“ultrasonidos phased-array para inspección de...
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“Ultrasonidos Phased-Array para inspección de metales”
DASEL, SLAvda. de Madrid, 84
Arganda del Rey28500 MADRID
www.daselsistemas.com
Roberto GiacchettaSocio Fundador DASEL
"FABRICACIÓN E INSPECCIÓN DE PRODUCTOS DE GRANDES DIMENSIONES"Zaragoza, Jueves 24 de Febrero de 2011
Es una empresa 100% de capitales privados, focalizadaa dar soluciones en el Campo de los UT digitales
Su objetivo es transferir a la industria los resultados de Investigación en el campo de lastecnologías ultrasónicas.
Desde el 2009 se encuentracertificada bajo la norma ISO 9001:2008 para la fabricación y diseño de equipos de ultrasonido.
Invierte una media del 25 % de sufacturación en nuevos proyectosde I+D.
SUSEI ULTRASENSDIFRASCOPESIMODALEXANDRIA
DASEL, ¿Qué es?
Es socio de las plataformas PESI, HISPAROBOT, Cluster Aerospacial, PTFE.
Entre sus clientes se encuentran: Talgo, Airbus, NASA, CONAE, Danorail, Tecnatom …
La composición de su personal, principalmente son ingenieros y técnicos altamente cualificados.
Posee representaciones en Sudamerica, China y Turquia.
Desde su inicio ha comercializadoe instalado equipos en Alemania, Argentina, Brasil, Lituania, etc ...
DASEL, ¿Qué ofrece?
Soluciones en sistemas de ultrasonido de gama baja, media y y alta.
Un alto grado de personalizaciónen los sistemas de inspección porultrasonido.
Asesoría y colaboración en la búsqueda de ayudas en I+D.
Capacidad de realizar consultoría y estudios de viabilidad.
Formación en tecnologíasavanzadas de ultrasonido.
Grandes Componentes Metálicos
Grandes Problemas Metálicos
Radiografía Industrial + UT manual
Como la industria minimiza estos problemas?
Tecnología UT basada en Phased Array
• Obtener un registro permanente y directo
• Una fácil interpretación de las discontinuidades
• Automatizar el proceso e independizarlo del humor del operador
• Eliminar las numerosas medidas de seguridad para la protección contra la radiación
•Mejorar la productividad, más metros x hora
REGISTRO DIGITAL BASADO EN TECNOLOGÍA
Phased Array
• H2.1.2 Normas y Códigos
Señal Ultrasónica Vibración mecánica en un medio elástico.Aplicaciones END: 500 KHz a 15 MHz
1. Polarización del cristal piezoeléctrico con un pulso de alta tensión.
2. La excitacion eléctrica genera una deformación elástica en el cristal piezoeléctrico.
3. La deformación elástica se transmite por el interior del material como una vibración mecánica.
4. La vibración mecánica es reflejada por el reflector (fondo).5. La vibración mecanica provoca una deformación en el cristal
piezoeléctrico.6. Esta deformación en el cristal piezoeléctrico genera una señal
eléctrica de baja tensión.
± μV
- 300 V
La señal ultrasónica
Tipos de señales ultrasónicas
La señal ultrasónica
• Transversal
)1(2
EvT
• Longitudinal
)21)(1()1(
EvL
• Superficie (Rayleigh)
TS vv 92.01
12.187.0
32 Densidad: delasticida de Módulo: )2(Poisson de eCoeficient:mKg
mNE
GGE
Haz focalizado y en múltiples ángulos
Foco
Foco
Haz divergente unidireccional
Transductor “Phased Array” Campo acústico
Transductor “Phased Array”de 16 elementos
16 señales por transductor (emisión / recepción)
TransductorMono-cristal
Una señal por transductor (emisión / recepción)
CristalPiezoelectrico
No sedetectan
Contenido
3. Imagen ultrasónica
• A-scan
• B-scan
• C-scan
• D-scan
Amplitud
Tiempo de vuelo
A-scan
Tiempo de fin
Tiempo de inicio
Umbral
Taladro Fondo plano
Agujero
Entrada Material
Entrada Material Fondo MaterialFondo Material
Imagen ultrasónica
B-scan
Imagen ultrasónica
C-scan
Puerta
Imagen ultrasónica
mm
mm
C-scan
C-SCAN
B-SCANTOF (Tiempo de vuelo)
Distancia barrido X
Distancia barrido Y
Distancia barrido X
A-SCAN
TOF (Tiempo de vuelo)
Amplitud
Imagen ultrasónica
La apertura se desplaza electrónicamente a lo largo del transductor “phased array”.
VENTAJA No es necesario mover el transductor.
