O ultrassom é usado em testes não destrutivos industriais há quase um século. Os primeiros testes ultrassônicos (UT) envolviam transdutores de elemento simples, uma tecnologia relativamente simples que ainda é usada e suficiente para muitas aplicações.
Mas a tecnologia evoluiu com o tempo. Para melhorar o desempenho e a eficiência da inspeção, houve avanços no uso de sondas multielementos e em equipamentos eletrônicos e softwares mais poderosos. Isso resultou no teste ultrassônico Phased Array (PAUT) que se tornou uma técnica amplamente aceita e aplicada, embora exija mais treinamento que os UTs convencionais para ser realizado corretamente.
O método de foco total (TFM) é mais uma evolução em complexidade. Ele explora a tecnologia de sondas multielementos, mas os dados necessários para o TFM são adquiridos com um método de captura completa de matriz (FMC). A FMC é uma estratégia mais abrangente de disparo e recepção de feixe que resulta em um volume impressionante de dados.
Assista a este vídeo curto para saber mais sobre os princípios básicos da FMC e do TFM.
A formação de imagem do TFM depende do processamento da grande quantidade de dados da FMC, por isso, ganhou a reputação de ser uma técnica mais lenta, prática apenas para verificação secundária e mais direcionada. Eu usei e experimentei o TFM por um tempo e tenho algumas recomendações para dissipar algumas suposições sobre esse método relativamente novo de NDT.
1. Evite supor que um modo serve para tudo
Se você, como eu, tem formação em TFM ou PAUT, provavelmente conhece bem a técnica de pulso-eco (P/E). Os caminhos dos feixes são razoavelmente fáceis de entender com o pulso-eco. Na primeira parte de uma inspeção de P/E, os pulsos do feixe de som da sonda viajam até a falha, refletem nela e retornam à sonda. Na segunda parte, há uma reflexão extra na parede traseira.
Com o TFM, o conceito de caminhos do feixe não é tão simples. Para produzir uma imagem de TFM, os caminhos do feixe são regenerados sinteticamente pelo instrumento de aquisição usando os dados da FMC. Ao combinar diferentes tipos de onda (longitudinais ou transversais) e diferentes trechos dos caminhos das ondas, o instrumento oferece até 10 opções de modo de TFM (também conhecidos como conjuntos de onda), por exemplo, TTT, TLT ou TTTT.
Para decifrar esses conjuntos de dados de TFM, saiba que cada letra representa um trecho da jornada e o modo de propagação desse trecho: T para transversal e L para longitudinal. Os conjuntos de dados de TFM podem ter reflexões extras que não estamos acostumados a ver com pulso-eco Phased Array. Alguns instrumentos, como o detector de falhas OmniScan X3, tem uma opção de conjunto de onda 5T (TT-TTT).
Com todas essas opções, como escolher o conjunto de ondas correto (ou conjuntos de ondas) para a inspeção? Veja alguns fatores importantes a considerar:
- Tipo de falha
- Local da falha
- Curvatura ou geometria da peça
Essas características, tanto da falha visada como da peça inspecionada, influenciam a capacidade de detecção de cada conjunto de onda.
Para demonstrar isso, vou mostrar exemplos de imagens de TFM diferentes de uma rachadura no diâmetro interno de uma solda.
O primeiro exemplo mostra, no display do OmniScan X3, a resposta do sinal ao usar um conjunto de onda TTTT em modo pulso-eco (similar à segunda parte da inspeção de PAUT).
Embora haja uma detecção, o sinal não é ideal e há uma chance de negligenciar essa indicação. Agora, se mudarmos para o conjunto de onda TTT no modo auto-tandem na mesma rachadura no diâmetro interno, a indicação “surge” subitamente no display!
Nesse caso, a onda sonora que reflete na parede traseira antes de atingir o refletor da rachadura no diâmetro interno tem uma perpendicularidade muito maior em relação à falha, de forma que o conjunto de ondas TTT representa isso muito bem visualmente. (Assim como com UT convencional, você quer que haja uma reflexão a mais perpendicular possível.)
Para a rachadura no diâmetro interno, esses dois modos de TFM oferecem resultados de detecção radicalmente diferentes. Isso também vale para diferentes refletores em diferentes profundidades e orientações. Geralmente, um modo não é suficiente para cobrir todos os cenários.
Dica extra: confira se os parâmetros de velocidade e espessura são precisos
Novamente, se sua formação for de PAUT, pode ser que você tenha o hábito de estimar a velocidade do som de um material. Você pode pensar em inserir o padrão de 0,2320 pol./µs ou 5.890 m/s e dar o assunto por encerrado. No entanto, com o TFM, especialmente ao usar modos auto-tandem com todas as reflexões extras, não podemos nos dar ao luxo de arriscar.
Para provar, observe a diferença de variações de 2,5% ao tentar detectar uma rachadura no diâmetro interno usando o conjunto de ondas TTT.
