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“Ultrasonidos Phased-Array para inspección de metales”

DASEL, SLAvda. de Madrid, 84

Arganda del Rey28500 MADRID

www.daselsistemas.com

Roberto GiacchettaSocio Fundador DASEL

[email protected]

"FABRICACIÓN E INSPECCIÓN DE PRODUCTOS DE GRANDES DIMENSIONES"Zaragoza, Jueves 24 de Febrero de 2011

Es una empresa 100% de capitales privados, focalizadaa dar soluciones en el Campo de los UT digitales

Su objetivo es transferir a la industria los resultados de Investigación en el campo de lastecnologías ultrasónicas.

Desde el 2009 se encuentracertificada bajo la norma ISO 9001:2008 para la fabricación y diseño de equipos de ultrasonido.

Invierte una media del 25 % de sufacturación en nuevos proyectosde I+D.

SUSEI ULTRASENSDIFRASCOPESIMODALEXANDRIA

DASEL, ¿Qué es?

Es socio de las plataformas PESI, HISPAROBOT, Cluster Aerospacial, PTFE.

Entre sus clientes se encuentran: Talgo, Airbus, NASA, CONAE, Danorail, Tecnatom …

La composición de su personal, principalmente son ingenieros y técnicos altamente cualificados.

Posee representaciones en Sudamerica, China y Turquia.

Desde su inicio ha comercializadoe instalado equipos en Alemania, Argentina, Brasil, Lituania, etc ...

DASEL, ¿Qué ofrece?

Soluciones en sistemas de ultrasonido de gama baja, media y y alta.

Un alto grado de personalizaciónen los sistemas de inspección porultrasonido.

Asesoría y colaboración en la búsqueda de ayudas en I+D.

Capacidad de realizar consultoría y estudios de viabilidad.

Formación en tecnologíasavanzadas de ultrasonido.

Grandes Componentes Metálicos

Grandes Problemas Metálicos

Radiografía Industrial + UT manual

Como la industria minimiza estos problemas?

Tecnología UT basada en Phased Array

• Obtener un registro permanente y directo

• Una fácil interpretación de las discontinuidades

• Automatizar el proceso e independizarlo del humor del operador

• Eliminar las numerosas medidas de seguridad para la protección contra la radiación

•Mejorar la productividad, más metros x hora

REGISTRO DIGITAL BASADO EN TECNOLOGÍA

Phased Array

• H2.1.2 Normas y Códigos

Señal Ultrasónica Vibración mecánica en un medio elástico.Aplicaciones END: 500 KHz a 15 MHz

1. Polarización del cristal piezoeléctrico con un pulso de alta tensión.

2. La excitacion eléctrica genera una deformación elástica en el cristal piezoeléctrico.

3. La deformación elástica se transmite por el interior del material como una vibración mecánica.

4. La vibración mecánica es reflejada por el reflector (fondo).5. La vibración mecanica provoca una deformación en el cristal

piezoeléctrico.6. Esta deformación en el cristal piezoeléctrico genera una señal

eléctrica de baja tensión.

± μV

- 300 V

La señal ultrasónica

Tipos de señales ultrasónicas

La señal ultrasónica

• Transversal

)1(2

EvT

• Longitudinal

)21)(1()1(

EvL

• Superficie (Rayleigh)

TS vv 92.01

12.187.0

32 Densidad: delasticida de Módulo: )2(Poisson de eCoeficient:mKg

mNE

GGE

Haz focalizado y en múltiples ángulos

Foco

Foco

Haz divergente unidireccional

Transductor “Phased Array” Campo acústico

Transductor “Phased Array”de 16 elementos

16 señales por transductor (emisión / recepción)

TransductorMono-cristal

Una señal por transductor (emisión / recepción)

CristalPiezoelectrico

No sedetectan

Contenido

3. Imagen ultrasónica

• A-scan

• B-scan

• C-scan

• D-scan

Amplitud

Tiempo de vuelo

A-scan

Tiempo de fin

Tiempo de inicio

Umbral

Taladro Fondo plano

Agujero

Entrada Material

Entrada Material Fondo MaterialFondo Material

Imagen ultrasónica

B-scan

Imagen ultrasónica

C-scan

Puerta

Imagen ultrasónica

mm

mm

C-scan

C-SCAN

B-SCANTOF (Tiempo de vuelo)

Distancia barrido X

Distancia barrido Y

Distancia barrido X

A-SCAN

TOF (Tiempo de vuelo)

Amplitud

Imagen ultrasónica

La apertura se desplaza electrónicamente a lo largo del transductor “phased array”.

