Las técnicas de inspección por ultrasonidos más comunes implican el uso de Ondas Libres (bulk waves) cuyo modo de propagación no se ve afectado por las condiciones de contorno de la pieza inspeccionada. Existen 2 tipos de ondas libres: longitudinales y transversales, y son utilizadas principalmente para inspeccionar áreas cercanas al transductor.
Por otro lado, las Ondas Guiadas (guided waves) se propagan siguiendo los límites de la pieza inspeccionada, y por ello la geometría de dicha pieza afecta al modo de propagación. Al contrario que las ondas libres, existen cientos de tipos ondas guiadas con diferentes velocidades y frecuencias en una geometría de pieza dada. El número de modos incrementa exponencialmente la complejidad del análisis, pero también abre la puerta a innumerables aplicaciones de los ultrasonidos.
Debido a que los límites de la pieza permiten a las ondas de ultrasonidos viajar largas distancias con poca pérdida de energía, una de las aplicaciones más comunes de ondas guiadas consiste en cubrir largas extensiones de material desde un único punto de inspección. A estas aplicaciones se las conoce como Ultrasonidos de largo alcance (LRUT – Long Range UT) y Ultrasonidos de medio alcance (MRUT – Medium Range UT), dependiendo de la distancia cubierta. Bajo esta clasificación, se definirían como ultrasonidos de corto alcance (Short Range UT) las técnicas con ondas libres (ondas a 0 grados y ondas en ángulo), puesto que son normalmente utilizadas para inspeccionar el área inmediatamente debajo o próxima al transductor.
Los ultrasonidos de largo alcance se refieren al uso de ondas guiadas para la inspección de tuberías, usando un anillo de transductores dispuestos alrededor del perímetro de dicha tubería. La interacción de todas las ondas generadas en los diferentes transductores genera una onda que rellena la geometría de la tubería y viaja a lo largo de la misma. Dependiendo del material de la tubería y de las condiciones que pueden afectar a su superficie (ej, recubrimientos, si está enterrada en cemento o tierra, presencia de líquidos o sólidos en su interior), los anillos de ultrasonidos de largo alcance pueden ser usados para inspeccionar hasta 100 metros de distancia a ambas direcciones del anillo de inspección.
Los dos tipos de anillos de ultrasonidos de largo alcance disponibles en el mercado son piezoeléctricos y EMAT magnetostrictivos. En caso de los sistemas piezoeléctricos, los transductores están acoplados con presión o pegados a la tubería. En los sistemas EMAT magnetostrictivos, una banda magnetostrictiva hecha con un material de FeCo o similar se fija también por presión o por medio de adhesivo, y se posiciona una bobina EMAT sobre dicha banda para generar ultrasonidos en el material magnetostrictivo que son posteriormente transferidos a la tubería inspeccionada.
MRUT o ultrasonidos de medio alcance es un término introducido en la última década para diferenciar entre técnicas de ultrasonidos por ondas libres (corto alcance) y LRUT o largo alcance. MRUT utiliza modos de Lamb o Transversal Horizontal y se aplica en la inspección de tuberías, así como planchas y tanques y otras geometrías. Mientras que los ultrasonidos de largo alcance (LRUT) requieren un complejo análisis de modos tubulares (flexión, longitudinal, y de torsión), los ultrasonidos de medio alcance (MRUT) utilizan formulaciones más sencillas de calcular e interpretar al tratarse de un único sensor emisor. La distancia cubierta con MRUT varía según la apertura del sensor y el diámetro de la tubería, y es de aproximadamente 3 metros en tubos y 5 metros en planchas y tanques. Además de la facilidad de interpretación, las principales ventajas de MRUT frente a LRUT son una menor zona muerta (normalmente menos de 50 mm frente a 1 - 2 m en LRUT), y superior resolución y capacidad de detección de defectos, la cual puede ser de un orden de magnitud mayor que con LRUT.
No hay un límite teórico en términos de espesor máximo que pueda ser inspeccionado con ondas guiadas, pero a efectos prácticos se puede considerar un máximo de 25mm. En espesores hasta 37mm también es posible, pero la presencia de múltiples modos puede dificultar la interpretación considerablemente.
Las ondas guiadas EMAT pueden ser generadas mediante dos métodos:
Como se ha explicado en la sección de Tecnología EMAT las ondas guiadas generadas con fuerza Lorentz se generan en la pieza inspeccionada a través de dos campos magnéticos creados por el sensor EMAT. Un campo de alta frecuencia (RF) generado por un circuito eléctrico interactúa con un campo de baja frecuencia o estático generado por imanes para producir la fuerza Lorentz de una manera similar a un motor eléctrico.
Esta perturbación es transferida a la estructura del material, produciendo una onda elástica. En un proceso recíproco, la interacción de ondas elásticas en presencia de un campo magnético induce una corriente eléctrica en el receptor del circuito del sensor EMAT.
