Introdução
Nos setores de petróleo e gás, petroquímico e de geração de energia, componentes com paredes espessas, como tubos, são usados com frequência. Para manter os custos baixos, esses componentes espessos são geralmente feitos de aço carbono simples e cobertos com um revestimento com liga mais resistente à corrosão (CRA, sigla em inglês) para aumentar a vida útil e a segurança do sistema. Essas ligas resistentes à corrosão também podem ser utilizadas para preencher a solda, como é o caso da peça mostrada na figura 1. Esse componente vem de um oleoduto que transporta produto químico corrosivo sob alta pressão, então apenas o aço carbono não é capaz de conter o líquido que flui e resistir à corrosão por um longo período. Quando o material da solda é diferente do material da peça, chamamos isso de “solda dissimilar”. As soldas dissimilares são desafiadoras para os ensaios não destrutivos (END). Antigamente, a radiografia (RT) era geralmente usada para inspecionar esses materiais diferentes. Porém, materiais espessos precisam de tempo de exposição muito maiores, o que aumenta a duração e o custo geral da inspeção radiológica. Essas dificuldades, assim como os avanços na tecnologia de Phased Array, tornaram o ultrassom uma alternativa viável para esses tipos de inspeção. |
Figura 1 — Componente com espessura de 95 mm com material de solda dissimilar e revestimento |
Desafios da inspeção de soldas dissimilares e espessas
Os dois principais desafios para a inspeção de tubulações são: material dissimilar da solda e do revestimento, e a espessura do componente (95 mm).
Realizar inspeções com a técnica de onda de cisalhamento convencional é difícil. Quando um feixe atravessa um componente que contém uma solda, tanto a interface metal-metal quanto a estrutura de grãos grossos da solda podem causar reflexão (retrodifusão) e refração das ondas ultrassônicas. Isso causa distorção, divisão e atenuação do feixe de ultrassom. (Veja a nota de aplicação “Inspeção simples com ultrassom Phased Array de ligas resistentes à corrosão e materiais dissimilares” para mais detalhes).
Além da questão da dissimilaridade, os componentes espessos também apresentam desafios específicos. É preciso que mais energia se propague na peça para se conseguir uma boa probabilidade de detecção e leituras precisas.
Solução com sonda Dual Linear Array A26
A sonda DLA A26 foi projetada para solucionar os problemas enfrentados na inspeção de soldas dissimilares espessas. Esse modelo de sonda usa a técnica de transmissão-recepção longitudinal (TRL), grande abertura e baixa frequência. Como as ondas longitudinais de baixa frequência são significativamente menos afetadas pela inclinação e atenuação, elas têm melhor perspectiva para inspeção de materiais diferentes que as ondas de cisalhamento. A configuração transmissão-recepção ou pitch-catch também permite que o som (energia) seja enviado para o componente espesso sem a desvantagem de aumentar o nível de ruído.
Figura 2 — Desenho de perfil de solda chanfrada e dissimilar
Por causa da conversão de modo (de onda longitudinal a de cisalhamento) que ocorre quando a onda reflete em uma superfície, somente procedimentos de meio salto são práticos (feixes diretos).
Para esta inspeção, o componente apresenta 95 mm de espessura com um material base de aço carbono, revestimento soldado de liga 825 e preenchimento de solda de liga de níquel (ErNiCrMo-3 + ENiCrMo3T1-4) [veja figura 1]. A solda foi aterrada para permitir que o rastreamento de possíveis defeitos transversais (a 0º e 180º, como mostrado na figura 7, plano de rastreamento).
Figura 3 — Esquema do bloco de demonstração
Duas sondas com frequências diferentes são usadas. A parte inferior do bloco de demonstração é a área de interesse (mostrada na figura 4). Para detectar defeitos de falta de fusão na parede lateral, a altura do sulco do diâmetro interno e todos os comprimentos de defeitos longitudinais foi utilizada em primeiro lugar uma sonda Phased Array (PA) A26 de 5 MHz. Foi utilizada uma sonda com frequência mais baixa (A26 de 2,25 MHz) para conseguir a penetração no material de preenchimento de liga de níquel que é mais atenuante em ângulos de 0º e 180º (figura 5).
As figuras 7 e 8 exibem defeitos transversais de orifícios perfurados laterais (SDH) de 5 mm que foram medidos precisamente com a sonda A26 de 2,25 MHz, mesmo no fundo do material espesso de preenchimento.
Figura 4 — Área de interesse para esta aplicação com falta de fusão e trincas no diâmetro interno da parede lateral
Vantagens da utilização da sonda DLA A26 em soldas espessas e dissimilares
Conseguimos bons resultados com as sondas Dual Matrix Array™ (DMA) e Dual Linear Array™ (DLA) para solucionar os ruídos ou aplicações com materiais deferentes. Alguns exemplos de sucesso dessa aplicação podem ser encontrados nas seguintes notas de aplicação: “Dual Matrix Array para inspeção acústica de soldas com muito ruído” e “Inspeções de tubos de aço austenítico de pequeno diâmetro com sonda Dual Linear Array (DLA)”. Porém, algumas aplicações de paredes espessas ainda são um desafio para os modelos de soldas anteriores. A sonda DLA A26 foi concebida para componentes espessos. Sua frequência mais baixa possibilita melhor penetração, sua configuração pitch-catch e maior abertura transmitem mais energia para a peça sem aumentar o nível de ruído.
A17 — 2,25 Mhz | A26 — 5 Mhz |
Figura 5 — Comparação dos resultados de S-scan das sondas A5 e A26 de um defeito longitudinal
Figura 6 — Comparação dos resultados de C-scan das sondas A17 e A26 de um defeito longitudinal
Conclusão
A sonda A26 apresentou melhor desempenho de dimensionamento do que as outras sondas Dual Array menores.
Devido à maior abertura e à maior frequência (5 MHz), a sonda Phased Array A26 mediu defeitos de falta de fusão na parede lateral, a altura do sulco no diâmetro interno, assim como todos os comprimentos de defeitos longitudinais com mais precisão que a sonda A17 de 2,25 MHz.
A sonda A26 de 2,25 MHz foi capaz de penetrar na camada de Inconel® 825 (liga de níquel) com ângulos de 0º e 180º.
Figura 7 — Bloco de demonstração com defeitos transversais (SDH de 5 mm de diâmetro) em profundidades de 60 mm, 70 mm e 80 mm. Rastreamento realizado a 180º no material de preenchimento.
Figura 8 — Rastreamento setorial mostrando SDH de 5 mm de diâmetro em profundidades de 60 mm, 70 mm e 80 mm.
