Non Destruc5ve Tes5ng Sistemas Avanzados de Inspeccion y Caracterizacion de Materiales en la Frontera del Conocimiento ULTRASONIDO 3D ULTRASONIDO PHASED ARRAY (ULTRASONIDO POR FORMACION EN FASE) 1 De acuerdo con: SNT-TC-1A ANSI/ASNT CP-189 José García Albujar UT level II SNT TC-­‐1A Dia 1 • • • • • Introducción Formación en Fase (Phased Array) UT convencional Vs. Phased array Ventajas – Limitaciones Teoría Básica INTRODUCTION • La inspección por ultrasonido en materiales tiene sus inicios alrededor de 60 años atrás. • La amplitud de la señal y el tiempo de vuelo se monitoreaba a través de una compuerta, luego se convertía en salida analógica de voltaje y luego usada para procesamiento posterior. INTRODUCCION • La imagenología volumétrica y de discontinuidades son las mejoras con mayor aceptación. • Desarrollo de instrumentos de diagnostico médico «en tiempo real». INTRODUCCION • Disponibilidad de instrumentos de imagen operados por baterias están ahora disponibles. • En la decada del 70 se da a conocer el concepto de phased array (formación en fase), siendo la industria medica la que inicia su uso. • Esta técnica fue seguida por muchas empresas de NDT. INTRODUCCION • Durante los 80´s los progresos en electrónica y la tecnología de las computadoras hicieron posible la industria de la formación en fase (phased array). QUE ES FORMACION EN FASE • La tecnología Phased array (formacion en fase) es la habilidad de modificar electrónicamente las caracterísUcas del transductor acúsUco. QUE ES FORMACION EN FASE • Estas modificaciones se realizan introduciendo Uempos de retardo en las señales enviadas (pulso) y recibidas (eco) por los elementos individuales de un palpador en formación QUE ES FORMACION EN FASE • Cualquier técnica para detección de fallas y dimensionamiento puede aplicarse usando transductores con formación en fase. QUE ES FORMACION EN FASE • Un mosaico de elementos de transductor en los cuales el lapso de Uempo de excitación de los elementos puede ser controlado individualmente para producir ciertos efectos deseados como dirigir el eje del haz o focalizarlo. QUE ES FORMACION EN FASE Básicamente un palpador de formación en fase está dividido en muchos elementos, cada uno con su respectivo conector, circuito de retardo de tiempo y convertidor análogo/ digital. QUE ES FORMACION EN FASE • Los elementos están acústicamente aislados unos de otros • Los elementos son pulsados en grupos con tiempos de retardo pre calculados para cada elemento («en fase»). • Los pulsadores se encuentran normalmente multiplexados QUE ES FORMACION EN FASE • Nomenclatura del instrumento Focus 32:128: se refiere a un instrumento con 32 pulsadores multiplexados y un total de 128 canales de ultrasonido QUE ES FORMACION EN FASE • Nomenclatura del instrumento Omniscan PA 16/128: Se refiere a un instrumento con 16 pulsadores multiplexados y un total de 128 canales de ultrasonido QUE ES FORMACION EN FASE • Los palpadores se compran como una «formación» de geometría conocida. • Estos arreglos se confeccionan usando diversos «diseños» o se pueden confeccionar para aplicaciones especiales. QUE ES FORMACION EN FASE • Los diseños de arreglo [picos son : 1D / Lineal Anular Sectorial Inmersión Contacto E/ R Separados Flexible 2D/ Matricial Casquete QUE ES FORMACION EN FASE • Los arreglos lineales son los mas comunes y se puede hacer escaneos en una dimensión solamente. • Los arreglos matriciales pueden efectuar escaneos en dos dimensiones y ofrecen considerablemente mayor flexibilidad. • Los arreglos circulares y circulares/anulares son específicos para inspecciones con haz normal. DIFERENCIAS CON EL ULTRASONIDO CONVENCIONAL • Escaneo electrónico de alta velocidad sin partes móviles. • Mejora de las capacidades a través de soaware de control de las caracterísUcas del haz. • Inspección con múlUples ángulos con un solo palpador controlado electrónicamente. DIFERENCIAS CON EL ULTRASONIDO CONVENCIONAL • Gran flexibilidad para inspecciones de geometría compleja • Mejora en el enfoque • Mejora del ángulo del haz DIFERENCIAS CON EL ULTRASONIDO CONVENCIONAL • • • • • • Arreglo mulUple de elementos. MulUples angulos. MulUples modos. Electrónica compleja A, B, C y S scan Requiere entendimiento avanzado. VENTAJAS/ RESTRICCIONES • Muy versaUl / baja resolución en el campo cercano (.060») uso de zapata para