Teste ultrassônico Phased Array: um tutorial

Jul 23, 2023

Fonte: Getty Images e Birring EQM

O Phased Array (PA), comumente referido como ultrassom na área médica, foi estendido para aplicações industriais e está substituindo rapidamente os testes ultrassônicos (UT) de feixe angular convencionais. Embora os testes ultrassônicos convencionais utilizem sondas de cristal único com um ângulo de feixe fixo, como 0⁰, 45⁰, 60⁰ e 70⁰, o phased array, aplicando atrasos de tempo em vários cristais, varre o feixe em uma variedade de ângulos. Este recurso permite cobertura e inspeção completas com uma única sonda Phased Array em vez de múltiplas sondas de ângulo fixo. Os atrasos aplicados aos cristais individuais são calculados matematicamente para focar e varrer o feixe. Estas são chamadas de leis focais. O uso de uma única sonda PA em vez de múltiplas sondas convencionais permite a simplificação de scanners UT manuais, mecânicos e automatizados. Outra vantagem do teste ultrassônico Phased Array em relação ao ultrassom convencional é que enquanto o UT convencional exibe um sinal A-scan baseado no tempo, o UT Phased Array exibe uma imagem setorial representando a seção transversal da peça testada. A imagem setorial é muito mais fácil de entender e interpretar em vez de um sinal A-scan que requer plotagem em um desenho de componente. A Figura 1 mostra a sonda Phased Array colocada em um bloco de aço com três furos laterais e um entalhe. A imagem correspondente mostra uma relação 1:1 mostrando os três furos facilitando a compreensão e interpretação do técnico. Exibições semelhantes podem ser vistas ao inspecionar soldas e outras geometrias complexas.

Embora o PAUT esteja se tornando uma abordagem popular para inspeções não destrutivas, é importante que os usuários compreendam esta tecnologia, suas limitações e como ela deve ser aplicada.

Abreviações de Phased Array: Abertura Ativa, A - número de elementos ativos x tamanho do elemento; tamanho do elemento - tamanho do cristal; F- Distância focal; f - frequência em MHz; λ - comprimento de onda; v - velocidade; tamanho do ponto focal = F λ/A

Seleção de Sonda: A seleção da sonda PA é muito importante para testes de phased array. A frequência da sonda e sua abertura ativa definem o foco do feixe que por sua vez define a resolução da imagem. Sondas com frequência mais alta e abertura ativa maior terão foco mais nítido e imagens de resolução mais alta. Assim, uma sonda de 5 MHz 32 x 1,0 mm terá melhor resolução do que uma sonda de 5 MHz 32 x 0,6 mm ou uma sonda de 2 MHz 32 x 1,0 mm. E um 16 x 1,0 mm de 5 MHz terá o mesmo tamanho de ponto focal que 32 x 0,5 mm de 5 MHz. Ambos têm a mesma abertura ativa de 16 mm

Instrumento: O instrumento Phased Array deve ter a capacidade de pulsar todos os elementos necessários da sonda. Assim, para utilizar totalmente uma sonda de 32 elementos, o instrumento deve ter no mínimo 32:128. Ao usar um scanner, o instrumento deve ter a capacidade de salvar dados brutos juntamente com as informações de posição do codificador.

Digitalização: A inspeção PAUT pode ser feita em modo manual ou pode usar scanners. Os scanners podem ser manuais, push-pull ou motorizados, conforme usado em UT automatizado. Todos os scanners incluem saída de codificador para armazenar informações de posição com os dados brutos.

Cobertura de digitalização: As varreduras devem mostrar 100% de cobertura do volume que está sendo inspecionado. Cobertura não significa apenas inundar o volume com som, mas também garantir que o som seja refletido de volta para a sonda. Isto é importante quando são esperados refletores planares, como falta de fusão. As falhas planares agem como espelhos e refletem o feixe com base no ângulo de incidência.

Blocos de calibração: Ao realizar inspeções de código, a curvatura e a espessura do bloco de calibração devem estar de acordo com o código aplicável. Por exemplo, ao realizar inspeções de tubulação ASME, blocos de calibração curvos devem ser usados ​​para diâmetros inferiores a 20 polegadas com refletores de calibração conforme especificado na ASME V, Art 4.

Nível de referência: Este valor refere-se à configuração de ganho. A configuração de ganho é estabelecida nos refletores de calibração conforme exigido pela especificação e normalmente ajustada para obter 80% da altura da tela cheia (FSH). Para inspeções ASME, o ganho deve ser definido não apenas para obter 80% de FSH em um ângulo, mas 80% de FSH para todos os ângulos ao longo da faixa de ângulo de varredura e da faixa de inspeção. Portanto, se a faixa do ângulo de varredura for de 40⁰ a 65⁰, a calibração deverá garantir 80% de FSH para cada ângulo e para que os refletores cubram todo o caminho do som. Este processo é feito seguindo etapas de calibração que ajustam o ganho para cada ângulo ou lei focal. Um ganho corrigido no tempo (TCG) é aplicado para ajustar o ganho na faixa do caminho sonoro.