Barrido lineal (B-scan)
Imagen Ultrasonica con “Phased Array”
Apertura
Transductor Mono-crystal
TransductorPhased array
Barrido lineal (B-scan) Inspección de soldaduras
VENTAJA No es necesario mover el transductor
Imagen Ultrasonica con “Phased Array”
LOS ANGULOS DE BARRIDO SE CAMBIAN ELECTRONICAMENTE
VENTAJA UN TRANSDUCTOR “PHASED ARRAY” ES EQUIVALENTE A UN TRANSDUCTOR MONO-CRISTAL Y UN COMPLETO CONJUNTO DE
SUELAS DE DISTINTOS ANGULOS.
SUELA 30º
SUELA 45º
SUELA 60º60º
30ºUNICA SUELA
PROGRAMABLE
Deflexión del haz
45º
Imagen Ultrasonica con “Phased Array”
Clasificación de los equipos PAEQUIPOS
PORTATILES EMPOTRABLESPORATABLES
•Sistemas de 32 a 256 canales•Rango amplio de frec. 30Khz – 20 Mhz•Compatibles con PA lineales y Bidimensionales•Sistemas Mixtos TOFD-PA
Clasificación de los PATransductores
LINEALES MATRICIALESANULARES
1.5D
ANILLOSSEGMENTADOS
CURVOS
Clasificación de los PA
Robot
Manuales SistemasCompactos
TOFD(Time-Of-Flight Diffraction)
Emisor ReceptorUnión de lasoldadura
TOFD (Time-Of-Flight Diffraction)
Las señales que se utilizan normalmente en TOFD son longitudinales La onda lateral tiene una frecuencia menor que el resto. La señal se desfasa 180º en cada discontinuidad.
+
- -+
Ondalateral
Eco defondoBorde inferior
de la grietaBorde superiorde la grieta
Emisor ReceptorUnión de lasoldadura
TOFD (Time-Of-Flight Diffraction)
Negro
Blanco
Representación B-Scan
Tiempo de vuelo (us)
Dis
tanc
iade
bar
rido
(mm
)
TOFDAlgunos ejemplos de señales
Fisura próxima a la superficieFalta de penetración en la raiz
Falta de fusión en el lateral
Falta de penetración en la raiz
Ejemplos TOFD
Porosidad
Fisura transversalCavidad en la raiz
Falta de fusión interna
Ejemplos TOFD
TOFD + “Phased Array”
Netherlands Institute of Welding
Comparativa de la técnica TOFD
+ PA
Contenido
8. Aplicaciones industriales
Inspección de soldadura con barrido sectorial•Los ángulos típicos de inspección con palpadores mono elementos son:45º 60º y 70 º
•Utilizado PA se pueden generar ángulos mayores y con pasos < 1º ( 35º a 80º)
•La distancia d se calcula como:
tan ()=d/t d= tan ()*tD=24mm
•La ventaja principal de esta técnica es la velocidad de inspección ( solo hay que trasladar el PA paralelo a la soldadura, 100 mm/s)
•Es muy sencillo determinar los ecos geormricos de los defectos
d
La sección cruzada de una junta de extremo soldado, con el gris más oscuro representando la zona de la soldadura o la fusión, el gris medio la zona afectada por el
calor ZAT, y el gris más claro el material base.
Identificación de ecos •Los ángulos menores ( 35º- 44º) venlos defectos en un salto
•La raiz se observa con angulosmayores 70º a 80º
•El sobre resalte aparece en agulosintermedios y en un salto
Esquinas T
Se utiliza PA de 128 elementos, se Desplaza el PA sobre la superficie y Genera un barrido C-scan
Soldaduras por láser
Las soldaduras con láser provocan defectos verticales que solamente se pueden detectar utilizando la técnica tándem
Phased Array > 60 elementosBarrido AngularApertura 16 -32 elementosRepresnetacion : B-scan y Proporcional
emisor
receptor
Analisis de la Soldadura por TIG-Crater de parada + Falta fusión
2
BARRIDO S-scan angular Soldadura de 20 mm
Cruce soladadura
Inspección soldadurasen cascos de barcos
Verificación integral de los taladros de sujección de los discos de ferno
Aplicaciones Industriales
SITAU
agua
Phased Array
RUEDA
EJE
AGUJEROS DE SUJECCION
Fisuras
Verificación integral de los taladros de sujección de los discos de ferno
Aplicaciones Industriales
1
2
3
4
IMAGEN SECTORIAL
Verificación integral de los taladros de sujección de los discos de ferno
Aplicaciones Industriales
1
2
3
4
5
6
Imagen ultrasónica completa
Verificación integral de los taladros de sujección de los discos de ferno
Aplicaciones Industriales
Aplicaciones Industriales
