Inspección por arreglo de fase de acuerdo a ASME Sección V

Inspección por arreglo de fase de acuerdo a ASME Sección V

Imagination at work.

Vitor Hugo S. Debernardo Ingeniaría de Aplicaciones T +55 11 3614 1893 C +55 11 8395 4104 E [email protected]

Introducción

 Introducción a la teoría del ultrasonido por arreglo de fase;  Secciones del código ASME;

 Sección V - Pruebas no destructivas;  Reemplazo de la radiografía por ultrasonido para inspección de soldaduras.


Introducción a la teoría del ultrasonido por arreglo de fase

Arreglo de fase - Concepto • Es un método para generar y recibir las ondas ultrasónicas con palpadores de múltiples elementos.

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p/r

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Accionamiento electrónico de un grupo de elementos por vez, con posterior desplazamiento electrónico al largo del palpador. Linear Array - Electronic Indexing

Arreglo Sectorial Accionamiento electrónico desfasado entre los elementos, generando direccionamiento y focalización.

...

p/r

...

delay

...

Formacion del haz sónico

• Los pulsos son desfasados (phased) para que se tenga direccionamiento y focalización de los haces sónicos.

Arreglo Lineal

Phased Array - Electronic Steering

Phased Array - Electronic Focusing

Arreglo de fase – Tipos de palpadores Arreglo lineal simple

Arreglo lineal curvo

Arreglo lineal doble

Arreglo circular plano

Arreglo de fase – Accionamiento de los palpadores Paso Distancia centro a centro entre los elementos;

Elevación Anchura de los elementos;

Palpador Virtual Cuantidad de elementos que accionados simultáneamente. Paso

Campo

Campo Cercano

Elevación

son

Cristal

Foco

Lejano

Haz Acústico

Ángulo de Divergencia  6

D0

N Campo Cercano

Campo Lejano

Una ves que se determina el palpador virtual, las reglas son las mismas del ultrasonido convencional.

Arreglo de fase - Tipos de escaneos

Escaneo lineal (E-Scan) • Accionamiento simultaneo o desfasado de los elementos; • Variación de la ubicación del palpador virtual al largo de los elementos.

Escaneo Sectorial (S-Scan) • Accionamiento desfasado de los elementos; • Generación de distintos haces sónicos.

1

2

Arreglo de fase - Calibraciones

Retrasos en la cuña Cada haz sónico debe tener su retraso ajustado.

20mm

de los Amplitudes Echoamplitude [dB] ecos

SDH 3mm 

Atenuación sónica en la cuña

5

Los recorridos sónicos en la cuña son distintos para cada haz sónico y la sensibilidad hay que ser ajustada por haz sónico.

0 -5 -10

Atenuación sónica en el material

-15 -20 -25 35

45

55

65

Einschallwinkel Ángulo de los haces[°]sónicos

Tendencia Medidas

75

Hay que tener niveles distintos de ganancia conforme se aumenta el recorrido sónico.

Arreglo de fase - Imagen

Codificación de las amplitudes E-Scan

Gráfico S-Scan

E-Scan

S-Scan

Arreglo de fase - Vistas Gráfico C-Scan Registro de la amplitud y recorrido sónico del eco más intenso de cada haz sónico al largo del desplazamiento del palpador

Arreglo de fase - Vistas

Vista del topo

Vista lateral Vista del fundo

Ventajas del ultrasonido por arreglo de fase Escaneo electrónico Inspeccione más rápidamente un cierto volumen, tanto en las soldaduras como en materiales.

Generación de haces sónicos con ángulos específicos Genere haces sónicos con ángulos que tiene mejor perpendicularidad con las fallas.

Variación de los ángulos de los haces sónicos Aumente el POD inspeccionando una pieza con haces sónicos de varios ángulos. Inspeccione zonas donde no hay espacio para el desplazamiento del palpador.

Enfoque electrónico Concentre la energía de un haz sónico en un punto específico, aumentando el POD y mejorando la relación señal/ruido.

Registro permanente Permite que datos de inspección sean grabados para una posterior revisión y evaluación.


Secciones del código ASME

Código ASME La Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) estableció en 1911 el comité de Caldera y Recipientes a Presión para formular las reglas para la construcción de calderas a vapor y recipientes a presión; La función del comité es establecer las reglas de seguridad relacionadas a integridad de equipos a presión; Las reglas consideran las necesidades de los usuarios, fabricantes y inspectores; El objetivo es garantizar cierta protección a la vida, propiedad y una margen para deterioración en servicio, durante el período de operación del equipo.

