Comprendere l'esame ultrasonico nel settore energetico

I test non distruttivi (NDT) si riferiscono all'ispezione dei materiali per garantirne l'integrità e la funzionalità senza danneggiare i componenti del processo. Esistono vari metodi NDT utilizzati dagli ispettori, ma una delle tecniche più frequentemente utilizzate nel settore energetico è il test a ultrasuoni.

I test ad ultrasuoni (UT) utilizzano lo stesso principio del sonar navale. Quando il sonar, termine nato come acronimo di "lettura della navigazione sonora", attraversa l'acqua e colpisce un oggetto, una parte del suono si riflette sul sottomarino e fornisce una misurazione della distanza dell'oggetto.

Prima della seconda guerra mondiale, il sonar ispirò i primi ispettori ecografici a esplorare modi per applicare il concetto ad altre applicazioni. Già nel 1929 condussero studi per utilizzare le onde ultrasoniche nel rilevamento di oggetti metallici. Negli anni '40, gli ispettori svilupparono tecniche ad ultrasuoni utilizzando sonde analogiche a impulso-eco a elemento singolo.

Con la tecnica analogica, il suono viene introdotto in un componente utilizzando un trasduttore ultrasonico a singolo elemento (sonda) che converte piezoelettricamente gli impulsi elettrici provenienti dalla macchina di rilevamento UT in onde sonore meccaniche. Il trasduttore si riconverte trasformando il suono in impulsi elettrici che possono essere visualizzati su un tubo a raggi catodici. Per trasmettere il suono nella parte viene utilizzato un liquido o un gel chiamato accoppiante. I tipi più comuni di onde sonore utilizzate nelle ispezioni industriali sono l'onda del fascio longitudinale (diritto) e l'onda del fascio trasversale (angolare), con frequenze UT comprese tra 1 MHz e 10 MHz.

Trave dritta. Quando gli ispettori utilizzano un'onda a raggio diritto (Figura 1), le onde longitudinali vengono inviate attraverso il pezzo. A causa della distanza, se il suono colpisce un riflettore interno, il suono viene ritrasmesso al trasduttore più velocemente del suono che ritorna dalla parete posteriore della parte.

1. Tecnica analogica a fascio dritto. Per gentile concessione: Società americana per i test non distruttivi (ASNT)

Fascio angolare. L'ispezione del raggio angolare utilizza lo stesso tipo di trasduttore ma montato su un cuneo angolato per trasmettere il raggio sonoro nella parte con un angolo noto. Una combinazione di trasduttore a fascio angolare e cuneo si muove avanti e indietro verso una saldatura, ad esempio, in modo che il raggio sonoro la attraversi. Come nel caso del raggio diretto, i riflettori allineati approssimativamente perpendicolare al raggio sonoro rispediranno il suono al trasduttore. Questo viene quindi visualizzato sullo schermo della macchina di rilevamento UT.

L’avanzamento del settore dei test non distruttivi (NDT) ha osservato la tendenza emergente di un numero sempre maggiore di tecnologie digitali.

Array a fasi. Il test a ultrasuoni Phased Array (PAUT, Figura 2), una tecnica digitale comune, utilizza un trasduttore con più elementi che possono essere attivati ​​individualmente consentendo agli ispettori di orientare il raggio sonoro. I dati risultanti formano un'immagine visiva attraverso la parte ispezionata.

2. Confronto tra le tecniche di test ad ultrasuoni (UT) e di test ad ultrasuoni con array di fasi (PAUT). Per gentile concessione: ASNT

Con PAUT, il raggio può mappare i componenti ad angoli appropriati. Questo processo semplifica le ispezioni con geometrie complesse. L'ingombro ridotto del trasduttore e la capacità di spazzare il raggio senza spostare la sonda facilitano l'ispezione di componenti il ​​cui accesso è limitato. La scansione settoriale di questo tipo è tipica per le ispezioni delle saldature. La capacità di testare saldature con più angoli utilizzando una singola sonda aumenta la probabilità di rilevamento dei difetti.

La messa a fuoco elettronica consente di ottimizzare la forma e le dimensioni del raggio nella posizione prevista del difetto. La messa a fuoco migliora anche il rapporto segnale/rumore nei materiali a grana grossa. Le immagini C-scan possono quindi essere prodotte molto rapidamente. Sebbene la tecnica sia più efficace del normale UT, i sistemi Phased Array sono apparecchiature ad alto costo e richiedono formazione e competenza aggiuntive per il personale dell'UT.

Cattura matrice completa (FMC). FMC è una strategia di acquisizione dati che consente di catturare ogni possibile combinazione di trasmissione-ricezione per un trasduttore PAUT. I sistemi PAUT utilizzano sonde con più elementi (tipicamente da 16 a 128) che vengono eccitate da un computer in modo controllato utilizzando una specifica legge di ritardo. Dopo la ricezione, il contributo di ciascun elemento viene sommato per produrre una scansione.