Una alternativa rápida y segura para inspeccionar soldaduras
Detectar de manera confiable defectos en soldaduras presenta un desafío en muchos sectores industriales (como la industria petroquímica o de hidrocarburos) que usan soldaduras a gran escala. Las soldaduras hechas de material disímil o de acero inoxidable son mucho más difíciles de inspeccionar. En ocasiones, la falta de fusión es particularmente difícil de detectar.
El estándar por excelencia actual en el ámbito de ensayos no destructivos es la radiografía. Sin embargo, existen precauciones de seguridad debido al daño que causan los rayos X usados en la radiografía y, también, limitaciones relativas a su uso en inspecciones. Con una configuración correcta, la inspección por ultrasonido puede superar dichas limitaciones; ya que, el uso de ondas acústicas en lugar de radiación ionizante permite detectar defectos de manera rápida, confiable y segura sin interrupciones operativas.
En varios sectores industriales se llevan a cabo trabajos de soldadura a gran escala. Los defectos pueden generarse en una soldadura debido a la operación indebida del equipo en dicha soldadura o a una configuración de soldadura incorrecta. Los ejemplos más comunes de defectos en soldaduras son: porosidad, falta de fusión, inclusiones de escoria, grietas en la raíz o pie de la soldadura y penetración incompleta (vea la figura 1). Estos defectos afectan significativamente la resistencia de la soldadura y, por consiguiente, la calidad de los componentes. La forma más económica y confiable para asegurar la calidad de las soldaduras a gran escala es mediante el uso de ensayos no destructivos (END). La identificación de ciertos defectos puede ser fácil o difícil según el material de la soldadura. La falta de fusión (vea la figura 2) puede ocurrir cuando, por ejemplo, una gota del material fundido de la soldadura no se mezcla con el material de base y, simplemente, se solidifica en la parte superior de éste. Esto produce una adherencia poco resistente. Por esta razón, la falta de fusión es uno de los defectos críticos que requieren ser detectados. |  Figura 1: Defectos de soldaduras |
Inspección radiográfica
La radiografía, reconocida como el estándar por excelencia actual, se basa en la emisión de fotones de alta energía que viajan a través del metal hasta un detector situado en el lado opuesto de la pieza. Cualquier irregularidad dentro del componente, ya sea en la soldadura como en el material de base o en la interfaz del material, es visualizada como una región más oscura o más clara en el detector. Sin embargo, la principal limitación al usar la radiografía es el efecto dañino de las dosis de radiación recibidas por el operador y entorno. Debido a los varios riesgos que causan los rayos X de alta energía, es necesario establecer medidas de protección para evitar la exposición a la radiación. Esto significa normalmente evacuar una amplia área a proximidad del lugar en donde se llevará a cabo la inspección, perjudicando el trabajo que debe realizarse cerca de dicha área. La probabilidad de detección es, probablemente, el factor que impulsa la selección de un método para inspeccionar las soldaduras. Existe evidencia1 que el contraste de defectos, como en el caso de la falta de fusión, puede ser bajo al usar la radiografía. Esto significa que, la probabilidad de detección de este tipo de defectos en soldaduras hechas de acero inoxidable o material disímil se ve reducida. |  Figura 2: Falta de fusión |
Otro inconveniente mayor al usar la radiografía es el tiempo que lleva inspeccionar un componente. Por ejemplo, cuando es necesario prolongar los tiempos de inspección, esto conlleva a la exposición prolongada de radiación y, por ende, a largas interrupciones operativas en el área circundante. Es por eso que, al presentarse situaciones de exposición prolongada a rayos X, es mejor optar por métodos más rápidos que, a su vez, reducirán costos en todos los aspectos (p.ej., tiempo que transcurre el inspector inspeccionando o perturbación mínima de actividades).
Inspección ultrasónica de soldaduras hechas de material disímil o acero inoxidable
Una técnica alternativa para detectar defectos en soldaduras es la inspección por ultrasonido. Los detectores de defectos por ultrasonido, como el equipo OmniScan MX2 de Olympus (vea la figura 3), usan ondas acústicas en lugar de radiación para inspeccionar componentes. La detección se basa en la deflexión de estas ondas acústicas en interfases dentro del componente. Para maximizar la probabilidad de detección, con representaciones y escaneos sectoriales de apoyo, es posible usar sondas Phased Array (ultrasonido multielemento). ¿Qué es el ultrasonido multielemento o «Phased Array»? |  Figura 3: OmniScan MX2 de Olympus |
La técnica de inspección por emisión y recepción puede ser usada, ya sea con sondas de ultrasonido convencional de un solo elemento o con sondas de ultrasonido multielemento que integran múltiples elementos; a estas últimas se les conoce como sondas Dual Matrix Array (DMA) [vea la figura 5]. En el caso de las inspecciones por ultrasonido multielemento, un detector de defectos es requerido para controlar cada elemento individualmente.
Entre los beneficios que aporta la tecnología de ultrasonido multielemento (Phased Array) destacan: la capacidad para generar representaciones, los escaneos sectoriales y la fácil cobertura que se aplica en una soldadura sin necesidad de desplazar la sonda hacia adelante o atrás. La combinación de estas capacidades con un mejor control del haz ultrasónico simplifica la inspección ofreciendo al mismo tiempo una probabilidad de detección mejorada.
Figura 4: Sonda Phased Array TRL
Los niveles de sonido pueden ser reducidos mediante el uso de sondas de emisión-recepción separadas.
Figura 5: Sonda Dual Matrix Array
Una sonda DMA se compone de dos transductores con 28 elementos cada uno, combinando así los beneficios de la inspección por ultrasonido multielemento y la técnica de emisión y recepción (pitch-catch).
Resumen
La inspección por ultrasonido ofrece importantes beneficios en comparación con la radiografía, particularmente, al inspeccionar materiales complejos en soldaduras; no usa radiación ionizante, por ende, refuerza la seguridad y evita interrupciones operativas. Permite acelerar las inspecciones y ofrece una mejor probabilidad de detección en defectos poco visibles. Gracias a estos beneficios, los equipos de inspección por ultrasonido, como el detector de defectos por ultrasonido multielemento OmniScan MX2 de Olympus, son sumamente idóneos para las inspecciones de soldaduras a gran escala que deben ser llevas a cabo de forma rápida, segura y con una alta probabilidad de detección.
Para obtener más información, consulte el informe técnico completo en: www.olympus-ims.com/en/easy-ultrasonic-phased-array-inspection-ofcorrosion- resistant-alloys-and-dissimilar-weld-materials/. Este informe técnico proporciona recomendaciones acerca de los diferentes parámetros que deben considerarse para configurar correctamente una inspección por ultrasonido con el fin de obtener los mejores resultados de inspección.
1 Informe ejecutivo de salud y seguridad del Reino Unido. (www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr301.pdf)
Autor
Thierry Couturier
Especialista Senior de Productos y Aplicaciones: Ultrasonido convencional y Ultrasonido multielemento (Phased array)
Scientific Solutions Division
OLYMPUS EUROPA SE CO. KG