 3
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Campo cercano (Zona de Fresnel)
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Haz Ultrasónico
Campo Cercano
( N )
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Campo cercano (Zona de Fresnel)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
CampoCercano
CampoLejano
Distancia
Amplitud
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Haz Ultrasónico
Campo lejano (Zona de Fraunhöfer)
Perdida gradual de Amplitud
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Geometría del Haz en función del tamaño del elemento.
Divergencia del haz
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Haz Ultrasónico
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Barrido tipo “A”
Acoplante
Palpador
Pieza inspeccionada
Discontinuidad
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Representación de datos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Representación de datos
P h a s e d A r r a y (P A)
Discontinuidades
Barrido tipo “B”
Superficie deInspección
Pared Posterior
EspesordelMaterial
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Representación de datos
P h a s e d A r r a y (P A)
Discontinuidad
Pared Posterior
Superficie de Inspección
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Representación de datos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Representación de datos
P h a s e d A r r a y (P A)
Barrido tipo “C”
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Representación de datosDiscontinuidades
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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
Representación de datos
P h a s e d A r r a y (P A)
Barrido tipo “S” (Sectorial)
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Representación de datos
P h a s e d A r r a y (P A)
Scan – E incidencia normal
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Representación de datos
P h a s e d A r r a y (P A)
Presentación opcional del arreglo de fases en la pantalla,para palpador de incidencia normal
Barrido “C” Top View
Repaso Ultrasonido
Capítulo 3
Representación de datos
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4. Introducción a Phased Array (PA)
Introducción P A
Capítulo 4
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Historia de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
Detector Convencional UT
Sistema Multiplexado
Detector de fallas ultrasónico por Phased
Array (PAUT)
Introducción P A
Capítulo 4
Historia de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Historia de Phased Array
– La conmutación electrónica (Cambiar el destino de una señal o
corriente eléctrica).
– El barrido sectorial.
– La focalización electrónica.
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Historia de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Historia de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
Introducción P A
Capítulo 4
Historia de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
Párrafo contenido en el Anexo S del Código AWS
D1.1/D1.1M:2008para Estructuras Soldadas
de Acero Introducción P A
Capítulo 4
Historia de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Conceptos de Phased Array
Punto Focal
Ley Focal
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Conceptos de Phased Array
Transductor de 16 elementos
Palpador Virtual de 4 elementos
Palpador Virtual de 8 elementos
Palpador Virtual de 16 elementos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Características de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Características de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Características de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
Cada elemento activo de un transductor multi – elemento es excitado porun pulsador independiente.
Introducción P A
Capítulo 4
Características de Phased Array
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Características de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Características de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Características de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Características de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
Ventajas del Arreglo de Fases por Ultrasonido (UPA)
Introducción P A
Capítulo 4
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Ventajas de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Ventajas de Phased Array
P h a s e d A r r a y (P A)
Introducción P A
Capítulo 4
Generación de Ondas
P h a s e d A r r a y (P A)
Con un transductor convencional para cambiar el ángulo del sonidodebemos utilizar diferentes transductores o zapatas.
40° 60°
Introducción P A
Capítulo 4
Generación de Ondas
60°70°
P h a s e d A r r a y (P A)
Para barrer el volumen de una parte debemos mover físicamente eltransductor.
70º
Introducción P A
Capítulo 4
Generación de Ondas
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Generación de Ondas
P h a s e d A r r a y (P A)
Phased Array puede proporcionar la cobertura de muchos transductoressencillos guiando electrónicamente el haz ultrasónico.