Código ASME

El código contiene requerimientos mandatorios, prohibiciones específicas y sugerencias no mandatarias para las actividades de construcción, inspección en servicio y pruebas; El código no se dedica a todos los aspectos de las actividades y los aspectos no abordados por el código no deben ser considerados prohibidos. El código no es un handbook y no reemplaza educación, experiencia y juzgamiento de la ingeniaría;

Secciones del código ASME I - Reglas para la construcción de calderas de potencia; II – Materiales; III – Reglas para la construcción de componentes para una planta nuclear; IV – Reglas para la construcción de calderas de calentamiento; V – Pruebas no destructivas; VI – Reglas recomendadas para el mantenimiento y operación de calderas de calentamiento; VII – Recomendaciones para el mantenimiento de calderas de potencia;

VIII – Reglas para construcción de recipientes a presión; IX – Calificación de los procesos de Soldadura, Brazaje y Fusión; X – Recipientes a presión con refuerzo de fibra de carbono; XI – Reglas para la inspección en servicio de componentes de plantas nucleares; XII – Reglas para la construcción y servicio continuado de tanques de transporte.


Sección V - Pruebas no destructivas

Sección V – Pruebas no destructivas

Subsección A – describe los métodos de examine no destructivos que deben ser utilizados caso referenciado por otras secciones del código o otros documentos.

Subsección B – lista los patrones que cubren los métodos de examine no destructivos que fueron aceptados como referencia.

Sección V – Articulo 1 – Requerimientos generales  Provee una aclaración general sobre la Sección V;  Aclara para que sirven los requerimientos que exigidos en toda la Sección V;

 Presenta el diccionario de termos para pruebas no destructivas.

T-120 GENERAL T-130 EQUIPMENT T-150 PROCEDURE T-160 CALIBRATION T-170 EXAMINATIONS AND INSPECTIONS T-180 EVALUATION T-190 RECORDS/DOCUMENTATION MANDATORY APPENDIX I - GLOSSARY OF TERMS FOR NONDESTRUCTIVE EXAMINATION

Articulo 4 – Métodos de examine ultrasónico de soldaduras Provee las referencias y requerimientos para el examine ultrasónico de soldaduras, dimensionamiento de indicaciones y comparación con patrones.

T-410 SCOPE T-420 GENERAL T-430 EQUIPMENT T-440 MISCELLANEOUS REQUIREMENTS T-450 TECHNIQUES T-460 CALIBRATION T-470 EXAMINATION T-480 EVALUATION T-490 DOCUMENTATION T-190 RECORDS/DOCUMENTATION

Apéndice Mandatorio IV Técnicas de barrido manual, utilizando palpadores lineales, con desplazamiento transversal del palpador (raster scaning)

IV-410 ESCOPE Las técnicas cubiertas son: simple (ángulo fijo), E-scan (ángulo fijo) y S-scan (varios ángulos)

E-Scan

S-Scan

IV-420 GENERAL Los requerimientos del Articulo 4 se aplican, excepto si modificados por esto apéndice.

Apéndice Mandatorio IV IV-422 WRITTEN PROCEDURE REQUIREMENTS IV-422.1 Requirements. Los requerimientos de la tabla T-421 y IV-422 deben ser aplicados

IV-422.2 Procedure Qualification. Los requerimientos de la tabla T-421 y IV-422 deben ser aplicados

IV-460 CALIBRATION IV-461 INSTRUMENT LINEARITY CHECKS IV-461.2Amplitude Control Linearity Conforme apéndice mandatorio II

Apéndice Mandatorio IV IV-462 GENERAL CALIBRATION REQUIREMENTS IV-462.7 Focal Law. Hay que se utilizar la misma ley focal para calibración y inspección IV-462.8 Beam Calibration Proveer mediciones de distancia y correcciones de amplitud en todo el recorrido sónico aplicado en el examine. Compensación para variaciones en el recorrido sónico de la cuña y efectos de atenuación en la cuña.

Apéndice Mandatorio IV IV-490 DOCUMENTATION IV-492 EXAMINATION RECORD Para cada inspección, las informaciones del parágrafo T-492 y las siguientes deben ser gravadas: (a) Tipo del palpador, cantidad y tamaño de los elementos, dimensiones del paso y gap; (b) Parámetros de la lei focal, ángulo, profundidad de focalización, número de elementos utilizados, incremento de elementos, rango de ángulos y incremento de ángulos (c) Ángulo de la cuña

Apéndice Mandatorio V Técnicas de barrido lineal, utilizando palpadores lineales, con desplazamiento lineal del palpador

V-410 SCOPE Describe los requerimientos para E-scan (ángulo fijo) y S-Scan (variación de ángulos), con barrido lineal y registro con encoder. V-420 GENERAL Los requerimientos del Articulo 4 se aplican, excepto si modificados por esto apéndice

Apéndice Mandatorio V V-421.1 Requirements. Los requerimientos de la tabla T-421 y V-422 deben ser aplicados.