compensar. • Rápido / Más caro • Diversas configuraciones/ mayor entrenamiento • PortaUl/ mucha electrónica compleja TEORIA BASICA • Transductor Es cualquier objeto capaz de converUr una forma de energía en otra. El transductor de ultrasonido convierte la energía eléctrica en mecánica y viceversa TEORIA BASICA – Al aplicar voltaje sobre el elemento transductor piezoelectrico (cristal), se deforma por compresión en dirección perpendicular a su cara. – Cuando se reUra el voltaje (menos de 1 µs), el elemento se recupera generando un pulso de energía mecánica que comprime una onda ultrasónica TEORIA BASICA ─ Por otro lado si el elemento se comprime por la presión de una onda ultrasónica que retorna, se genera un voltaje entre las caras del elemento transductor – Este es el comportamiento de un elemento piezoelectrico, el cual puede actuar como emisor y receptor de pulsos ultrasónicos. TEORIA BASICA • Tipos de Cristales Naturales: -­‐ Cuarzo -­‐ Turmalina -­‐ Sulfato de liUo Cerámicos (sinterizados polarizados): -­‐ Titanato de Bario -­‐ Metanobiato de Plomo -­‐ Circonato de Plomo Piezocompuestos (usados en phased array) TEORIA BASICA • Terminologia: – Tipo: Contacto, con retardo, angular, inmersión – Tamaño: es el diámetro o longitud y el ancho del elemento acUvo del transductor. – Frecuencia: es el número de ciclos por segundo. Se expresa en KHz o MHz – Ancho de banda: es la porción de la frecuencia de respuesta que cae dentro de los límites especificados de amplitud TEORIA BASICA – Duración de la forma de onda: Es el número de ciclos de onda generados por el transductor cada vez que es pulsado. • Un transductor de ancho de banda estrecho Uene mas ciclos que uno de banda ancha. ─ Sensibilidad: Es la relación entre la amplitud del pulso de excitación y la del eco recibido de un reflector conocido. TEORIA BASICA Acuscan (Sensibilidad) Centrascan (Buena resolución y sensibilidad) Videoscan (Resolución) TEORIA BASICA – Perfil del haz: es el producido por un transductor circular no focalizado, mayormente apreciado como una columna de energía que se origina en el área del elemento acUvo, se expande en diámetro y se disipa en la distancia. TEORIA BASICA – Campo cercano: Representa la focalización natural del transductor. Es la región mas cercana a la cara del transductor donde la presión sónica va en una serie de máximos y mínimos y termina en el mayor máximo a una distancia determinada desde la cara del transductor. TEORIA BASICA – Campo lejano: Es la región mas allá del campo cercano, conde la presión sónica decae gradualmente hasta cero, mientras el diámetro del haz se expande y su energía se disipa. – Angulo de Divergencia del Haz: Es el ángulo medido entre el eje acúsUco hacia un punto en el campo lejano, en donde dicho punto (en dirección perpendicular al eje sónico) , alcanza el mínimo de -­‐6dB. TEORIA BASICA • Interacción de Ondas: (Principio de Huygens) Un objeto soltado sobre la superficie de una bandeja de agua describe ondas que emanan del centro con un frente circular TEORIA BASICA • Dos objetos soltados a corta distancia uno del otro en una bandeja de agua, las ondas interactuan unas con otras. TEORIA BASICA • Se nota que cerca de la cara del transductor existen excesivas fluctuaciones o nodos y el campo del sonido es muy inestable. Se le conoce como campo cercano o zona de Fresnel • El campo sonoro es mas estable lejos del transductor en el campo lejano o zona de Fraunhofer donde se observa uniformidad de las ondas. TEORIA BASICA • Ondas en fase (interferencia construcUva): se combinan para doblar el desplazamiento de la onda que actua sola. TEORIA BASICA • Ondas desfasadas o fuera de fase ( interferencia destrucUva): se cancelan unas a otras. TEORIA BASICA • Dos ondas que no están completamente en fase o fuera de fase resultan en una onda que es la suma de las amplitudes para todos los puntos de la onda. TEORIA BASICA • Las diversas relaciones de fase en el campo cercano producen una variedad de amplitudes de ondas. Por lo tanto, es dikcil esUmar el tamaño del reflector en el campo cercano • Los cálculos del campo cercano son mayormente teóricos debido a la naturaleza imperfecta de los materiales de los transductores. TERMINOLOGIA • Electronic Scan (E- scan): Llamado tambien electronic raster scan o linear scan. La misma ley focal es multiplexada a través de un grupo de