Compreendendo o exame ultrassônico na indústria de energia

Ensaios não destrutivos (NDT) referem-se à inspeção de materiais para garantir sua integridade e facilidade de manutenção sem danificar os componentes no processo. Existem vários métodos NDT usados ​​pelos inspetores, mas uma das técnicas mais usadas na indústria de energia é o teste ultrassônico.

O teste ultrassônico (UT) usa o mesmo princípio do sonar naval. Quando o sonar, um termo que se originou como um acrônimo para "leitura de navegação por som", passa pela água e atinge um objeto, uma parte do som é refletida no submarino e fornece uma medida de distância até o objeto.

Antes da Segunda Guerra Mundial, o sonar inspirou os primeiros inspetores de ultrassom a explorar maneiras de aplicar o conceito a outras aplicações. Já em 1929, eles realizaram estudos para usar ondas ultrassônicas na detecção de objetos de metal. Na década de 1940, os inspetores desenvolveram técnicas ultrassônicas usando sondas de pulso-eco analógicas de elemento único.

Com a técnica analógica, o som é introduzido em uma parte componente usando um transdutor ultrassônico de elemento único (sonda) que converte piezoeletricamente impulsos elétricos da máquina detectora UT em ondas sonoras mecânicas. O transdutor reconverte transformando o som de volta em impulsos elétricos que podem ser exibidos em um tubo de raios catódicos. Um líquido ou gel chamado acoplante é usado para transmitir o som para a peça. Os tipos mais comuns de ondas sonoras usadas em inspeções industriais são onda de feixe longitudinal (reta) e onda de feixe transversal (angular), com frequências UT entre 1 MHz e 10 MHz.

Feixe Reto. Quando os inspetores usam onda reta (Figura 1), ondas longitudinais são enviadas através da peça. Devido à distância, se o som atingir um refletor interno, o som é transmitido de volta ao transdutor mais rapidamente do que o som que retorna da parede traseira da peça.

1. Técnica de feixe reto analógico. Cortesia: Sociedade Americana de Testes Não Destrutivos (ASNT)

Viga angular. A inspeção de feixe angular usa o mesmo tipo de transdutor, mas montado em uma cunha angular para transmitir o feixe de som para a peça em um ângulo conhecido. Um transdutor de feixe angular e uma combinação de cunha movem-se para frente e para trás em direção a uma solda, por exemplo, para que o feixe de som passe por ela. Assim como no feixe reto, os refletores alinhados aproximadamente perpendiculares ao feixe de som enviarão o som de volta ao transdutor. Isso é então exibido na tela da máquina detectora UT.

O avanço da indústria de testes não destrutivos (NDT) observou a tendência emergente de mais e mais tecnologias digitais.

Matriz Faseada. O teste ultrassônico Phased Array (PAUT, Figura 2), uma técnica digital comum, usa um transdutor com vários elementos que podem ser ativados individualmente, permitindo que os inspetores dirijam o feixe de som. Os dados resultantes formam uma imagem visual através da peça inspecionada.

2. Comparação das técnicas de teste ultrassônico (UT) e de teste ultrassônico Phased Array (PAUT). Cortesia: ASNT

Com o PAUT, o feixe pode mapear componentes em ângulos apropriados. Este processo simplifica as inspeções com geometria complexa. O pequeno tamanho do transdutor e a capacidade de varrer o feixe sem mover a sonda auxiliam na inspeção de componentes aos quais o acesso é limitado. A varredura setorial desse tipo é típica para inspeções de solda. A capacidade de testar soldas com vários ângulos usando uma única sonda aumenta a probabilidade de detecção de falhas.

O foco eletrônico permite otimizar a forma e o tamanho do feixe no local esperado do defeito. O foco também melhora a relação sinal/ruído em material de granulação grossa. As imagens C-scan podem então ser produzidas muito rapidamente. Embora a técnica seja mais eficaz do que a UT regular, os sistemas Phased Array são equipamentos de alto custo e requerem treinamento e competência adicionais para o pessoal da UT.

Captura de matriz completa (FMC). FMC é uma estratégia de aquisição de dados que permite capturar todas as combinações possíveis de transmissão e recepção para um transdutor PAUT. Os sistemas PAUT usam sondas com vários elementos (normalmente de 16 a 128) que são excitados por um computador de maneira controlada usando uma lei de atraso específica. Após a recepção, a contribuição de cada elemento é somada para produzir uma varredura.