V-421.2 Procedure Qualification. Los requerimientos de la tabla T-421 y V-422 deben ser aplicados.

V-460 CALIBRATION

V-461 INSTRUMENT LINEARITY CHECKS V-461.2Amplitude Control Linearity Conforme apéndice mandatorio II

V-462 GENERAL CALIBRATION REQUIREMENTS IV-462.7 Focal Law. Hay que se utilizar la misma ley focal para calibración y inspección

Apéndice Mandatorio V V-462.8 Beam Calibration Proveer mediciones de distancia y correcciones de amplitud en todo el recorrido sónico aplicado en el examine. Compensación para variaciones en el recorrido sónico de la cuña y efectos de atenuación en la cuña.

V-467 ENCODER CALIBRATION Una verificación de la calibración debe ser hecha en intervalos que no excedan 1 mes, desplazando el encoder por una distancia mínima de 500 mm. No debe presentar un error mayor que 1 % de la distancia desplazada.

Apéndice Mandatorio V

V-422 SCAN PLAN Debe ser fornecido un plan de inspección, presentando la ubicación y desplazamiento del palpador de manera a proveer una metodología estandarizada para la inspección. Adicionalmente a las informaciones de la tabla V-421, el plan de inspección debe incluir los ángulos de los haces sónicos y direcciones con respecto a los ejes de la soldadura, punto de referencia, geometría de la soldadura y número de zonas o áreas de inspección.

Apéndice Mandatorio V V-470 EXAMINATION V-471 GENERAL EXAMINATION REQUIREMENTS V-471.1 Examination Coverage. (a) El palpador debe ser mantenido a una distancia fija de la soldadura, vía un guía fijo medio mecánico; (b) El ángulo del E-Scan o rango de ángulos del S-Scan deben ser apropiados para la junta a ser evaluada; (c) La velocidad del barrido debe ser ajustada de forma a no generar pierda de dos líneas de datos por pulgada (25 mm) inspeccionada o pierdas de líneas adyacentes; (d) Para E-scan la superposición de los haces debe ser no mínimo de 50% de la altura de la apertura activa; (e) Para la técnica de S-scan, el incremento de ángulos debe ser máximo de 1grado; (f) Cuando se utilizar varios barridos para la inspección, adyacentes barridos deben tener una superposición mínima de 10% de la altura del apertura o ancho del haz sónico para S-Scan.

Apéndice Mandatorio V V-470 EXAMINATION V-471 GENERAL EXAMINATION REQUIREMENTS V-471.6 Recording Datos de A-scan deben ser grabados, de forma no comprimida y sin influencia de compuertas, con una taza de digitalización de 5 veces la frecuencia del palpador utilizado. El incremento de grabación debe ser de: (a) 0.04 pulgadas (1 mm) para materiales con espesor < 3 pulgadas (75 mm); (b) 0.08 pulgadas (2 mm) para materiales con espesor ≥ 3 pulgadas (75 mm) .

V-471.7 Reflectors Transverse to the Weld Seam. Como una alternativa a la exploración en línea, un examen manual con haces sónicos angulares puede ser realizado para la detección de reflectores transversales al eje de la soldadura.

Apéndice Mandatorio V V-490 DOCUMENTATION V-492 EXAMINATION RECORD Para cada inspección, las informaciones del parágrafo T-492 y las siguientes deben ser gravadas: (a) Tipo del palpador, cantidad y tamaño de los elementos, dimensiones del paso y gap; (b) Parámetros de la ley focal, ángulo, profundidad de focalización, número de elementos utilizados, incremento de elementos, rango de ángulos y incremento de ángulos (c) Ángulo natural refractado de la cuña (d) Plan de exploración Los datos de A-scan grabados necesitan ser retenidos solamente hasta que la evaluación final de las fallas sean echas.