elementos activos. Los E-scan se realizan a angulo constante y a lo largo del palpador de PA. TERMINOLOGIA • Los E-scan son equivalentes a un palpador ultrasónico convencional cuando se hace un escaneo manual TERMINOLOGIA • Sectorial Scan (S-scan): También llamado sector scan o azimutal scan. Se puede referir al movimiento del del haz o de la visualización de datos. Como visualización de datos es una vista 2D de todos los A- scans de un grupo específico de elementos corregidos por retraso y ángulo de refracción. TERMINOLOGIA Cuando se refiere al movimiento del haz, se refiere al grupo de leyes focales que se barren a través de un rango de ángulos definidos usando el mismo grupo de elementos. TERMINOLOGIA • Ley Focal (Focal Law): es la secuencia de encendido usada para focalizar o dirigir (o la combinación de ambos) el haz ultrasónico. Por ejemplo: un barrido de -30º a +30º en incrementos de 1º, usará 60 leyes focales. Un escaneo lineal con 10 palpadores virtuales a 45º usa sólo 1 ley focal TERMINOLOGIA • Distance Amplitude Correction (DAC): Esta característica dibuja una línea referencial de diferentes reflectores similares a diferentes distancias e indica los limites de aceptación y rechazo para las indicaciones encontradas durante la inspección. TERMINOLOGIA • Time Varied Gain (TVG): Tambien llamada Time Corrected Gain (TCG), es la compensación electrónica para la variación en amplitud de señal recibida de reflectores a diferentes profundidades. TERMINOLOGIA • Active aperture (apertura activa): Son las dimensiones de los elementos acusticos activos • Element Width (ancho del elemento): En un elemento rectangular, es la dimensión mas corta. TERMINOLOGIA • Elevation (elevación): es la altura del elemento, también se llama apertura pasiva • Element length (longitud del elemento): Para elementos rectangulares, es la longitud mayor (altura o apertura pasiva) TERMINOLOGIA TERMINOLOGIA • Grating lobe: Lóbulos indeseables de energía ultrasónica causados por el espaciamiento periódico regular de los elementos del arreglo. TERMINOLOGIA • Virtual Probe (palpador virtual): Grupo de elementos individuales de una formación, pulsados simultáneamente o a intervalos en fase para generar una mayor apertura acústica. • Virtual Probe Aperture (Apertura del palpador virtual): Es el número de elementos en un palpador virtual. TERMINOLOGIA • Axial resolution (resolución vertical): Es la habilidad de distinguir reflectores muy juntos que se hallan en un plano perpendicular al ángulo del haz ultrasónico. • Lateral resolution (resolución lateral): Es la habilidad de distinguir reflectores muy cercanos que están en un plano paralelo a la dirección de propagación del haz ultrasónico. TERMINOLOGIA PLANO PASIVO • Cross- Coupling (acoplamiento cruzado): Condición indeseable donde los elementos de la formación se activan eléctricamente o ,por los elementos adyacentes PLANO ACTIVO O DIRECCIONAL ULTRASONIDO PHASED ARRAY (ULTRASONIDO POR FORMACION EN EN FASE) 2 De acuerdo con: SNT-TC-1A ANSI/ASNT CP-189 José García Albujar UT level II ASNT TC-­‐1A Dia 2 • • • • • El palpador de Phased array Formación Lineal Palpador Virtual Zapata Profundidad de Focalización Dinámica León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Una formación es un arreglo organizado de grandes canUdades de objetos. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • En PND se usan estos arreglos para incrementar la cobertura y/o la velocidad de una inspección en parUcular. • Este Upo de inspecciones requieren de equipos mulUcanal de alta velocidad, con pulsadores y receptores adecuados, puertos lógicos de procesamiento para cada canal, asi como una cuidadosa construcción de cada transductor León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Es una serie de elementos individuales en un solo paquete, con elementos significaUvamente mas pequeños que los transductores convencionales . • Estos elementos pueden ser pulsados como un grupo para generar frentes de onda direccionalmente controlables. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Esta formación electrónica del haz permite la inspección de múlUples zonas de inspección a gran velocidad sin necesidad de mover el palpador. • Sin importar el diseño del palpador, estos conUenen algo en común: el elemento piezoeléctrico ( en la actualidad materiales cerámicos piezocompuestos) León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Phased array usa mayormente las interferencias construcUva y destrucUva para crear un frente de ondas consistente. • Esta manipulación deliberada reduce la inconsistencia del frente de ondas, que ha sido el punto débil de los transductores convencionales. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Monocristal convencional en acero D= 0.5» V= 0.230»/µs (acero) F= 5 MHz N= (0.5)2 (5)/4(0.23) N= 1.35» León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Monocristal convencional en acrilico D= 0.5» V= 0.107»/µs (acrilico) F= 5 MHz N= (0.5)2 (5)/4(0.107) N= 2.92» León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Cristal PA en acero: D= 0.039» V= 0.230»/µs (acero) F= 5 MHz N= (0.039)2 (5)/4(0.23) N= 0.00826» León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Cristal PA en acrilico: D= 0.039» V= 0.107»/µs (acrilico) F= 5 MHz N= (0.039)2 (5)/4(0.107) N= 0.017» León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • En esencia, la onda creada por el cristal PA se vuelve estable en poca distancia. • Cuando se combina con las ondas de otros elementos (cristales) el frente de ondas resultante es mas estable y lineal que los transductores convencionales. • Esto significa que la localización de un reflector puede ser determinada con mayor precisión. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY • Funcionalmente se categorizan por: – Tipo: angulares, con retardo, de contacto y de inmersión. – Frecuencia: desde 2 hasta 10 MHz – Número de elementos: desde 16 a 128 elementos. A mayor número de elementos se incrementan las capacidades de enfoque y direccionamiento, lo cual incrementa el área de cobertura León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar EL TRANSDUCTOR DE PHASED ARRAY León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL • De acuerdo al arreglo: Lineales 1D, matriciales 1D, 2D, anulares, circulares, duales, cóncavos, convexos. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL Usados mayormente Fácil diseño Facilidad de programación y simulación Facilidad de aplicación con zapatas, contacto directo, inmersión. • Bajo costo relaUvo • VersaUlidad • • • • León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL • Apertura AcUva(A): – Es la longitud total acUva del palpador A= n e + g(n-­‐1) León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL • Apertura acUva efecUva Aff: Es la apertura proyectada vista a lo largo de los rayos refactados León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL – Apertura Pasiva(W): se refiere al ancho del palpador (longitud del elemento) a) Dimensiones del haz b) Forma del haz para W= 10mm c) Forma del haz para W= 8mm León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL La apertura pasiva recomendada es determinada por la frecuencia del palpador y su rango focal. Contribuye a la sensibilidad y dimensionamiento de la longitud del defecto. La máxima eficiencia para un arreglo lineal se obUene cuando Wpas= A León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL • Paso Elemental(p): Es la distancia entre centros de dos elementos adyacentes p= e+g • Espacio entre elementos (g): Es el ancho del aislante acusUco entre dos elementos adyacentes. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL • Ancho del elemento(e): es el ancho de un elemento del transductor. – Generalmente es aproximadamente la mitad de la longitud de onda, para evitar la formación de graUng lobes en los ángulos altos de direccionamiento. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL • Rango de barrido: es la diferencia entre los ángulos refractados máximo y el mínimo de un haz focalizado en la pieza de prueba León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar FORMACION LINEAL • Profundidad de foco: Es la distancia a lo largo del eje acúsUco para la máxima respuesta en amplitud. Hay 4 Upos de focalización: 1. ProyecUon 2. True Depth 3. Half Path 4. Focal Plane León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL • Son dos o más elementos que trabajan juntos como un solo palpador virtual. El número de elementos en un palpador virtual es la apertura. (ej. Un palpador virtual que usa 16 elementos al mismo Uempo Uene un VPA de 16. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL • Para un escaneo lineal, el número de palpadores virtuales en cualquier configuración se determina por: VPA= (Total de elementos – Elementos en VPA) +1 León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL • Elemento inicial: – En la formación lineal el primer elemento es frecuentemente el que va al lado delgado de la zapata. – Algunos fabricantes lo indican en el palpador León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL Es también el primer elemento de un palpador virtual para una ley focal en parUcular. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL • Main Lobe (Lóbulo principal): Es la presión acúsUca dirigida sobre el ángulo programado. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL • GraUng Lobes y Side Lobes (Lóbulos de difracción y Lóbulos laterales): León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar – Causados por la energía sonora que se difunde fuera del palpador a otros ángulos diferentes al haz sonoro principal. – Side lobes se dan tanto en palpadores de phased array como en convencionales cuando se incrementa el tamaño del elemento. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL – GraUng lobes solamente ocurren en palpadores de phased array como resultado de los componentes de los rayos asociados con el espaciamiento regular, periódico de los pequeños elementos individuales. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL • Estos rayos de trayectoria indeseable pueden reflejar superficies en la pieza de prueba y causar indicaciones espúreas en la imagen León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL – La amplitud de los graUng lobes se ve afectada significaUvamente por el paso, el número de elementos, la frecuencia y el ancho de banda. – GraUng lobes aparecen cuando el tamaño de los elementos individuales en la formación es igual o mayor que la longitud de onda. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PALPADOR VIRTUAL Para tamaños de elementos entre la mitad e iguales a la longitud de onda, los graUng lobes aparecen dependiendo del ángulo de direccionamiento. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar ZAPATA • Usadas para aplicaciones con ondas longitudinales y transversales incluyendo escaneos lineales de haz normal. León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar ZAPATA • Se comportan de manera similar que las convencionales para un solo elemento. • Algunas agregan agujeros para la alimentación de acoplante León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar ZAPATA • Parametros: – Punto indice (index point) – Velocidad – Angulo – Altura al primer elemento León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar ZAPATA • Deflexion azimutal (sectorial): Direccionamiento del haz a lo largo de la longitud de la zapata. La apertura pasiva es paralela con el ancho de la zapata León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar ZAPATA Barrido azimutal para un palpador de formación lineal. El ancho del haz aumenta con el ángulo de refracción León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar • Deflexión lateral: direccionamiento del haz a lo largo del ancho de la zapata. La apertura pasiva es paralela con la longitud de la zapata. La deflexión se da con un ángulo constante refractado dado por el ángulo nominal de la zapata León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar Deflexión lateral de un palpador de formación lineal. El ancho de haz aumenta con el ángulo lateral de la deflexión León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar ZAPATA • Desalineamiento del eje acUvo: desalineamiento del centro del primer elemento a lo largo del eje acUvo relaUvo al punto referencial • Desalineamiento del eje pasivo: desalineamiento del centro del primer elemento a lo largo del eje pasivo relaUvo al punto de referencia León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar PROFUNDIDAD DE FOCALIZACION DINAMICA • Dynamic Depth Focusing(DDF), es la respuesta programable en Uempo real la recepción en un arreglo modificando la línea de retardo, ganancia y excitación de cada elemento en función del Uempo. • Reemplaza las mulUples leyes focales en el mismo rango focal por el producto de un haz emiUdo con «haces enfocados separados) en la recepción León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar • DDF cambia dinámicamente la distancia