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Técnica Ultrasónica

TOFD (Difracción de Tiempo de  Vuelo)

Técnica Ultrasónica TOFD

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Técnica ultrasónica TOFD • El fenó fenóme meno no de dif difra racc cció ión n • Uso co conven nvencio cional nal de de la difrac difracció ción n • Prin Princi cipi pios os de de TOFD TOFD • Implem Implement entaci ación ón prácti práctica ca • Códi Código goss y norm normas as • Ventaj Ventajas as y limita limitacio ciones nes de la la técnica técnica TOFD TOFD • Solucion iones

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El fenómeno de difracción Onda incidente Ondas difractadas

Discontinuidad Onda refractada En todas direcciones De baja energía Ondas difractadas

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Dependientes del ángulo de incidencia

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El fenómeno de difracción • El Pri Princ ncipi ipio o de de Huyg Huygen: en:

La onda entrante hace vibrar al defecto

Cada punto del defecto genera nuevas ondas esféricas elementales

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Resumen de difracción • Onda incidente

onda reflejada

• Onda incidente ondas difractadas emitidas por los límites del defecto • Ondas cilíndricas / esféricas emitidas en todas direcciones • Amplitud típica de 20 a 30 dB por debajo de la reflexión directa

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Uso convencional de la difracción • Método de difracción de extremos (técnica de observación satélite-pulso)

 Amplitud

1  Angulo

2 Difracción del extremo

2

1 Ranura o defecto Reflexión de esquina

Tiempo de Vuelo

Tiempo de Vuelo, Angulo y Velocidad

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Altura

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Principios básicos de TOFD  Ajuste típico

Transmisor

Receptor Onda Lateral Extremo superior

Extremo inferior

Reflexión de Pared Posterior

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 Ajuste Típico • 2 sensores (transmisor, receptor) • Haz ultrasónico ancho, ondas longitudinales • Simétricamente al centro de la soldadura • Onda lateral (Onda longitudinal subsuperficial) • Reflexión de Pared Posterior • Detección de la señal de difracción (receptor de alta sensibilidad)

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Señales de barrido A Transmisor

Receptor Onda Lateral

Reflexión de Pared Posterior

OL

RPP

Extremo inferior

Extremo superior

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Diferencia de Fase Transmisor

Receptor Onda Lateral

Reflexión de Pared Posterior

+

+

OL

Extremo inferior

RPP

Extremo superior

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Profundidad del Defecto • Basado en: !

Medición exacta del tiempo de viaje

!

Ecuaciones trigonométricas simples

• Realizado por computadora

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Tiempo de Viaje S

S

Transmisor

Receptor

t0

d

Pulso Inicial OL

RPP

t

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Profundidad del Defecto PCS Transmisor

Receptor S

S t0

t0

d

PCS = 2S

PCS

T

Separación del centro de los sensores

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 Altura del Defecto 2S Transmisor

Receptor

d1 d2

 Ya que para calcular la altura solo se utiliza la medición de los tiempos de viaje, es posible estimar con mucha exactitud estos valores. En la práctica se han obtenido exactitudes de 1mm en discontinuidades reales (0.1 mm en reflectores artificiales) Técnica Ultrasónica TOFD

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Defecto típico, Discontinuidad en la cara superior Transmisor

Receptor La Onda Lateral es bloqueada

Reflexión de Pared Posterior

RPP

No hay Onda Lateral

Extremo de la discontinuidad

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Defecto típico, Discontinuidad en la cara superior Transmisor

Receptor Onda Lateral

Eco de Pared Posterior bloqueado

OL

Extremo de la discontinuidad

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No hay Eco de Pared Posterior Llog, s.a. de c.v. Departamento de Desarrollo

Defecto típico, Discontinuidad plana horizontal (Falta de fusión, Laminaciones) Transmisor

Receptor Onda Lateral

Señal Reflejada

Reflexión de Pared Posterior

OL

Pared Posterior

Eco de Reflexión

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Implementación Práctica - TOFD • Ajuste general • Consideraciones de los sensores • Procesamiento de datos y presentación • Manipulador • Tipos de Barrido

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 Ajuste general

Encoder de Posición Omniscan MX  Soldadura

Sensores Ultrasónicos

Manipulador Sensores Ruedas Magnéticas

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Omniscan MX 

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Consideraciones de los sensores • Tipo de Onda Ondas Longitudinales: Ondas más rápidas, fácil interpretación, no hay confusión con ondas de conversión de modo (Ondas de Corte). Señales difractadas más fuertes. !

