tÉcnicas para la inspecciÓn efectiva de componentes

Del 01 al 04 de Septiembre del 2014 of 18

TÉCNICAS PARA LA INSPECCIÓN EFECTIVA DE

COMPONENTES MECÁNICOS CON GEOMETRÍA COMPLEJA.

Alejandra Salazar Reyes

Investigador, Instituto de Investigaciones

Eléctricas [email protected]

Reforma 113, Palmira, 62490 Cuernavaca, Morelos

Antonio Carnero Parra Investigador,

Instituto de Investigaciones Eléctricas

[email protected]

Reforma 113, Palmira, 62490 Cuernavaca, Morelos

Alfonso Rivera Pérez Jefe de Departamento,

Laboratorio de Pruebas de Equipos y Materiales

(LAPEM- CFE)

[email protected] Av. Apaseo Ote s/n, Cd.

Industrial, 36541 Irapuato, Guanajuato

Rodolfo Muñoz Quezada Investigador,

Instituto de Investigaciones Eléctricas

[email protected] Reforma 113, Palmira, 62490

Cuernavaca, Morelos

RESUMEN

La aplicación de ultrasonido convencional, para la inspección no destructiva de componentes mecánicos con geometría compleja, presenta enormes desventajas comparado con la aplicación de ultrasonido en arreglo de fase (phased array).

La aplicación de ultrasonido en arreglo de fase, nos proporciona una gran flexibilidad derivada de su capacidad para realizar electrónicamente el enfoque del haz ultrasónico y proporcionarle características específicas en la dirección de exploración/inspección requerida para la inspección.

Las extensas capacidades de los sistemas de ultrasonido en arreglo de fase (phased-array) nos ayudan a mejorar la sensibilidad y detectabilidad de fallas, proporcionando la solución anhelada a muchas aplicaciones de inspección no destructiva.

Las ventajas que ofrecen las extensas capacidades de ultrasonido en arreglo de fase, se

convierte en desventajas al hacer que sea más difícil para el inspector determinar la selección de transductores y la configuración del equipo detector de fallas.

Cuando la geometría del componente es compleja, como suele ser la geometría de los componentes de turbomaquinaria, la determinación de los parámetros de configuración del equipo detector, se vuelve aún más compleja, requiriendo de análisis de ingeniería previos para determinar con efectividad los parámetros y procedimiento de cómo se llevara a cabo la inspección, a fin de garantizar una alta sensibilidad y detectabilidad durante la inspección, lo que se traducirá en una alta probabilidad de detección de fallas. El análisis de ingeniería previo para la inspección efectiva de un componente mecánico, requiere de un programa que provee una plataforma de simulación numérica de la


propagación del haz ultrasónico en arreglo de fase. La interfaz del programa debe permitir integrar en la simulación numérica:

• La geometría (CAD 3D) del componente mecánico,

• Programar las leyes focales/retardo para direccionar y focalizar el haz ultrasónico a nuestra zona de interés;

• Analizar en imágenes y animaciones la propagación del haz ultrasónico, visualizar

sus efectos colaterales (como distorsión y dispersión del haz) que le restan confiabilidad a la inspección

Las características de los resultados de la simulación numérica, permiten que los procedimientos de inspección sean más rápidos, más fáciles, más confiables, menos costosos, pero sobre todo que nos aseguren una alta probabilidad de detección (POD).

Otro problema común de encontrar al inspeccionar componentes de turbomaquinaria y en general equipo de generación eléctrica es su espesor, que en algunos casos son mayores a tres pulgadas y con geometría irregular, o bien que su material de fabricación es un acero austenítico. En estos casos la conjunción de las técnicas de inspección TOFD + Phased Array, incrementan substancialmente la probabilidad de detección, aunque su configuración debe previamente ser simulada para asegurar la eficacia en su aplicación.

El artículo trata mediante el análisis de algunos ejemplos de inspección de componentes,

sobre la importancia de la simulación numérica, como una herramienta para la especificación de las características del hardware (transductores y equipo/sistema detector), así como para determinar estrategias óptimas de inspección.

PALABRAS CLAVE

Pruebas No Destructivas (NDT),Ultrasonido en arreglo de fases, Time of flight Diffraction, Componentes de geometría compleja.