Haz guiado Introducción P A
Capítulo 4
Generación de Ondas
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Leyes Focales
Leyes Focales
Capítulo 6
P h a s e d A r r a y (P A)
¿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
P h a s e d A r r a y (P A)
Secuencia de Ley focal - Lineal
Secuencia de Ley focal - Sectorial
Leyes Focales
Leyes Focales
Capítulo 6
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Barrido sectorial (“S”)
Leyes Focales
Leyes Focales
Capítulo 6
No. Leyes
Focales= Ángulo
FinalÁngulo Inicial
_(
(
÷ Aumento de ángulos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Número de leyes focales = (Angle Stop – Angle Start) ÷ Angle Step
Número de leyes focales = (70 – 40) ÷ 0.5 = 60
Leyes Focales
Leyes Focales
40.040.0
5
Capítulo 6
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Número de leyes focales = (Angle Stop – Angle Start) ÷ Angle Step
Número de leyes focales = (70 – 40) ÷ 0.3 = 100
40.040.0
3
Leyes Focales
Leyes Focales
Capítulo 6
P h a s e d A r r a y (P A)
Número de leyes focales = (Angle Stop – Angle Start) ÷ Angle Step
Número de leyes focales = (65.5 – 40) ÷ 0.2 = 127.5
40.040.0
2
65 5
Leyes Focales
Leyes Focales
Capítulo 6
P h a s e d A r r a y (P A)
Leyes Focales
Leyes Focales
Capítulo 6
Leyes Focales = ( 16 – 4) + 1 = 13
No. Leyes
Focales=
No. Elementos
físicos
No. Elementos
Del palpador
Virtual
_(
(
+ 1
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductores de UPA
Transductores
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductores
Tipos de transductores
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
Tipos de transductores
Capítulo 7
• Arreglo de 16 cristales
P h a s e d A r r a y (P A)
• Características únicas
– 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
Tipos de transductores
Capítulo 7
Arreglo Matricial 1.5 D y 2 D
P h a s e d A r r a y (P A)
• Características únicas
– 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
Tipos de transductores
Capítulo 7
Arreglo Dual T/R
P h a s e d A r r a y (P A)
• Características únicas
– Cóncavo o convexo.
– Radio de curvatura fijo.
• Aplicaciones
– Tuberías.
– Inspección de OD e ID.
– Focalización variable.
– Ángulo variable.
Transductores
Tipos de transductores
Capítulo 7
Arreglo Circular
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
Tipos de transductores
Capítulo 7
Arreglo Anular
P h a s e d A r r a y (P A)
• Características únicas
– Elementos tipo pastel.
– Espejo acústico reemplazable.
• Aplicaciones
– Inspección en tubería de perforación
Arreglo Anular personalizado
Transductores
Tipos de transductores
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
•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
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductor Convencional Phased Array PAUT
Transductores
Características
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
P h a s e d A r r a y (P A)
Cable
Carcaza
Tarjeta de circuito
Alambres de conexión
Amortiguamiento
Cerámica piezoeléctrica segmentadaCapa de acoplamiento acústico
Transductores
Características
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
Corte en cuadritos
Relleno
Pulido
Recubrimiento metálico
Cortado/Perforado
Formado
Transductores
Características
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
Matriz de bloques de cerámico con relleno de polímero.
Elementos de Phased Array de material Piezo – compuesto.
Transductores
Características
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
Constitución de un transductor de haz PAUT
Conexiones internas para elemento
Vista interna transductor PAUT
Transductores
Características
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductores
Características
Capítulo 7
Vista frontal
Vista Lateral
P h a s e d A r r a y (P A)
(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
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductores
Características
Capítulo 7
Apertura activa
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductores
Características
Capítulo 7
Apertura pasiva
P h a s e d A r r a y (P A)
Necesitamos entender el campo de sonido de un solo elemento para
entender el diseño de Phased Array.
Transductores
Características
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductores
Características
Capítulo 7
Campo Cercano
Campo Cercano
4
2D
N=4
A=
P h a s e d A r r a y (P A)
Divergencia y Campo Lejano
Características
Capítulo 7
Transductores = Mitad del Ángulo de Divergencia)
Campo Lejano
)*5.0(sin 1
A
−=
P h a s e d A r r a y (P 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
P h a s e d A r r a y (P A)
Región de Convergencia
Región de Divergencia
Transductores
Características
Capítulo 7
Convergencia
P h a s e d A r r a y (P A)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductores
Características
Capítulo 7
Focalización
Sin Focalización Focalizado
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
Transductores
Características
Capítulo 7
Línea de retardo y zapatas
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
La información grabada en el costado de la zapata en pulgadas ymilímetros.