Apéndice Mandatorio VII – Requisitos de Examen Ultrasónico para un Criterio de Aceptación Basado en la Mano de Obra ( Workmanship)

VII-410 SCOPE Describe los requisitos para realización de examen ultrasónico automático o semiautomático cuyo criterio de aceptación es basado en la mano de obra (workmanship). VII-420 GENERAL Los requerimientos del Articulo 4 se aplican, excepto si modificados por esto apéndice VII-421 WRITTEN PROCEDURE REQUIREMENTS VII-421.3 Written Procedure and Procedure Qualification. Los requisitos de la Tabla T-421 y Tabla VII421 deben ser aplicados.


VII-430 EQUIPMENT VII-431 INSTRUMENT REQUIREMENTS La inspección ultrasónica debe ser hecha utilizando un sistema automático o semiautomático, con adquisición y análisis de los datos basada en computadora. La inspección para detección de reflectores transversales puede ser hecha manualmente conforme T-472.1.3, a no ser que la Sección de referencia del código especifique que debe ser hecha por el sistema automático o semiautomático.

VII-480 EVALUATION VII-485 EVALUATION. La evaluación final de las fallas deben ser hechas después que se ajuste los parámetros de presentación (contraste, brillo, etc.)


VII-486 SUPPLEMENTAL MANUAL TECHNIQUES Fallas detectadas durante la exploración automática o semiautomática poden ser evaluadas, caso aplicable, por una técnica manual suplementar

VII-487 EVALUATION BY MANUFACTURER El fabricante es responsable por la revisión, interpretación, evaluación y aceptación de los datos de la exploración, para garantizar que contempla los requisitos del Articulo 4, este Apéndice y la sección del código.

VII-490 DOCUMENTATION VII-492 EXAMINATION RECORD Las informaciones del parágrafo T-490 y las siguientes deben ser grabadas. (a) Plan de exploración; (b) Escáner y sus accesorios; (c) Datos de indicación [ejemplo: posición en la soldadura, largo y categorización (grieta, falta de fusión, falta de penetración, inclusión)] (d) La imagen del procesamiento final; (e) Datos de las indicaciones detectadas con la técnica manual

Apéndice Mandatorio VIII – Requisitos de Examen Ultrasónico para un Criterio de Aceptación Basado en la Mecánica de la Fractura VIII-410 SCOPE Describe los requisitos para realización de examen ultrasónico automático o semiautomático cuyo criterio de aceptación es basado en la mecánica de la fractura VIII-420 GENERAL Los requerimientos del Articulo 4 se aplican, excepto si modificados por esto apéndice VIII-421 WRITTEN PROCEDURE REQUIREMENTS VIII-421.2 Procedure Qualification. Calificación del procedimiento es necesario. VIII-421.2 Procedure Qualification. VIII-421.2 Written Procedure and Procedure Qualification. Los requisitos de la Tabla T-421 y Tabla VIII421 deben ser aplicados.

Apéndice Mandatorio VIII – Requisitos de Examen Ultrasónico para un Criterio de Aceptación Basado en la Mecánica de la Fractura VIII-430 EQUIPMENT VIII-431 INSTRUMENT REQUIREMENTS La inspección ultrasónica debe ser hecha utilizando un sistema automático o semiautomático, con adquisición y análisis de los datos basada en computadora. La inspección para detección de reflectores transversales puede ser hecha manualmente conforme T-472.1.3, a no ser que la Sección de referencia del código especifique que debe ser hecha por el sistema automático o semiautomático.

VIII-470 EXAMINATION VIII-471 GENERAL EXAMINATION REQUIREMENTS VIII-471.1 Examination Coverage. El volumen a ser inspeccionado debe ser igual al informado en el plan de inspección.

VIII-471.3 Rate of Search Unit Movement. La taza de actualización debe ser igual a la taza calificada.

VIII-471.4 Scanning Sensitivity Level. El nivel de sensibilidad del barrido no pode ser inferior al nivel calificado.

Apéndice Mandatorio VIII – Requisitos de Examen Ultrasónico para un Criterio de Aceptación Basado en la Mecánica de la Fractura VIII-480 EVALUATION VIII-486 SIZE AND CATEGORY VIII-486.1 Size. El dimensionamiento de la falla debe ser determinada por el rectángulo que contiene totalmente la área de la falla. (a) El largo de la falla debe ser la dimensión del rectángulo que es paralela a la superficie interna. (b) La altura de la falla debe ser la dimensión del rectángulo que es perpendicular a la superficie interna.

VIII-486.2 Category. Las fallas deben ser categorizadas como superficial o sub-superficial, basado en la distancia de separación en relación a la superficie más cercana del componente. (a) Superficial - Si el espacio es igual o inferior a mitad o menos de la altura de la falla. (b) Sub-superficial – Si el espacio es mayor que mitad de la altura de la falla.