Verificación de tornillos de sujeción de discos de freno
Disco de freno
Tornillos de sujeción
Objetivo: Inspeccionar la rosca de un tornillo de sujeción de disco de freno de tren
Defectos: Roturas y deformaciones en el filamento de la rosca
Aplicaciones Industriales
Verificación de tornillos de sujeción de discos de freno
Esta es la única superficie accesiblecuando el tornillo está montado en la rueda
La inspección no puede realizarse con un monoelemento, porque es necesario
un barrido angular
Barrido angular
Aplicaciones Industriales
Verificación de tornillos de sujeción de discos de freno
Aplicaciones Industriales
Inspección de la línea de pegado en palas de aerogeneradores
Superficie de GFRP
Largueros de GFRP
Pegado con EPOXY
Objetivo: Inspeccionar la línea de pegado entre las superficie y los largueros
Defectos: Pegado defectuoso (en general falta de expoxy)
Aplicaciones Industriales
Inspección de la línea de pegado en palas de aerogeneradores
GFRP
GFRP
EPOXY
DEFECTO
ARRAY
HA
Z
Aplicaciones Industriales
Inspección de la línea de pegado en palas de aerogeneradores
Barrido mecánico en X e Y
Baja resolución lateral
Barrido mecánico sólo en X
Alta resolución
Aplicaciones Industriales
Inspección de la línea de pegado en palas de aerogeneradores
Aplicaciones Industriales
Detección de fibras rotas en palas de aerogenerador
Objetivo: Detectar la rotura de fibras de vidrio en capas delgadas de GFRP
Defectos: Fibras rotas
Aplicaciones Industriales
Detección de fibras rotas en palas de aerogenerador
Las fibras rotas se detectan por un cambio en el patrón de interferencia generado por el material
El C-Scan convencional no es de utilidad en este caso
Se desarrolló un nuevo método GFRP-Scan
Aplicaciones Industriales
Detección de fibras rotas en palas de aerogenerador
Muchas gracias
Aplicaciones Phased Array
La norma ASME obliga a inspeccionar la soldadura con distintos ángulospara cubrir toda el volumen dela zona afectada térmicamente.
Utilizando tecnología PA se reduce La cantidad de transductores a 2Permitiendo cubrir en forma electrónicatodo el volumen de la soldadura
TOFD (Time-Of-Flight Diffraction)
Emisor Receptor
Señal recibida
Unión de lasoldadura
AB
C
D
A
B
C
D
Tiempo de vuelo (μs)
Emisor Receptor
Señal recibida
Unión de lasoldadura
AB
C
D
A
B
C
D
tLtB tC tBW
Tiempo de vuelo (μs)
TOFD (Time-Of-Flight Diffraction)
TOFDConfiguración
N0
α
f
cfDN
fc
DNFIELDNEAR
FIELDNEAR
44
2
)(0
2
)(0
Dfckarcsin
Parámetros delTransductor
(D) Diámetro (f) Frecuencia
Parámetros del Material
(c) Velocidad
DIVERGENCIA DEL HAZ
CAMPO CERCANO
Transductor Divergencia del haz
TOFD Configuración
Dirección de propagación (z)
Cristal piezoeléctrico
cD
TOFDProcesamiento de la señal
Emisor(T1)
Receptor(T2)
Velocidad dePropagación (c)
S1
1)()(2
20
2
20
b
yya
xx
(0,0)
Elipse 1 Elipse 2
x
y
(x0, y0) son las coordenadas del centro de la elipse a y b son los semiejes mayor y menor de la elipse
1)(2
1
2
21
21
21
dy
dSSx S1 es la mitad de la distancia entre los transductores T1 y T2
d1 es la profundiada medida por el tranductor T2
Receptor(T3)
1)(22
2
22
22
22
dy
dSSx S2 es la mitad de la distancia entre los transductores T1 y T3
d2 es la profundiada medida por el tranductor T3
Ecuación de una elipse:
Ecuación de la elipse 1:
Ecuación de la elipse 2:
S1
d1S1
S2S2
d2
Cálculo de la posición de los defectos (x, d)
TOFD Procesamiento de la señal
Cursores hiperbólicos
xy
z
z
y
En las imágenes obtenidas con la técnica TOFD existen deformaciones, en forma de hipérbola, en losextremos del reflector.
Esto es debido a que el campo acústico es muy ancho y en una posición determinada del barrido (y) se ven los defectos que están en posiciones cercanas (y’).
y1 y2 y3 y4
Y (Distancia de barrido) mm
y1 y2 y3 y4TOF (Tiempo de vuelo) us
TOFD Procesamiento de la señal
1)(4 22
2
22
22
dS
ydS
tc