Z-Offset
Wedge Front
Posición del primer elemento
•Ángulo de incidencia
Características de la zapata
•Número de parte
•Velocidad de propagación del UT en la zapata
•Z-Offset
•Wedge Front
Transductores
Capítulo 7
P h a s e d A r r a y (P A)
Tipos de Barridos y Escaneos
Capítulo 8
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Barrido Lineal
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Scan – E incidencia normal
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Barrido Lineal
Scan – E incidencia angular
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Barrido Sectorial (Scan – S) incidencia normal
Barrido Sectorial
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Barrido Sectorial (Scan – S) incidencia normal
Barrido Sectorial
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Barrido Sectorial (Scan – S) incidencia angular
Barrido Sectorial
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Barrido Sectorial
Barrido Sectorial (Scan – S) incidencia angular
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Barrido Electrónico
Incidencia Norma
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Barrido Electrónico
Incidencia Norma
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Barrido Electrónico
Incidencia Angular
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
P h a s e d A r r a y (P A)
• 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
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Umbral de detección
Representación del barrido A: Señal RF (izquierda); señal rectificada (derecha)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Sistema con detección por umbral
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Umbral de detección PICO
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Umbral de detección PICO
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Umbral de detección Primer BORDE
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Umbral de detección Primer BORDE
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Evaluación de Onda Completa
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Amplitud del Barrido A proyectada a una línea de color
Un grupo de Barridos A proyectados en color
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Vista Lateral (Barrido B) corregida para el ángulo refractado
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Amplitud del Barrido A proyectada a una línea de color
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Transparencia de un bloque
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Vista Superior
Bloque Vertical
Bloque Horizontal
Cursores de
Bloques
Bloque de Vista
Lateral
Bloque de Vista Final
Vista Superior
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Vista por cuadros sin corrección
Vista por cuadroscorregida en ángulo
Vista por cuadroscorregida en volumen
Barridos y Escaneos
Capítulo 8
Representación de Datos y Escala de Colores
P h a s e d A r r a y (P A)
Calibración
Capítulo 9
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
Encienda el equipo con la siguiente tecla: , aparecerá los datos dela versión de software instalada en el equipo .
Calibración
Capítulo 9
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
Ingrese al menú PROBE presionando la tecla
Calibración
Capítulo 9
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
Ingrese al menú PRB DAT presionando la tecla , en este menú se configuran los datos correspondientes al transductor.
Calibración
Capítulo 9
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
De forma automática se llenan los siguientes datos.
Calibración
Capítulo 9
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
Presione la tecla HOME para regresar al menú inicial y entrar al menú de PART .
Calibración
Capítulo 9
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
Presione la tecla HOME para regresar al menú inicial y entrar al menú de SCAN .
Calibración
Capítulo 9
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
Ingrese al menú SCN PATT presionando la tecla
Calibración
Capítulo 9
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
Ingrese al menú APERTURE presionando la tecla
Calibración
Capítulo 9
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Verificación del transductor y elementos activos
Capítulo 9
P h a s e d A r r a y (P A)
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
•Ángulo de incidencia
Características de la zapata
•Número de parte
•Velocidad de propagación del UT en la zapata
•Z-Offset
•Wedge Front
Calibración
Capítulo 9
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
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 h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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°
=
=
=
=
P h a s e d A r r a y (P A)
Ángulo de refracción
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°
P h a s e d A r r a y (P A)
Ángulo de refracción
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°
P h a s e d A r r a y (P A)
Ángulo de refracción
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°
P h a s e d A r r a y (P A)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
Sensibilidad
Calibración
Capítulo 9
A.W.S. D1.1
60°65°70°75°
80° 75° 70°
P h a s e d A r r a y (P A)
Sensibilidad
Calibración
Capítulo 9
A.S.M.E. SEC V.
P h a s e d A r r a y (P A)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
Localización de indicaciones
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).
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
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
Localización de indicaciones
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
T C G (Time Corrected Gain)
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
P h a s e d A r r a y (P A)
T C G (Time Corrected Gain)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
T C G (Time Corrected Gain)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
T C G (Time Corrected Gain)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
T C G (Time Corrected Gain)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
T C G (Time Corrected Gain)
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.).
P h a s e d A r r a y (P A)
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.
P h a s e d A r r a y (P A)
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.