NOMENCLATURA

A Apertura activa de un arreglo de fase e Espesor de cada elemento en un arreglo de fase f Frecuencia FBH Flat botton hole g Espaciado entre elementos de un arreglo de fase IIE Instituto de investigaciones eléctricas PAUT Phased array ultrasound SDH Side drilled hole

PCS Probe center spacing


UT Ultrasonido convencional 1D Transductor lineal de un solo eje x

2D POD NDT

Transductor con ejes x e y Probability of detection No destructive testing

TOFD Time of flight Diffraction

INTRODUCCIÓN

Existen varias propuestas en el mercado de sistemas para llevar a cabo inspecciones no destructivas con ultrasonido en arreglo de fases o Phased array ultrasound (por sus siglas en

inglés PAUT) de diversos componentes; tanto en forma manual como automatizada. Toda la documentación al respecto de dichos sistemas coincide en la necesidad de establecer planes de inspección específicos para cada componente. Lo anterior es cierto si se desea evaluar de manera confiable las zonas críticas de cada uno de los componentes.

Cuando hablamos de ultrasonido PAUT, los inspectores son capacitados con ejercicios estándar, donde la pieza de ensayo por lo general es una placa plana y las indicaciones son SDH, FBH o ranuras. Sin embargo al trabajar en campo inspeccionando componentes/elementos mecánicos de geometría compleja, es poco probable obtener resultados que sean similares/comparables a los ejercicios estándar.

Al finalizar la inspección, el inspector obtendrá y debe analizar una gran cantidad de información con múltiples ecos (que pueden estar asociados con los diferentes ángulos programados en el software). Una incorrecta interpretación de los ecos provenientes de la geometría, puede llevarlo a omitir alguna indicación crítica que lleve a la falla catastrófica del componente con las consecuencias que ello representa. Es en este punto donde las capacidades del ultrasonido PAUT, pueden convertirse en sus principales desventajas.

En la aplicación de ultrasonido PAUT, conocer de forma anticipada el comportamiento que el haz ultrasónico tiene al pasar a través de un componente es la forma más confiable de

desarrollar un método de inspección efectivo. Dado que la geometría de los componentes mecánicos de turbomaquinaria suele ser compleja, es imperativo que el inspector esté familiarizado con las respuestas obtenidas de la geometría del componente y de esa forma esté capacitado para distinguir la presencia de alguna indicación.

ANTEDECENTES

Desde el año 2008 el IIE ha incluido en el desarrollo de sus sistemas automáticos de

inspección, la simulación de inspección no destructiva por medio de ultrasonido PAUT, para garantizar la confiabilidad de sus métodos/procedimientos de inspección.


Con la aplicación de la plataforma para simulación de ensayos no destructivos CIVA (Extende & CEA List), se han analizado/estudiado diversos escenarios y seleccionado con mejores bases, los transductores/transductores, leyes focales y secuencias de inspección.

CIVA, es una plataforma experta dedicada al ensayo no destructivo. Está compuesto de módulos de simulación, imagen y análisis, los cuales permiten concebir u optimizar técnicas de inspección y predecir su comportamiento en configuraciones NDT reales [5]. Emplea métodos aproximados y semi-analítico para modelar y simular la ecuación diferencial de propagación de la onda. En el modelado de la interacción hazdefecto/discontinuidad se aplican el método de aproximación de Kirchhoff, GTD y SOV.

En el presente trabajo, se describen tres ejercicios donde se muestran algunas de las soluciones que la simulación aporta en la selección de transductores en la técnica de inspección y en los parámetros del método de inspección que pueden ajustarse con ayuda de la simulación.

En el primer ejercicio se observan los efectos que la frecuencia, tamaño del elemento y apertura tienen sobre la propagación del haz ultrasónico. El segundo ejercicio muestra la influencia que tiene la geometría de la superficie de la pieza de ensayo en la propagación y aplicación de leyes focales. En el último ejercicio se describe un escenario en que la selección de la técnica de inspección es influenciada por las características ultrasónicas del material de inspección.