Apéndice Mandatorio VIII – Requisitos de Examen Ultrasónico para un Criterio de Aceptación Basado en la Mecánica de la Fractura VIII-487 SUPPLEMENTAL MANUAL TECHNIQUES Fallas detectadas durante la exploración automática o semiautomática poden ser evaluadas, caso aplicable, por una técnica manual suplementar

VIII-488 EVALUATION BY MANUFACTURER El fabricante es responsable por la revisión, interpretación, evaluación y aceptación de los datos de la exploración, para garantizar que contempla los requisitos del Articulo 4, este Apéndice y la sección del código.

VIII-490 DOCUMENTATION VIII-492 EXAMINATION RECORD Las informaciones del parágrafo T-490 y las siguientes deben ser grabadas. (a) Plan de exploración; (b) Escáner y sus accesorios; (c) Datos de indicación [ejemplo: posición en la soldadura, largo y categorización (grieta, falta de fusión, falta de penetración, inclusión)] (d) La imagen del procesamiento final; (e) Datos de las indicaciones detectadas con la técnica manual


Reemplazo de la radiografía por ultrasonido para inspección de soldaduras

Reemplazo de la radiografía conforme sección VIII Sección VIII – División 1 - UW51 RADIOGRAPHIC EXAMINATION OF WELDED JOINTS (4)

Sección VIII – División 2 - 7.5.5 ULTRASONIC EXAMINATION USED IN LIEU OF RADIOGRAPHIC EXAMINATION

Sección V – Artículo 4 Mandatory Appendix VIII - ULTRASONIC EXAMINATION REQUIREMENTS FOR A FRACTURE MECHANICS BASED ACCEPTANCE CRITERIA

UW-51 RADIOGRAPHIC EXAMINATION OF WELDED JOINTS (4) Como alternativa a los requerimientos de examine radiográfico, todas las soldaduras en materiales con espesores con 6 mm (1/4 pulgada) o mayores pueden ser examinadas utilizando el método ultrasónico, conforme requerimientos del parágrafo 7.5.5 de Sección VIII, División2.

Criterio de aceptación Sección VIII – Division 2 - 7.5.5.3 Flaw Evaluation and Acceptance Criteria.

Reemplazo de la radiografía conforme sección VIII Sección VIII – División 1 - UW51 RADIOGRAPHIC EXAMINATION OF WELDED JOINTS (4)


Sección V – Artículo 4 Mandatory Appendix VIII - ULTRASONIC EXAMINATION REQUIREMENTS FOR A FRACTURE MECHANICS BASED ACCEPTANCE CRITERIA


7.5.5 ULTRASONIC EXAMINATION USED IN LIEU OF RADIOGRAPHIC EXAMINATION 7.5.5.1 Cuando reemplazando los requerimientos de examine radiográfico del parágrafo 7.5.3, el xamine ultrasónico automático o semiautomático puede ser aplicado, vía procedimiento escrito en conformidad con los requerimientos de la Sección V, Articulo 4, Apéndice Mandatorio VIII.

Reemplazo de la radiografía conforme sección VIII Sección V – Artículo 4 Sección VIII – División 1 - UW51 RADIOGRAPHIC EXAMINATION OF WELDED JOINTS (4)


Mandatory Appendix VIII - ULTRASONIC EXAMINATION REQUIREMENTS FOR A FRACTURE MECHANICS BASED ACCEPTANCE CRITERIA


7.5.5.3 Flaw Evaluation and Acceptance Criteria. Fallas deben ser evaluadas para aceptación utilizando los criterios de aceptación de las tablas 7.8, 7.9, 7.10 o 7.11.

Reemplazo de la radiografía conforme sección VIII Ventajas del reemplazo de RT por UT

 Es un método más seguro (sin radiación);  No genera contaminación al medio ambiente (sin químicos);  Es más productivo;  No necesita procesamiento;  Presenta mayor POD.

Ventajas del reemplazo de RT por UT  Sección I - Reglas para la construcción de calderas de potencia;  Sección VIII - Reglas para construcción de recipientes a presión (antiguo Code Case 2235);  ASME B31.1 - Tubería de alimentación (tubería de presión);  Sección III - Reglas para la construcción de componentes de instalaciones nucleares (Code Case N659);  Sección XI - Reglas para la inspección de servicio de los

Inspección por arreglo de fase de acuerdo a ASME Sección V

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