Contesto
L'esecuzione di una mappatura di spessori a ultrasuoni a alta risoluzione di forme complesse e variabili come i gomiti è molto complicata. Per realizzare queste applicazioni Olympus ha sviluppato la sua prima sonda a ultrasuoni phased array flessibile in grado di adattarsi alle forme complesse, creando nuove possibilità applicative.
Problema
Per mappare lo spessore di una componente, le sonde a ultrasuoni convenzionali devono essere mantenute perpendicolarmente rispetto alla superficie in ogni punto di acquisizione dei dati. Questo processo è lento e può essere mancato il rilevamento delle aree soggette a vaiolatura da corrosione tra i punti di acquisizione. Mediante gli ultrasuoni phased array ampie aree possono essere velocemente scansionate a alta risoluzione, tuttavia le sonde phased array lineari standard sono rigide e non possono adattarsi ai cambiamenti di forma delle componenti. Olympus ha sviluppato una soluzione per questo problema attraverso la sua nuova sonda ad ultrasuoni phased array flessibile progettata per la mappatura di spessori a alta risoluzione di componenti a forma complessa. Le applicazioni potenziali per questo tipo di sonda riguardano l'ispezione di gomiti, curve, ugelli o di ogni altra componente a forma variabile.
Soluzione
La nuova sonda phased array flessibile è stata progettata per possedere la combinazione di flessibilità e integrità meccanica con delle proprietà acustiche migliorate. La sonda è costruita di materiale composito flessibile SC 1-3 che assicura flessibilità, impedenza acustica e scalabilità.
Di seguito i parametri della sonda phased array flessibile:
| Numero U8 | Codice fabbricante | Frequenza (MHz) | Numero di elementi | Distanza elemento (mm) | Apertura attiva (mm) | Altezza elemento (mm) |
| Q3300182 | XACT-10036 | 5 | 64 | 1 | 64 | 6 |
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Figura 1: Diverse viste della sonda phased array flessibile Olympus.
L'integrità meccanica della sonda è stata testata curvandola 500 volte lungo un raggio di 5 cm a 10 cicli al minuto. Tutti gli elementi della sonda hanno continuato a funzionare perfettamente e non sono stati osservati danni.
Sono inoltre state testate le proprietà acustiche della sonda. La sonda flessibile genera dei fasci acustici come altre sonde phased array standard con gli stessi parametri. La sonda flessibile permette un'orientazione dei fasci di ±30 OL senza lobi principali.
La larghezza di banda dell'impulso ultrasonoro è di circa il 65% con una frequenza centrale di 5,0 MHz. Per la mappatura della corrosione e dello spessore rappresenta un compromesso accettabile considerando i vantaggi della flessibilità della sonda.
Quando la sonda è a diretto contatto con la componente metallica la zona morta è in genere di 5 mm. Quando viene usata una linea di ritardo come l'Aqualene, la zona morta può essere ridotta a 2–3 mm.
Risultati
La sonda phased array flessibile collegata all'OmniScan MX2 è stata testata su due tubazioni a gomito con presenza di corrosione interna. Sono state usate leggi focali con 4 elementi ed è stata prodotta una scansione lineare 0° OL lungo la lunghezza della sonda. La risoluzione della scansione è stata di 1 mm × 1 mm.
La sonda è stata montata su una linea di ritardo flessibile costituita di Aqualene per assicurare un migliore contatto con la componente e per ridurre la zona morta. Nella parte posteriore della sonda è stato applicato uno strato di gel polimero per distribuire uniformemente la pressione esercitata dall'operatore (Figura 2). A questo gruppo di supporto è stato collegato un encoder (Notare che il gruppo di supporto è sperimentale e non è stato ancora commercializzato).
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Figura 2: Gruppo di supporto sperimentale usato per l'ispezione.
Gomito N.1
Il Gomito N.1 ha un diametro esterno di 170 mm, uno spessore di 17 mm e la presenza di corrosione interna (Figura 3). La sonda effettua una scansione lungo l'asse della tubazione come illustrato nella Figura 3.
La superficie è stata coperta con una risoluzione di 1 mm × 1 mm. Piccole aree di vaiolatura da corrosione interna sono chiaramente visibili nelle immagini B-scan e C-scan (Figura 3). Il software visualizza la posizione delle aree interessate da vaiolatura e permette una veloce misura della profondità e della dimensione.
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Figura 3: A sinistra: Immagini B-scan e C-scan delel vaiolature da corrosione. A destra: Gomito con DE di 170 mm.
Gomito N.2
Il Gomito N.2 ha un diametro esterno di 220 mm e uno spessore di 7 mm (Figura 4). Questa componente è interessata da una Corrosione accelerata da flusso (FAC)
Il C-scan mostra chiaramente l'area della FAC come un'area corrosa gradualmente in espansione (Figure 4). Il colore rosso indica l'area con spessore sottile residuo mentre il colore blu mostra l'area di spessore nominale (Figura 4). Risulta semplice misurare la dimensione dell'area corrosa e lo spessore minimo residuo.
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Figura 4: A sinistra: Immagini B-scan e C-scan illustranti la FAC sul Gomito N.2. A destra: Gomito con DE di 220 mm.
Questi test dimostrano che la sonda phased array flessibile è sufficientemente flessibile per adattarsi ai gomiti potendo quindi mappare lo spessore delle forme complesse.
Nota importante
Sebbene la sonda phased array flessibile risulti utile per l'ispezione delle forme complesse, non dovrebbe essere considerato uno strumento per carichi di lavoro pesanti. Si deve fare attenzione a applicare una pressione costante alla sonda per mantenere un segnale ottimale. Inoltre la superficie della sonda deve essere protetta durante la scansione. Se la superficie della sonda viene passata direttamente su superfici irregolari si usurerà. Quando viene usata in contatto diretto con delle parti metalliche, la superficie della sonda dovrebbe essere protetta con nastro di Teflon. Si consiglia l'uso di una linea di ritardo flessibile. In questo momento non è commercialmente disponibile un gruppo di supporto per la sonda phased array flessibile
Anche considerando questi limiti, la sonda phased array flessibile risulta molto utile quando viene usata nel modo ottimale.
Conclusione
La sonda phased array flessibile dimostra la capacità di realizzare ispezioni di forme complesse in componenti come quelle a gomito. È in grado di effettuare la scansione di componenti complesse a forma variabile e la mappatura degli spessori a alta risoluzione.
La sonda flessibile produce la scansione lineare e settoriale come una sonda phased array standard.
Nota: La sonda phased array flessibile è stata progettata per determinate applicazioni. Con l'attuale struttura, la sonda non è adatta per un impiego in tutte le applicazioni. Richiedere maggior informazioni attraverso la seguente email: SCE.PM@olympus-ossa.com