DESARROLLO

El ultrasonido en arreglo de fases (PAUT) fue inicialmente aplicado en medicina para después saltar al campo industrial a inicios de los años ochenta. Su empleo como un método NDT ocurrió hasta inicios de los noventa, pero su aplicación era reducida por el alto costo del equipo. El desarrollo de materiales piezoeléctricos-compuestos y software avanzado para la simulación numérica, hicieron posible extender el campo de aplicación del ultrasonido PAUT y reducir el costo de los equipos portátiles.

La principal desventaja del Ultrasonido Convencional (UT), comparado con ultrasonido en arreglo de fases es su baja capacidad de detectabilidad, (baja sensibilidad y resolución); relacionada a una pobre capacidad de direccionamiento del haz dentro de la pieza de ensayo. Lo anterior significa que durante un ensayo UT solo aquellos defectos que se encuentren bien orientados (normales) con respecto a la trayectoria del haz podrán ser detectados y evaluados.

Para defectos con otra orientación el ultrasonido UT ofrece la posibilidad de emplear transductores con zapata que direcciona el haz en un ángulo fijo, dejando sin inspeccionar todos los demás ángulos. Como resultado si se desea llevar a cabo una inspección confiable es necesario tener múltiples transductores y zapatas, para inspeccionar con cada uno una región específica. Lo anterior representa gran cantidad de tiempo y trabajo empleado en cambiar calibrar e inspeccionar con cada transductor. Para eliminar los problemas de detectabilidad, debido a la falta de capacidad para direccionar el haz ultrasónico en múltiples direcciones y a la mala focalización, se emplean transductores


en arreglo de fase (PAUT). Su principal característica es la excitación controlada electrónicamente, de varios elementos piezoeléctricos para generar un haz ultrasónico

focalizado al que puede modificar los parámetros como ángulo, distancia focal, y tamaño de la zona de focalización [8]. Lo anterior permite una inspección en múltiples direcciones, con lo que se logra detectar indicaciones sin importar su orientación y cubriendo un amplio rango de profundidades que minimizan las zonas ciegas que el ultrasonido convencional presenta, reduciendo al máximo el desplazamiento del transductor.

Un transductor en arreglo de fases está formado por varios pequeños cristales hechos de material piezoeléctrico compuesto. Los arreglos básicos son lineal (1D), matricial (2D) y anular; otros arreglos pueden obtenerse modificando los arreglos básicos. Visto de forma práctica un transductor en PAUT puede compararse a varios transductores de ultrasonido convencional alineados uno junto a otro, pero con una capacidad de direccionamiento superior.

Para direccionar el haz los elementos son excitados por grupos aplicando retardos en el tiempo entre los grupos así, cada grupo se excita con una pequeña diferencia de tiempo con respecto al siguiente (retardo). Así se crean varios frentes de onda acústica que al combinarse forman un solo frente (leyes focales) cuya dirección es fácilmente controlada.

Para seleccionar un transductor útil para una aplicación específica se revisan diferentes parámetros entre ellos el tamaño de los elementos (e), espacio entre elementos (g), apertura

activa (A), apertura pasiva (H) y frecuencia (f). En la Figura 1 se pueden identificar las referencias físicas de los transductores en arreglo de fase.

Figura 1. Referencias físicas de un transductor en arreglo de fases.

SELECCIÓN DE UN TRANSDUCTOR SEGÚN SUS PARÁMETROS FÍSICOS

Aún para aplicaciones “sencillas” como la inspección de una placa plana, la selección de un transductor PAUT debe realizarse cuidadosamente. Si el tamaño de los elementos y la frecuencia no son los adecuados el haz ultrasónico resultante presentará lóbulos laterales, que


no son más que parte del haz principal que se desvía de la dirección deseada; cuya presencia afecta la capacidad de direccionamiento del haz y provoca indicaciones falsas.

El tamaño del elemento se relaciona directamente con la longitud de onda del material (razón

de la velocidad ultrasónica del material y la frecuencia). Cuando el ancho de los elementos es mayor a la longitud de onda se presentan lóbulos, En la Tabla 1 se muestra el caso de un transductor 1D de 16 elementos y frecuencia de 2.25 MHZ, el material es un acero con velocidad de 5,890 m/s para ondas longitudinales. En este caso no se han aplicado leyes focales al transductor, la zapata es plexiglas a cero grados. La pieza de ensayo es una placa plana con espesor de cuatro pulgadas.

