Escáner COBRA junto al detector de defectos por ultrasonido OmniScan MX2 inspeccionando las bobinas del intercambiador de calor durante la fabricación
Introducción
Inspeccionar soldaduras en intercambiadores de calor plantea desafíos debido a la cantidad de soldaduras que deben ser examinadas y al estrecho espacio que existe entre ellas. Para poder alcanzar las soldaduras y lograr una elevada productividad, es importante usar una herramienta optimizada para este tipo de inspección. El escáner COBRA® de Olympus puede ser usado para inspeccionar diámetros que van de 0,84 pulg. a 4,5 pulg. de diámetro externo. Puede ser compatible hasta con dos sondas de ultrasonido multielemento (Phased Array) en situaciones donde el espacio es reducido. Esta nota de aplicación presenta un caso que nos ha sido compartido por uno de nuestros clientes. Nuestro cliente ha usado la solución COBRA con el detector de defectos OmniScan® de manera exitosa para efectuar ensayos por ultrasonido multielemento en lugar de utilizar la radiografía.
¿Por qué se eligió el ensayo por ultrasonido multielemento en lugar de la radiografía?
Dreifeld Materialprüftechnik GmbH es una empresa de inspección alemana a la que se le encargó la inspección de bobinas en los intercambiadores de calor de una fábrica. Las piezas, compuestas de múltiples tuberías y curvaturas, son usadas para la transferencia de calor —de aire a fluido— en una industria de generación de energía.
A pesar de que el ensayo radiográfico (RT) fue el primer método de ensayo no destructivo recomendado por el fabricante, Dreifeld acordó que el ensayo por ultrasonido multielemento (UT) sería un ensayo más ventajoso.
Para llegar a esta decisión, se consideraron múltiples razones. Primero, la inspección radiográfica requería el doble de inspectores y tenía que realizarse por la noche cuando los empleados ya habían partido, debido a que la definición de una zona de seguridad resultaba muy difícil. Se estimó también que el proyecto completo con el ensayo radiográfico sería cinco veces más largo que el ensayo por ultrasonido. Por lo tanto, considerando que la tarifa horaria por turno de noche era más elevada, sería más costosa en términos de trabajo-productividad. Esto incluía apenas la primera parte de costos (Esp. costes) asociados al ensayo radiográfico, que continuaba a incrementar con costos adicionales como la película, los fotoquímicos y la eliminación de los residuos generados por las láminas de plomo. Otro aspecto que ejerció un peso importante durante la selección del ensayo UT en lugar del ensayo radiográfico, fue la probabilidad de detección. Por ejemplo, la falta de fusión en la pared lateral, que es un criterio sumamente importante, no es muy bien detectado por la radiografía.
Solución de inspección con el escáner COBRA y la tecnología Phased Array (PA)
El diámetro externo de las tuberías del intercambiador de calor era de 76 mm (3 pulg.) con un espesor de pared de 4,5 mm. Se fabricó un bloque de calibración personalizado para calibrar el retardo de la suela (zapata), la sensibilidad del ángulo, y la ganancia corregida en función del tiempo (TCG). Las soldaduras presentaban biseles en forma de V a 30° y se encontraban entre una sección de tubería y un codo. Debido a que el escáner COBRA no puede ser usado en la parte del codo de la soldadura, debe ser configurado mediante una configuración unilateral. Esto puede realizarse al retirar un lado del escáner COBRA y usar solo la parte que lleva el codificador. Se empleó una bomba de agua para proporcionar acoplante a la suela (zapata). |  Figura 2: Bloque de calibración personalizado |
 Figura 3: Escáner COBRA configurado para la inspección unilateral | Dreifeld uso el detector de defectos por ultrasonido multielemento OmniScan® MX2 16:128 con la configuración de escaneo para dos grupos distintos. El primer grupo era una configuración de escaneo sectorial por onda transversal para barridos de 50° a 72°, proporcionando una resolución angular de 0,5°. El segundo grupo era una configuración de ley focal a 0° por onda longitudinal que servía para verificar el acoplante. La resolución del escaneo fue determinada a 1 mm y el haz fue generado con una apertura de 16 elementos. Se inspeccionó una cantidad total de 1604 soldaduras en ocho días, divididas en un máximo de 320 soldaduras por día. La inspección completa la realizó un solo inspector y un solo grupo de equipamiento. Un turno de trabajo normal comprendía ocho horas de escaneo y dos horas de análisis de datos por día. |
Procesamiento automático de datos para acelerar los análisis
Los archivos de datos fueron procesados con el softwareAutomated Detection Technology™ (ADT) de la empresa VeriPhase® para poder analizarlos automáticamente. Una de las mayores ventajas de este software es que permite cargar múltiples archivos (en este caso entre 100 y 300) y el software genera un informe Excel® que muestra la vista previa de todos los defectos/indicaciones. El software ADT informa mediante marcas cualquier problema en la calidad de los datos para asegurar el cumplimiento normativo determinado. Después, se genera una tabla de defectos que es llenada por el software directamente en el archivo de datos OmniScan para la decisión final que se realizará en el software de análisis de datos OmniPC™. Toda la información importante relativa al dimensionamiento y ubicación de los defectos está incluida. Las indicaciones pueden ser revisadas de manera fácil y en la propia soldadura al hacer clic en el defecto/indicación de su interés. Todos los cambios de visualización necesarios se realizan automáticamente y la referencia, así como los cursores de medición, se colocan en sus posiciones de altura y longitud aplicables para cada defecto. Las indicaciones (o defectos) pueden ser refrescadas o eliminadas del informe final.
 Figura 4: Representación multigrupo A-C-S de una soldadura sin defectos con el grupo de verificación de acoplante proyectado en la parte inferior |  Figura 5: Representación A-C-R-S de una soldadura con falta de fusión en la pared lateral, detectada en el segundo salto (pared lateral de la sonda). |
 Figura 6: Representación A-C-R-S de una soldadura con falta de fusión en la pared lateral, detectada en el tercer salto (pared lateral lejana) |
Es posible detectar los defectos de fusión en la pared lateral lejana si la cubierta de la soldadura es lo suficientemente regular para permitir que el sonido sea reflejado sin mucha difracción; este fue el caso en esta aplicación. La distancia suplementaria de recorrido, causada por la altura de la corona de la soldadura, muestra el defecto un poco más lejos y no exactamente en el bisel de la soldadura; sin embargo, la detección dio un resultado muy bueno. |
Conclusiones
La solución de ultrasonido multielemento de Olympus —compuesta por el escáner COBRA, el detector de defectos OmniScan MX2 y el software de análisis ADT de VeriPhase®— fue usada para inspeccionar y analizar por completo, y en ocho días, 1604 soldaduras en las tuberías de un intercambiador de calor. Solo se requirió la presencia de un inspector para manipular el equipamiento y realizar los análisis. El uso de una solución por ultrasonido multielemento, en lugar del ensayo radiográfico, evita perder indicaciones/defectos (como la falta de fusión de la pared lateral) e impide que existan complicaciones asociadas a la seguridad. Se estimó que el proyecto de inspección fue cinco veces más rápido que la solución por ensayo radiográfico y requirió una fracción del costo (Esp. coste).