VENTAJA No es necesario mover el transductor.

Barrido lineal (B-scan)

Imagen Ultrasonica con “Phased Array”

Apertura

Transductor Mono-crystal

TransductorPhased array

Barrido lineal (B-scan) Inspección de soldaduras

VENTAJA No es necesario mover el transductor


LOS ANGULOS DE BARRIDO SE CAMBIAN ELECTRONICAMENTE

VENTAJA UN TRANSDUCTOR “PHASED ARRAY” ES EQUIVALENTE A UN TRANSDUCTOR MONO-CRISTAL Y UN COMPLETO CONJUNTO DE

SUELAS DE DISTINTOS ANGULOS.

SUELA 30º

SUELA 45º

SUELA 60º60º

30ºUNICA SUELA

PROGRAMABLE

Deflexión del haz

45º


Clasificación de los equipos PAEQUIPOS

PORTATILES EMPOTRABLESPORATABLES

•Sistemas de 32 a 256 canales•Rango amplio de frec. 30Khz – 20 Mhz•Compatibles con PA lineales y Bidimensionales•Sistemas Mixtos TOFD-PA

Clasificación de los PATransductores

LINEALES MATRICIALESANULARES

1.5D

ANILLOSSEGMENTADOS

CURVOS

Clasificación de los PA

Robot

Manuales SistemasCompactos

TOFD(Time-Of-Flight Diffraction)

Emisor ReceptorUnión de lasoldadura

TOFD (Time-Of-Flight Diffraction)

Las señales que se utilizan normalmente en TOFD son longitudinales La onda lateral tiene una frecuencia menor que el resto. La señal se desfasa 180º en cada discontinuidad.

+

- -+

Ondalateral

Eco defondoBorde inferior

de la grietaBorde superiorde la grieta

Emisor ReceptorUnión de lasoldadura


Negro

Blanco

Representación B-Scan

Tiempo de vuelo (us)

Dis

tanc

iade

bar

rido

(mm

)

TOFDAlgunos ejemplos de señales

Fisura próxima a la superficieFalta de penetración en la raiz

Falta de fusión en el lateral

Falta de penetración en la raiz

Ejemplos TOFD

Porosidad

Fisura transversalCavidad en la raiz

Falta de fusión interna

Ejemplos TOFD

TOFD + “Phased Array”

Netherlands Institute of Welding

Comparativa de la técnica TOFD

+ PA

Contenido

8. Aplicaciones industriales

Inspección de soldadura con barrido sectorial•Los ángulos típicos de inspección con palpadores mono elementos son:45º 60º y 70 º

•Utilizado PA se pueden generar ángulos mayores y con pasos < 1º ( 35º a 80º)

•La distancia d se calcula como:

tan ()=d/t d= tan ()*tD=24mm

•La ventaja principal de esta técnica es la velocidad de inspección ( solo hay que trasladar el PA paralelo a la soldadura, 100 mm/s)

•Es muy sencillo determinar los ecos geormricos de los defectos

d

La sección cruzada de una junta de extremo soldado, con el gris más oscuro representando la zona de la soldadura o la fusión, el gris medio la zona afectada por el

calor ZAT, y el gris más claro el material base.

Identificación de ecos •Los ángulos menores ( 35º- 44º) venlos defectos en un salto

•La raiz se observa con angulosmayores 70º a 80º

•El sobre resalte aparece en agulosintermedios y en un salto

Esquinas T

Se utiliza PA de 128 elementos, se Desplaza el PA sobre la superficie y Genera un barrido C-scan

Soldaduras por láser

Las soldaduras con láser provocan defectos verticales que solamente se pueden detectar utilizando la técnica tándem