El perfil del haz correspondiente a un elemento con tamaño menor a la longitud de onda (0.6 mm) presenta el perfil mejor definido igual que la envolvente de los A-Scan.

Tabla 1.- Propagación del haz ultrasónico de un transductor en arreglo de fases de 16 elementos y

frecuencia de 2.25 MHZ. La forma de onda de los A-Scan es afectada por el incremento en el

tamaño del elemento.

El efecto de la presencia de los lóbulos laterales se intensifica cuando al transductor se le aplican leyes focales. En la Tabla 2 se muestra el mismo caso del transductor lineal de 16 elementos ahora con frecuencia de 5 MHZ. Las leyes focales consisten de un escaneo sectorial de 30 grados (-15 a +15 grados, común para calibrar los equipos comerciales PAUT).

e = 0.6 mm

e = 1.30 mm

e = 1.8 mm


Tabla 2.- Propagación del haz ultrasónico de un transductor en arreglo de fases de 16 elementos y

frecuencia de 5 MHZ. No solo la forma de onda de los A-Scan es afectada por el incremento

en el tamaño del elemento, la aplicación de leyes de retardo sectoriales intensifica la

presencia de lóbulos causados por el incremento en el tamaño del elemento. La pieza de

ensayo es una placa plana con espesor de cuatro pulgadas.

En este ejercicio conforme se cambia el tamaño del elemento, la presencia de lóbulos se aprecia mejor en los elementos correspondientes a los extremos del arreglo. Aunque es cierto que en los catálogos de transductores el tamaño de los elementos y la frecuencia guardan relaciones seguras e incluso se clasifican en diferentes aplicaciones según el material, no es recomendable confiar en dicha clasificación sin antes medir la velocidad ultrasónica del material y evaluar la relación con el tamaño del elemento.

Por otro lado, la selección de la frecuencia de cualquier transductor siempre está ligada a las

dimensiones de la indicación más grande que se puede omitir [7], de esta forma se utiliza comúnmente la mitad de la longitud de onda calculada para asegurar que las indicaciones mayores podrán ser identificadas. Sin embargo este cálculo no toma en cuenta otras características del material entre ellas la atenuación y el aumento que esta sufre cuando se incrementa la frecuencia.

Generalmente el inspector selecciona la frecuencia teniendo en cuenta el espesor de la pieza y el tamaño de los defectos que busca e idealmente asume que un transductor con mayor frecuencia posee un haz bien definido y sin divergencia. En la Tabla 3 se muestra el caso de tres transductores con frecuencias distintas, la atenuación se ha mantenido constante y las leyes aplicadas son un escaneo sectorial de 30 grados. La forma de la envolvente de los A-Scan correspondientes al transductor de 10 MHZ no es propiamente la que posee el pulso más estrecho y mejor definido.

e= 0.4 mm

e= 0.59 mm

e= 1.8 mm


Tabla 3.- Ensayo con atenuación constante de 0.045 dB/mm en una placa de 4 pulgadas de espesor y

velocidad de 5890 m/s, con transductores de 2.25, 5 y 10 MHZ. Las leyes focales aplicadas son un escaneo

sectorial de 30 grados.

En el mismo sentido es práctica común asegurar que para inspeccionar adecuadamente un

componente de pared gruesa o con alta atenuación es suficiente con seleccionar un transductor de frecuencia baja, pero en el caso del transductor de 2.25 MHZ y 16 elementos de la Tabla 3 se debe hacer una excepción. Para evitar una mala selección de la frecuencia del transductor, está siempre debe ir acompañada de la evaluación de la apertura del arreglo para que este sea adecuado.

SELECCIÓN DE UN TRANSDUCTOR SEGÚN LA SUPERFICIE DE CONTACTO

El estudio del haz/pulso ultrasónico en componentes cuya superficie de entrada es cóncava ya ha sido abordado. Se conoce la existencia del fenómeno de acortamiento de longitud focal debido a que la interface curva y la onda incidente se comportan en forma semejante a un haz de luz pasando a través de una lente cóncava.