Uma diferença de 5% no valor da velocidade para o meio-salto (TTT) resultou em perda completa de sinal no nó vertical. Essa exigência de precisão também se aplica à espessura e à geometria da peça. Se os valores de espessura e geometria informados forem imprecisos, o sinal não reflete mais como esperado, o que resulta em imprecisão nos cálculos.
2. Use a sonda correta para focar sua zona do TFM
A formação de imagem do método de foco total (TFM) também tem reputação de oferecer foco uniforme em toda a zona de TFM. No entanto, isso não totalmente verdadeiro. O TFM está sujeito às mesmas leis da física que o Phased Array e UT convencional. Por exemplo, o desempenho de formação de imagem de TFM do seu instrumento depende dos recursos da sonda Phased Array.
Assim como em PA e UT, as características físicas da sonda, como o tamanho do elemento e a frequência influenciam as características do feixe (ou seja, comprimento de campo próximo, diâmetro do feixe, ângulo de espalhamento do feixe, etc.), o que também têm impacto no foco da zona de TFM. Veja as imagens de TFM de orifícios perfurados lateralmente sobrepostos (SDHs) abaixo, capturadas usando três sondas diferentes:
Saiba mais sobre o impacto da seleção de sonda no TFM na publicação de blog “Qual sonda Phased Array é a mais adequada para sua inspeção de método de enfoque total?”
3. Não subestime a importância da fidelidade da amplitude
O que é fidelidade da amplitude e por que esse é um termo da moda no TFM?
A fidelidade da amplitude (AF) é a medida (em dB) da variação máxima da amplitude de uma indicação causada pela resolução da grade do TFM. Simplificando: esse valor determina a espessura da grade antes que a qualidade da imagem se torne “pixelada” demais para ver com clareza as falhas. Ao ajustar a AF, você quer garantir que o tamanho do pixel seja adequado ao tamanho do comprimento de onda. A relação de tamanho de um pixel com o comprimento de onda do feixe de ultrassom é importante. Da mesma forma que você pode perder o pico do sinal quando a frequência de digitalização é muito baixa no PAUT, um pixel muito grande pode dificultar a visualização da amplitude de pico de uma indicação no TFM.
Há vários fatores que influenciam a fidelidade de amplitude: frequência da sonda e largura de banda, velocidade do material, resolução da grade, envelope aplicado, etc. Os códigos de inspeção que regem o TFM (ASME, por exemplo), geralmente recomendam que a fidelidade de amplitude não ultrapasse 2 dB.
Como saber se a AF ultrapassou o nível ideal? É fácil: basta olhar a leitura de AF, pois instrumentos como o detector de falhas OmniScan X3 calcularão o valor para você. Além disso, o recurso de envelope do TFM da unidade OmniScan X3 permite uma taxa de aquisição mais rápida do que a renderização de TFM padrão e oscilante, enquanto mantém uma configuração ideal de fidelidade de amplitude (AF). Por isso, lembre-se de experimentar o envelope na próxima vez que tiver dificuldade para obter a AF certa.
Saiba tudo sobre nosso envelope de TFM inovador neste artigo acadêmico, “Uso do método de foco total com o recurso de envelope”.
4. Aproveite o simulador de caminho de onda e as ferramentas de modelamento
Use todas as ferramentas de software à sua disposição para prever o resultado da sua inspeção de TFM.
Antes de iniciar a inspeção de TFM, verifique a cobertura e a sensibilidade que podem ser atingidas por uma determinada combinação de sonda, calço e conjunto de onda com um simulador, como a ferramenta de Mapeamento de Influência Acústica (AIM). A ferramenta de AIM também leva em consideração o tipo de falha procurado e o desvio da inclinação da sonda. Use-a para verificar todos os conjuntos de ondas e testar cada um em refletores diferentes até encontrar o melhor.
As cores do mapa de amplitude do AIM fornecem indicação clara da cobertura oferecida pelos conjuntos de ondas de TFM na região de interesse (ROI).
As áreas vermelhas indicam que a resposta ultrassônica é muito boa e varia entre 0 dB e –3 dB em relação à amplitude máxima. As áreas alaranjadas variam entre 3 dB e –6 dB da amplitude máxima. Áreas amarelas entre −6dB e −9 dB, etc.
Saiba mais sobre como usar o AIM no webinar: Mapeamento de Influência Acústica (AIM)—A ferramenta de modelamento para sua inspeção de TFM.
5. Use vários modos para otimizar sua cobertura
Por último, mas não menos importante, alguns instrumentos permitem usar vários modos ao mesmo tempo. Por exemplo, você pode usar e mostrar os resultados de até 4 modos de TFM simultaneamente na tela do OmniScan X3. Aproveite esse recurso e não deixe passar nenhuma falha!
Se quiser mais informações, confira as Perguntas frequentes sobre o TFM.
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Nota de aplicação: Utilização do método de foco total para melhorar a imagem de Phased Array
Artigo acadêmico: Uso do método de foco total com o recurso de envelope
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