focal cuando la señal retorna al palpador • Incrementa significaUvamente la profundidad del campo y la relación señal – ruido León & Russo Ingenieros SAC José García Albujar DIA 3 • • • • • Ley Focal Patrones de escaneo Presentación A, B, C, D, S Lo que se debe y no se debe hacer Ajustes en el equipo para la Técnica Phased Array LEY FOCAL • En una inspección ultrasónica con palpador monocristal con haz divergente. El campo ultrasonico se propaga a lo largo del eje acusUco con un único ángulo de refracción. LEY FOCAL La divergencia de este haz es el único ángulo «adicional» que podría contribuir a la detección y dimensionamiento de pequeños reflectores desalineados. LEY FOCAL • Asumamos que ese cristal se corta en elementos idenUcos de ancho mucho menor al largo. Cada pequeño cristal puede considerarse como una fuente lineal de ondas cilindricas. LEY FOCAL • Los frentes de onda del nuevo bloque acúsUco interferirán generando un nuevo frente de ondas LEY FOCAL • Cada pequeño frente de onda puede ser retardado y sincronizado en fase y amplitud de modo que cree un haz focalizado con capacidad de direccionamiento LEY FOCAL • La excitación de estos elementos generan un haz ultrasónico focalizado con la posibilidad de modificar los parámetros de dicho haz, tales como el ángulo, distancia focal y tamaño del punto focal por medio de un soaware. LEY FOCAL LEY FOCAL • El valor del retardo en cada elemento depende de la apertura, Upo de onda, angulo refractado y profundidad del foco. FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • La respuesta de cualquier sistema de prueba ultrasónico depende de una combinación de factores tales como transductor, Upo de instrumento y su configuración, asi como las propiedades acusUcas del material FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • Asimismo, las respuestas de los palpadores de formación en fase (phased array) estan relacionadas a los parámetros de diseño (frecuencia, tamaño, y amorUguamiento) y a los parámetros los pulsos de excitación que se usan para manejar el palpador FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • Frecuencia: – mayores frecuencias proporcionan mejor relación señal – ruido ya que ofrecen enfoques finos y un mejor opUmizado punto de focalización pero con perdida en la penetración – Menores frecuencias se usan en aplicaciones de largas trayectorias de sonido y en materiales de alta dispersión y atenuación. FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • Tamaño del elemento: – Si el tamaño del elemento individual en una formación decrece, se incrementa la capacidad de direccionamiento – El mínimo tamaño del elemento en forma comercial es cercano a 0.2mm. Sin embargo si el tamaño del elemento es menor que la longitud de onda, se producirán los indeseables lobulos laterales. FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • Número de elementos: – Si aumenta el número de elementos en una formación , aumenta el área de cobertura ksica y la sensibilidad, capacidad de enfoque y direccionamiento. FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • Paso y apertura: – Paso mas corto, mejora el rango de direccionamiento – Mayor apertura, opUmiza la sensibilidad, baja la dispersión al mínimo y fortalece el enfoque. Los equipos actuales soportan leyes focales de hasta 16 elementos de apertura, los hay también de 32 y 64 elementos FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO Direccionamiento del haz FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • Aproximación de haces de palpadores phased array con un transductor convencional FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • El máximo ángulo de direccionamiento ( a -­‐ 6dB) en un caso dado, se deriva de a ecuación de la divergencia del ángulo. • Se puede ver que pequeños elementos Uenen mayor divergencia y por lo tanto mayor contenido de energía angular que se puede combinar para maximizar el direccionamiento. FORMA DEL HAZ Y DIRECCIONAMIENTO • Para un palpador de 16 elementos. Se incrementa el ángulo máximo de direccionamiento cuando la apertura se reduce ESQUEMAS DE BARRIDO • AutomáUco: el elemento móvil es accionado por una unidad de motor, puede ser codificado • SemiautomáUco: el elemento móvil es accionado a mano, puede ser codificado. • Manual: (free running), el palpador se mueve a mano y la data se guarda