La geometría óptica usa rayos de luz que pueden ser dibujados como líneas rectas. Aplicado a los fenómenos de refracción y reflexión es posible una clara representación de ellos [6]. Aunque este método no toma en cuenta la estructura de la onda/pulso ultrasónico (longitud de onda y fenómenos de difracción).

f de 2.25 MHZ, 16 elementos

, e de 0.6 mm

f de 5 MHZ, 16 elementos, e

de 0.4 mm

f de 10 MHZ, 16

elementos, e de 0.2 mm


Figura 2.- Incidencia de una onda esférica en una superficie cóncava.

Cuando una onda plana golpea una interface cóncava con velocidad del medio dos (c2) mayor que la velocidad en el medio uno (c1), sólo los rayos incidentes a ángulos cercanos al eje axial del haz pueden pasar sin ningún cambio angular y las fórmulas de reflexión y refracción

simples pueden aplicarse a estos. Igual que en un espejo o lente cóncavo debido a que los rayos laterales son refractados a un ángulo que es mucho más grande conforme se alejan del rayo axial ocurre concentración (como puede apreciarse en la figura 2) y la presión acústica incrementa o disminuye a lo largo del eje axial.

Como un transductor PAUT trabaja con el mismo principio de un transductor UT, los efectos de este acortamiento focal están también presentes. Si un transductor UT o PAUT emiten un frente de onda plano con ángulo de incidencia cero, la superficie actúa como lente cóncavo que condensa el haz; siempre que la relación de velocidades de la interface sea mayor que uno (c2 / c1).

La distancia focal (df) depende del radio de la superficie y se puede calcular con la ecuación 1.0

𝑑𝑓 =1

1−(𝑐2𝑐1) (1)

La relación entre las distancias del punto emisor de las ondas esféricas a la superficie (a) y

el punto donde el haz se condensa (b) sobre el eje axial se evalúa con la ecuación 2.0

1

𝑏=

(𝑐2𝑐1)

𝑎=

1

𝑑𝑓 (2)

En la Tabla 4 se muestra el trazado de rayos de un transductor convencional de 2.25 MHZ,

con diámetro 6.36 mm, aunque la huella del transductor es pequeña cuando el radio de curvatura disminuye el fenómeno de concentración del haz es marcado y más cercano a la superficie.


Tabla 4.- Trazado de rayos y propagación del haz para un transductor de 2.25 MHZ, con diámetro de

6.35 mm.

Radio

(mm) 35

50

77.5

Como se había mencionado anteriormente la concentración del haz ocurre de la misma forma

en transductor PAUT, la Tabla 5 muestra el trazado de un transductor de 32 elementos y 5 MHZ, tamaño de elemento de 0.6 mm y apertura de 19.2 mm. Primero con leyes focales nulas (disparo de todos los elementos al mismo tiempo) y luego con un escaneo electrónico de 16 elementos con avance de 1 elemento. Se ensayaron los mismos diámetros de la Tabla 4 se observa que la distancia b no se modifica al aumentar la frecuencia.

A pesar que el efecto de concentración también deforma el haz con PAUT la intensidad cercana a la superficie es mejor comparada con transductores convencionales. A pesar que la concentración está presente con transductores PAUT, la capacidad de direccionamiento de estos permite el uso de otras leyes focales que puedan ser útiles.

Trazado de rayos

Propagación del haz

Forma de onda del A - Scan.


Tabla 5 Trazado de rayos y propagación del haz para un transductor de 5 MHZ de 32 elementos.

Radio

(mm)

35

50

77.5

En la Tabla 6 se muestra la propagación y trazado de rayos del mismo transductor de 5 MHZ, ahora se han aplicado leyes sectoriales de 30°, al aplicar las leyes focales el trazado individual de cada rayo se asemeja al rayo que pasa muy cerca del eje axial del transductor descrito al inicio del ejercicio, por ello la concentración no tiene un impacto importante.

Sin leyes de

retardo

Escaneo lineal de 16

elementos

Propagación del haz con escaneo

lineal.


Tabla .6 Trazado de rayos para un escaneo sectorial de 30° y propagación del haz para un transductor

de 5 MHZ de 32 elementos con apertura de 19.2 mm.

