Introducción
En los sectores industriales del petróleo y gas, petroquímico y de generación de energía, se usan comúnmente componentes con paredes gruesas, como las tuberías. Para mantener costos (Esp. costes) bajos, estos componentes de espesor grueso, por lo general, están hechos de acero al carbono simple y revestidos con una capa de aleación anticorrosiva (CRA, siglas en inglés) para aumentar la vida útil y seguridad de los sistemas. La misma aleación anticorrosiva puede ser usada como relleno para la soldadura, como puede apreciarse en la pieza de la Figura 1. Este componente proviene de una tubería que transporta un químico corrosivo bajo alta presión; por lo tanto, solo el acero al carbono resultaría insuficiente para contener el líquido, que fluye a través de dicha tubería, y resistir a la corrosión por un período sostenido. Cabe agregar que a la diferencia entre el material de la soldadura y el material de la pieza se le denomina «soldadura disimilar». Las soldaduras de materiales disímiles plantean desafíos para los ensayos no destructivos (END). En el pasado, los ensayos radiográficos (RT) se usaban por lo general para inspeccionar estos materiales disímiles. Sin embargo, los materiales gruesos requieren tiempos de exposición mucho más prolongados, lo que incrementa el tiempo y costo (Esp. coste) total de la inspección por radiografía. Estas dificultadas, como también los avances en la tecnología de ultrasonido multielemento (Phased Array) para campo, hacen que la inspección por ultrasonido sea una alternativa viable. |
Figura 1: Componente grueso de 95 mm con material de soldadura y revestimiento disímiles |
Desafíos para inspeccionar soldaduras gruesas y disímiles
Existían muchos desafíos en la inspección de estas tuberías. Estos estaban asociados tanto a los materiales disímiles de la soldadura y revestimiento, como al espesor del componente (95 mm)
La inspección de materiales disímiles mediante la técnica de onda transversal convencional es compleja. Cuando un haz se propaga a través de un componente que contiene una soldadura, tanto la interfaz del metal a metal como la estructura de grano grueso de la soldadura pueden generar reflexión (retrodispersión) y refracción de ondas ultrasónicas. Este fenómeno conlleva a la bifurcación, división y atenuación del haz ultrasónico. Consulte la nota de aplicación «Fácil inspección de aleaciones anticorrosivas y materiales de soldadura disímiles por ultrasonido multielemento (Phased Array)» para obtener más detalles.
Además de la problemática con respecto a la diferencia entre los materiales, los componentes gruesos también plantean desafíos específicos. A los efectos de esta, se requiere más energía para la propagación acústica en la pieza con el fin de lograr una buena probabilidad de detección y obtener lecturas precisas.
Solución con la sonda Dual Linear Phased Array A26
La sonda Dual Linear Phased Array (DLA) A26 ha sido desarrollada para resolver problemas que se presentan al inspeccionar soldaduras de materiales disímiles. Este modelo de sonda usa una técnica TRL de baja frecuencia y amplia apertura. Dado que las ondas longitudinales de baja frecuencia son menos afectas por el sesgo y la atenuación de forma significativa, representan una mejor solución para inspeccionar materiales disímiles a diferencia de las ondas transversales. La configuración de emisión-recepción o pitch-catch también permite que la energía (sonido) sea enviada en el componente grueso sin el inconveniente de incrementar el nivel de ruido.
Figura 2: Elaboración del perfil del bisel y soldadura de materiales disímiles
Debido a que la conversión de modo (de onda longitudinal a onda transversal) ocurre cuando la onda se refleja en una superficie, solo los procedimientos de mitad de salto (haces directos) son prácticos en estos casos.
En la inspección que abordamos, el componente presenta un espesor de 95 mm con un material de base de acero al carbono, un revestimiento de aleación 825 y un relleno de soldadura con aleación de níquel (ErNiCrMo-3 + ENiCrMo3T1-4). Vea la Figura 1. La soldadura fue limada para permitir escaneos en busca de posibles defectos transversales (a 0 grados y 180 grados, tal como se ilustra en el plan de escaneo de la Figura 7).
Figura 3: Esquema de bloque de demostración
Se usaron dos sondas con frecuencias diferentes. La parte inferior del bloque de demostración era el área de interés (tal como se muestra en la Figura 4). Para detectar defectos de la pared transversal, la altura del orificio del diámetro interno y las longitudes del defecto longitudinal, se usó primero la sonda por ultrasonido multielemento (PA) A26 de 5 MHz. Una sonda de frecuencia inferior (A26 de 2,25 MHZ) fue usada para lograr la penetración de la onda en el relleno de la aleación de níquel más atenuante en ángulos de inclinación de 0 a 180 grados (vea la Figura 5).
La Figura 7 y la Figura 8 muestran defectos transversales de taladro lateral (side-drilled hole, SDH) con un diámetro de 5 mm medidos de forma precisa con la sonda A26 de 2,25 MHz, incluso con mayor profundidad en el material grueso de relleno.
Figura 4: Área de interés para esta aplicación que muestra la falta de fusión de la pared lateral
Ventajas de usar la sonda DLA A26 en soldaduras gruesas de materiales disímiles
Se ha logrado obtener buenos resultados con nuestras sondas Dual Matrix Array™ (DMA) y Dual Linear Array™ (DLA) para superar las complejidades de las aplicaciones con materiales disímiles y acústicamente ruidosos. Algunos ejemplos de este logro pueden ser consultados en las siguientes notas de aplicación: «Sondas Dual Matrix Array para inspeccionar soldaduras acústicamente ruidosas» e «Inspeccionar tuberías de acero austenítico de diámetro pequeño con una sonda Dual Linear Array (DLA)». Sin embargo, ciertas aplicaciones de pared gruesa siguen planteando problemas a los precedentes modelos de sonda. La sonda DLA A26 fue desarrollada específicamente para inspeccionar componentes gruesos. Por lo tanto, su baja frecuencia permite una mejor penetración, y su configuración de emisión-recepción y amplia apertura transmite más energía en la pieza sin incrementar el nivel del ruido.
A17 de 2,25 Mhz | A26 de 5 Mhz |
Figura 5: Comparación de los resultados de S-scan provistos por la sonda A17 y A26 para un defecto longitudinal
Figura 6: Comparación de los resultados de C-scan provistos por la sonda A17 y A26 para un defecto longitudinal
Conclusión
La nueva sonda A26 proporciona una mejor capacidad en el dimensionamiento de defectos que las sondas más pequeñas de matriz dual.
Gracias a su apertura más amplia y frecuencia más elevada, la sonda PA A26 de 5 MHz mide defectos transversales por falta de fusión, la altura de orificios del diámetro interno, como también todas las longitudes de defectos longitudinales de manera más precisa a diferencia de la sonda A17 de 2,25 MHz.
La sonda A26 de 2,25 MHz es capaz de impulsar una penetración en el relleno de una aleación de níquel 825 (Inconel®) con ángulos de inclinación de 0 y 180 grados.
Figura 7: Bloque de demostración con defectos transversales (taladros laterales de 5 mm de diámetro) en profundidades de 60 mm, 70 mm y 80 mm. Escaneo efectuado con una inclinación de 180 grados en el material de relleno
Figura 8: Escaneo sectorial mostrando taladro de fondo plano con diámetro de 8 mm en profundidades de 60 mm, 70 mm y 80 mm.