Las técnicas que usan la fuerza de Lorentz (como la técnica MRUT-Lamb) requieren sensores muy próximos a la pieza inspeccionada, aunque permiten ligeras variaciones en la distancia a la misma (lift-off), como es el caso de recubrimientos o partículas/líquidos. Aunque varía con la frecuencia, las técnicas MRUT-Lamb normalmente permiten variaciones de hasta 3mm en la distancia a la pieza.
Innerspec ha patentado la técnica de inspección mediante ondas guiadas generadas mediante magnetostricción que requieren la aplicación de una banda magnetostrictiva (de FeCo) en la pieza inspeccionada. Esta banda puede ser pegada a la pieza o adherida mediante presión.
Con la técnica magnetostrictiva, el inspector aplica un imán permanente sobre la banda magnetostrictiva en la dirección de escaneo del sensor. Esta acción produce un campo magnético polarizado en la banda. La interacción entre el campo magnético polarizado y el campo generado por la corriente eléctrica del circuito del sensor produce tensiones internas en la banda. A su vez, esta tensión origina ondas ultrasónicas en la banda magnetostrictiva, la cual se transfiere a la estructura del material inspeccionado.
Las técnicas magnetostrictivas (como las técnicas de MRUT-SH) requieren que la banda se aplique sobre el material base. El material puede tener pintura o epoxy siempre que esté firmemente adherido a la pieza.
La técnica MRUT-Lamb es una técnica de ondas guiadas que utiliza ondas de Lamb para generar ultrasonidos. Las ondas de Lamb EMAT son generadas mediante fuerza de Lorentz. La técnica MRUT-Lamb puede ser usada en dos configuraciones diferentes:
Características de la técnica MRUT-Lamb:
- Rango: Hasta 1,5 m a cada lado del sensor.
- Velocidad de escaneo: Hasta 2,5 cm por segundo.
- Recubrimientos: Inspección con recubrimiento de hasta 3 mm.
La técnica MRUT-SH es una técnica de ondas guiadas que emplea ondas transversales horizontales (SH). Las ondas SH son generadas por medio de la magnetostricción, a partir de la aplicación de una banda magnetostrictiva. Puesto que el mismo sensor se utiliza tanto para transmitir como recibir (ej. Modo Pulso-Eco), el sensor detectará reflexiones desde los defectos en el material.
La técnica MRUT-SH ofrece un incremento de 30 a 40 dBs en amplitud en comparación con la técnica de MRUT-Lamb.
Características de la técnica MRUT-SH:
- Rango: Hasta aproximadamente 3 m a cada lado del sensor.
- Velocidad de escaneo: Hasta 2,5 cm por segundo.
- Recubrimientos: Inspección con recubrimiento de hasta 0.75 mm.
Consulta estos artículos para saber más sobre inspecciones con técnicas MRUT:
Las opciones de LRUT de Innerspec incluyen una versión simplificada con sólo una banda axisimétrica para transmisión y recepción (Pulso-Eco), y una versión más avanzada con un escáner adicional para recepción que añade focalizado sintético (synthetic focusing).
A diferencia de los anillos convencionales, la herramienta LRUT de Innerspec no genera modos de flexión durante la transmisión debido a la carga uniforme generada por la banda axisimétrica alrededor de la tubería.
Por otro lado, durante la recepción, los defectos generan modos de flexión puesto que no están distribuidos uniformemente alrededor de la circunferencia de la tubería. El escáner LRUT de Innerspec es capaz de hacer paradas discretas en función del máximo número de modos de flexión y torsión que pueden existir en una geometría y frecuencia determinadas. Los datos completos de las “n” paradas se utilizan para resolver el máximo número de modos de flexión posibles ofreciendo mucho mejor focalización y resolución.
Como ejemplo, un anillo tradicional de alta densidad con 16 canales puede ofrecer una máxima resolución de 22.5º (45º para un anillo convencional de 8 canales), mientras que en una tubería de 8 pulgadas de diámetro el escáner LRUT de Innerspec hará 40 paradas que equivalen a 9º de resolución circunferencial. Además de una mejor focalización, la banda axisimétrica también obtiene una menor zona muerta y mayor penetración. Se ha probado experimentalmente que se pueden detectar defectos de únicamente 1,5% de pérdida de sección en condiciones ideales.
MRUT:
LRUT:
Sí, las ondas pueden propagarse más allá de un codo. Sin embargo, la precisión, resolución y sensibilidad se verán afectadas en mayor o menor medida dependiendo de la técnica.
Sí, una de las características más importantes de VOLTA es la posibilidad de combinar diferentes técnicas:
Se utiliza un retardo en la secuencia entre los pulsos de dos bobinas:
La técnica MRUT-SH requiere la aplicación de banda magnetostrictiva, para poder generar el campo magnético necesario. La banda magnetostrictiva de Innerspec puede ser pegada por los siguientes métodos:
Opciones de adhesión de la banda MS
Cinta de doble cara – Estándar (P/N 027V0086)
Cinta de doble cara – Material Rugoso (P/N 027V0083)
Epoxy (P/N 116V0052)