Radio

(mm) 35

50

77.5

Para desarrollar un método de inspección donde la pieza ensayo sea una superficie cóncava con transductores PAUT cuyo ángulo de incidencia sea plano, se debe tener en mente la presencia de concentración del haz causada por la geometría y su mayor influencia en radios

de curvatura pequeños. Para evitar que las leyes focales aplicadas creen zonas ciegas debidas a la concentración se recomienda no aplicar la regla del avance del 75% de la cara del

Trazado de rayos

Propagación del haz


transductor en la dirección principal de inspección (eje x). Finalmente como se observa en las Tablas 5 y 6 para radios pequeños la apertura del arreglo PAUT debe ser reducida ya que

los elementos de los extremos al emitir los pulsos ultrasónicos forman lóbulos causados por la curvatura.

SELECCIÓN DE TÉCNICA INSPECCIÓN BASADA EN PROPIEDADES DEL MATERIAL

La selección de transductores y técnica de inspección en el caso de materiales con alta atenuación y microestructura austenítica no es una tarea fácil. Típicamente encontramos esta combinación en el material de los anillos de retención de grandes generadores eléctricos, en este ejercicio se revisa brevemente las capacidades del ultrasonido PAUT para inspeccionar este material.

El acero austenítico 18Mn5Cr (ASTM A289) comúnmente usado para la fabricación de anillos de retención, se ha identificado, como susceptible a padecer el fenómeno de agrietamiento por corrosión inter granular bajo esfuerzos (Inter Granular Stress Corrosion Cracking) por los altos esfuerzos mecánicos que soporta el anillo y la presencia de humedad. Cuando ocurre el fenómeno de corrosión inter granular, se desarrollan micro fisuras que con el tiempo crecen a una alta velocidad debido a la baja resistencia a la fractura del material, representando estás una potencial falla. Se ha recomendado el cambió de los anillos de

retención por aquellos hechos de 18Mn18Cr, mientras este cambio es hecho los anillos deben inspeccionarse en búsqueda de pequeñas indicaciones.

El uso de ´difracción del tiempo de vuelo (TOFD) para inspeccionar estos elementos ya ha sido documentado por Webber [9] con buenos resultados. A diferencia de la técnica PulsoEco, que usa la atenuación de la señal reflejada para obtener un tamaño aproximado, el TOFD usa las diferencias de las señales difractadas sobre la base de tiempo para poder evaluar mejor el tamaño de un defecto.

Al tratarse de un material con alta atenuación, la norma ASTM A745 recomienda el uso de frecuencias bajas con la técnica pulso-eco, debe recordarse que la atenuación y la velocidad ultrasónica del material suelen incrementarse cuando la frecuencia es más alta. Por ello la medición de velocidades y atenuación en el material del anillo, que se usarán para llevar a cabo las simulaciones debería hacerse con diferentes frecuencias y simularse las mismas. Además, el ancho del pulso (A-scan) tanto de la onda lateral como del anillo de tiempo de pared (B-scan), son dependientes de la frecuencia. Con frecuencias bajas el anillo de tiempo (B-scan) es más ancho y puede ocultar defectos considerables cercanos a la pared posterior.

Tomando el caso de un acero austenítico de 86 mm de espesor, velocidad de 5500 m/s atenuación de 0.3 dB/mm y un transductor con frecuencia de 3 MHZ aplicando TOFD. Es

práctica común usar un foco al 66.6 % del espesor de la pieza y calcular el PCS (Probe center spacing) con trigonometría.


Tabla 7.- Propagación del haz ultrasónico para configuración TOFD en un acero austenítico de 86 mm

de espesor, transductor de 3 MHZ, con PCS según el ángulo de refracción: 66.2, 96.21, 114.6, 172, 136.6,

198.6, 428 en milímetros.