en función del Uempo con el reloj interno o señal exterior ESQUEMAS DE BARRIDO Patrón de barrido Nº de ejes caracteris5cas Bidireccional 2 Adquisición en dos direcciones de barrido Unidireccional 2 Adquisición en sólo una dirección, el disposiUvo se mueve hacia adelante y atrás en cada longitud de barrido Lineal 1 Toda la data se obUene en una sola pasada (axial) Sesgada 2 Similar al bidireccional, unidireccional o lineal con los ejes principales sesgados contra los ejes mecaánicos Heliciodal 1 Adquisición realizada a lo largo de una trayectoria heliciodal a lo largo y alrededor de un cilindro Espiral 1 Adquisición realizada a lo largo de una trayectoria espiral en una superficie circular Customizado 1-­‐6 Customizado para mulUples ejes o perfil del componente ESQUEMAS DE BARRIDO Escaneo Lineal -­‐ Inspección de soldaduras -­‐ Mapeo de corrosión ESQUEMAS DE BARRIDO Escaneo sesgado (angular): -­‐ Geometrias complejas de componentes con orientacion del defecto en angulo con el eje ortogonal Helicoidal: -­‐ Superficies cilindricas ESQUEMAS DE BARRIDO Espiral: -­‐ Superficies circulares (discos) DIRECCIONES DEL HAZ • Las direcciones del palpador se dan con relación a la línea de barrido (scan axis) y la línea de posición (index axis). • Se definen en el instrumento como «Probe skew angle» • Probe skew angle (angulo de sesgo del palpador): es el ángulo entre la proyección del eje del haz y la línea de barrido BARRIDO BASADO EN TIEMPO • Se logra con el encoder (codificador de distancia) basado en Uempo y los registros del barrido se dan en segundos. VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA) • Las presentaciones (vistas ) son imágenes definidas por vistas de diferentes planos entre la trayectoria ultrasonica (Usound) y los parámetros del barrido (scan/index axis) • Presentaciones básicas: – A -­‐ scan – B -­‐ scan – C-­‐ scan – D-­‐ scan – S-­‐ scan – Polar – Strip chart – TOFD VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA) • A-­‐ Scan: Representa la amplitud del pulso sonico recibido, contra el Uempo de vuelo (trayectoria del sonido) • Se puede mostar en RF o FW VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA)A-­‐Scan • La señal A-­‐ scan recUficada puede aprovecharse para visualizar los diferentes valores de amplitud en colores VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA) • La señal RF generalmente se asocia a la escala de grises y se usa en análisis de data y en registros TOFD VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA) • B-­‐ scan: es una serie de tomas A-­‐scan o formas de onda (con colores respecto a la amplitud), que se juntan en base al Uempo (codificado o no). Scan axis/ Uempo VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA) • C-­‐ scan: es una vista 2D de la data ultrasónica mostrada como la vista superior (planta) del objeto de prueba VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA) • D-­‐ scan: similar al B -­‐ scan, con la diferencia que se forma ortogonalmente al B-­‐ scan, siguiendo la dirección del haz sónico. Index axis / Uempo VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA) • S-­‐ scan: (Barrido sectorial o azimutal), representa una vista 2D de todos los A-­‐scans corregidos de un canal específico. • Barre a través de un rango de ángulos usando la misma distancia focal y elementos. • Es exclusivo del phased array y puede usarse con ondas longitudinales o de corte, contacto o inmersión o sobre una zapata VISTAS DE BARRIDO (PRESENTACION EN PANTALLA) AJUSTES DEL EQUIPO PARA LA TECNICA PHASED ARRAY ULTRASONIDO PHASED ARRAY (ULTRASONIDO POR FORMACION EN EN FASE) 4 De acuerdo con: SNT-TC-1A ANSI/ASNT CP-189 José García Albujar UT level II ASNT TC-­‐1A DIA 4 • • • • Calibración sectorial, lineal Calibración TCG Calibración del encoder Visualización MulUgrupo • set up -­‐ calibraUon\sectorial and linear scan calibraUon.pdf • set up -­‐ calibraUon\TCG.pdf • set up -­‐ calibraUon\Encoder.pdf ULTRASONIDO PHASED ARRAY (ULTRASONIDO POR FORMACION EN EN FASE) 5 De acuerdo con: SNT-TC-1A ANSI/ASNT CP-189 José García Albujar UT level II ASNT TC-­‐1A DIA 5 • • • • Verificación de performance del equipo Evaluación de indicaciones Dimensionamiento de indicaciones Inspección de soldaduras • file://localhost/Users/josegarcia/Desktop/ PRESENTACION ANTAMINA/set up -­‐ calibraUon/caracterizacion.pdf