Phased Array > 60 elementosBarrido AngularApertura 16 -32 elementosRepresnetacion : B-scan y Proporcional

emisor

receptor

Analisis de la Soldadura por TIG-Crater de parada + Falta fusión

2

BARRIDO S-scan angular Soldadura de 20 mm

Cruce soladadura

Inspección soldadurasen cascos de barcos

Verificación integral de los taladros de sujección de los discos de ferno

Aplicaciones Industriales

SITAU

agua

Phased Array

RUEDA

EJE

AGUJEROS DE SUJECCION

Fisuras



1

2

3

4

IMAGEN SECTORIAL



1

2

3

4

5

6

Imagen ultrasónica completa




Verificación de tornillos de sujeción de discos de freno

Disco de freno

Tornillos de sujeción

Objetivo: Inspeccionar la rosca de un tornillo de sujeción de disco de freno de tren

Defectos: Roturas y deformaciones en el filamento de la rosca



Esta es la única superficie accesiblecuando el tornillo está montado en la rueda

La inspección no puede realizarse con un monoelemento, porque es necesario

un barrido angular

Barrido angular


Inspección de la línea de pegado en palas de aerogeneradores

Superficie de GFRP

Largueros de GFRP

Pegado con EPOXY

Objetivo: Inspeccionar la línea de pegado entre las superficie y los largueros

Defectos: Pegado defectuoso (en general falta de expoxy)



GFRP

GFRP

EPOXY

DEFECTO

ARRAY

HA

Z



Barrido mecánico en X e Y

Baja resolución lateral

Barrido mecánico sólo en X

Alta resolución


Detección de fibras rotas en palas de aerogenerador

Objetivo: Detectar la rotura de fibras de vidrio en capas delgadas de GFRP

Defectos: Fibras rotas



Las fibras rotas se detectan por un cambio en el patrón de interferencia generado por el material

El C-Scan convencional no es de utilidad en este caso

Se desarrolló un nuevo método GFRP-Scan

Muchas gracias

[email protected]

Aplicaciones Phased Array

La norma ASME obliga a inspeccionar la soldadura con distintos ángulospara cubrir toda el volumen dela zona afectada térmicamente.

Utilizando tecnología PA se reduce La cantidad de transductores a 2Permitiendo cubrir en forma electrónicatodo el volumen de la soldadura


Emisor Receptor

Señal recibida

Unión de lasoldadura

AB

C

D

A

B

C

D

Tiempo de vuelo (μs)

Emisor Receptor

Señal recibida

Unión de lasoldadura

AB

C

D

A

B

C

D

tLtB tC tBW

Tiempo de vuelo (μs)


TOFDConfiguración

N0

α

f

cfDN

fc

DNFIELDNEAR

FIELDNEAR

44

2

)(0

2

)(0

Dfckarcsin

Parámetros delTransductor

(D) Diámetro (f) Frecuencia

Parámetros del Material

(c) Velocidad

DIVERGENCIA DEL HAZ

CAMPO CERCANO

Transductor Divergencia del haz

TOFD Configuración

Dirección de propagación (z)

Cristal piezoeléctrico

cD

TOFDProcesamiento de la señal

Emisor(T1)

Receptor(T2)

Velocidad dePropagación (c)

S1

1)()(2

20

2

20

b

yya

xx

(0,0)

Elipse 1 Elipse 2

x

y

(x0, y0) son las coordenadas del centro de la elipse a y b son los semiejes mayor y menor de la elipse

1)(2

1

2

21

21

21

dy

dSSx S1 es la mitad de la distancia entre los transductores T1 y T2

d1 es la profundiada medida por el tranductor T2

Receptor(T3)

1)(22

2

22

22

22

dy

dSSx S2 es la mitad de la distancia entre los transductores T1 y T3

d2 es la profundiada medida por el tranductor T3

Ecuación de una elipse:

Ecuación de la elipse 1:

Ecuación de la elipse 2:

S1

d1S1

S2S2

d2

Cálculo de la posición de los defectos (x, d)

TOFD Procesamiento de la señal

Cursores hiperbólicos

xy

z

z

y

En las imágenes obtenidas con la técnica TOFD existen deformaciones, en forma de hipérbola, en losextremos del reflector.

Esto es debido a que el campo acústico es muy ancho y en una posición determinada del barrido (y) se ven los defectos que están en posiciones cercanas (y’).

y1 y2 y3 y4

Y (Distancia de barrido) mm

y1 y2 y3 y4TOF (Tiempo de vuelo) us

TOFD Procesamiento de la señal

1)(4 22

2

22

22

dS

ydS

tc

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