Ángulo de

refracción

Propagación del haz Vista 3D

30°

40°

45°

45°

50°

60°

75°


El estándar recomienda el uso de un arco cercano a 120° entre los rayos centrales de los transductores, debido al espesor del material y atenuación del material, se requiere un PCS

muy grande que deforma el perfil del haz. Con piezas de espesor considerable, para tener un foco adecuado se debe reducir el PCS y el ángulo de refracción. Para desarrollar una técnica para inspeccionar anillo de retención con espesores superiores a 70 mm se propone usar el control de apertura que poseen los transductores PAUT [3] y reducir el número de escaneos necesarios para cubrir todo el espesor (en TOFD se requieren varios escaneos con PCS diferente).

Para probar las capacidades del TOFD hecho con PAUT a la pieza descrita antes, se han añadido SDH de 1mm a 33, 43, 53, 63, 73 y 85 mm. En la Tabla 8 se muestran los resultados obtenidos donde se ha ensayado un transductor de 64 elementos de diferentes frecuencias, se aplicó un escaneo electrónico de 32 elementos con paso de 1 elemento, el ángulo de refracción es de 30°, PCS de 80 mm.

Con frecuencias de 2.25 MHZ el anillo de tiempo de la pared posterior es más ancho y la onda lateral se aprecia. Con frecuencias de 5 y 10 MHZ la zona inspeccionada se reduce a cerca de 50 mm, el barreno ubicado en 85 mm puede identificarse con 10 MHZ como una deformación del anillo de tiempo.

Por último en la Tabla 9, se muestra un escaneo TOFD de un transductor PAUT sobre una sección de anillo de retención en la que el espesor es de 86 mm, en este caso las leyes focales son un escaneo sectorial de 30° (paso de 1°), se incluyeron los SDH descritos anteriormente.


Tabla 8.- TOFD con escaneo electrónico de 32 elementos de un transductor lineal de 64 elementos a

diferentes frecuencias y PCS constante de 80 mm. La apertura de los transductores PAUT permite

cubrir la profundidad de la pieza e identificar 5 de los 6 SDH de 1 mm.


Tabla 9. Escaneo TOFD con transductor PAUT de elementos, frecuencias de 5 MHZ en un acero

austenítico.

Tanto en el caso de escaneo eléctronico o sectorial la mejor cobertura de toda la profundidad del anillo se observa con frecuencias bajas y transductor con una apertura activa considerable. Si se desean pulsos estrechos cerca de la pared posterior es recomendable usar frecuencias cercanas a 5 MHZ, pero la profundidad deberá dividirse en dos zonas con diferente PCS (igual que TOFD con UT).

Aunque en este ejercicio no se abordaron los ecos provenientes de la geometría del anillo, se debe tener presente que la inspección de este tipo de componentes debe ser cuidadosa, para lograrlo puede inspeccionarse en TOFD con transductores PAUT y complementarse con UT Pulso-Eco.


AGRADECIMIENTOS

Al Laboratorio de Pruebas de Equipos y Materiales (LAPEM) de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), por financiar el desarrollo del Sistema de inspección no destructiva de anillos de retención de generadores eléctricos.

REFERENCIAS

[1] ASTM A288 “Standard specification for alloy Steel forgings for nonmagnetic retaining

rings for generators”.2008.

[2] ASTM E2373-09 “Standard practice for use of the ultrasonic time of flight diffraction

(TOFD). 2009”.

[3] Brillon C.,Armitt T. and Dupuis O. “TOFD inspection with Phased Array”.17th World

conference on nondestructive testing, Shangai, China, 2008.

[4] C. J. Martín, R Gonzalez, “Ultrascope Tofd:un sistema compacto para la captura y

procesamiento de imagénes tofd”, IV Conferencia panamericana de END, Buenos Aires-

Octubre 2007.

[5] CIVA V11 “Software Trainning Course” Notes. Magsoft Corporation. 20013.

[6] Krautkramer J and Krautkramer H, “Ultrasonic testing of materials”, 3ª Edición Springer-

Verlag Heidenberg New York 1983.

[7] “Nondestructive evaluation system reliability asssessment, Handbook”. Department of

defense United States of America, MIL-HDBK-1823A, 2009.

[8] “Phased Array Probes and Wedges, Technical Notes”, (Catalog), Olympus NDT, 2009.

[9] S. A. Webber, “Five years of testing using the semi-automated ultrasonic time of flight

diffraction system”, 10th APCNDT Brisbane, 2001.

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