• Angulo Relación entre el ángulo y la amplitud de la señal difractada generada, precisión en la determinación de la altura de defectos. !

!

En la mayoría de los casos: 60° es una buena elección.

• Resolución de la variable tiempo Mediciones basadas en tiempo, pulsos ultrasónicos cortos (importancia del equipo ultrasónico: parámetros de excitación de los sensores), frecuencias más altas que en la técnica pulso-eco tradicional. !

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Consideraciones de los sensores – Características del Haz • Haz amplio para cubrir el volumen a inspeccionar • Ya que: alta frecuencia se tiene una pequeña abertura del haz y una baja sensibilidad

 Apertura

Haz

Haz

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Procesamiento de Datos y Presentación • El procesamiento de todas las señales no rectificadas requiere de un poderoso sistema de computo • Una gran cantidad de señales complejas requiere una forma simple de visualizar los datos • Se requieren cálculos tediosos para herramientas fáciles de usar

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 Visualización de Datos  Amplitud Blanco

En una enorme cantidad de datos la información de la fase es importante

Tiempo Negro

Tiempo

Una imagen de barrido A es reemplazada por una línea en escala de grises

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 Visualización de Datos OL

Barrido A

PP Barrido D

Superficie superior

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Pared Posterior Llog, s.a. de c.v. Departamento de Desarrollo

Herramientas de Calibración PCS Barrido A

OL

PP

PCS, espesor, velocidad, retardo del transductor, onda lateral o pared posterior No se tienen que conocer todos los parámetros

Barrido D

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Herramientas de Medición Barrido A d1 d2 h t1

t2

Cursores Calculadora integrada I t1 , t2

d1 , d2 y h son

calculados automáticamente P

Barrido D

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Manipulador Muy sencillo de usar Encoder de Posición

Manual o automático Encoder de posición de un eje

Soldadura

Básicamente 2 sensores, pero puede sujetar más (PE) Se necesita un ajuste fácil y preciso de la separación de los sensores

Sensores Ultrasónicos Ruedas Magnéticas

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Tipos de Barrido – Barrido Longitudinal No paralelo o barrido D o barrido lineal

Soldadura

Perpendicular a la dirección del haz del sensor

Mas frecuentemente usado para inspección de soldaduras Detección Dimensionamiento inicial Inspección de alta velocidad

Limitaciones: La profundidad del defecto es exacta solo cuando los sensores son posicionados simétricamente en relación al defecto. La posición lateral del defecto es desconocida

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Barrido Longitudinal – Influencia de la posición del defecto S

S Transmisor

Receptor

t0

t0

d

 x

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Barrido Longitudinal – Incertidumbre de la posición del defecto S

S Transmisor

Receptor

t1

dmin

dmax

t2

Sitio con tiempo constante (t1 + t2 = ct)

En la práctica: El máximo error en la posición absoluta de profundidad es menor al 10%. El error en la estimación de altura de un defecto interno (pequeño) es insignificante. Hay que tener cuidado con defectos pequeños situados cerca de la pared posterior. Técnica Ultrasónica TOFD

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Barrido Paralelo Lateral, transversal o barrido B

Soldadura

El movimiento es paralelo a la dirección del haz ultrasónico

Dimensionamiento y posicionamiento preciso

Limitaciones en caso de inspección de soldadura: La corona de la soldadura frecuentemente reduce o hace imposible la extensión del barrido.

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Barrido Paralelo Lateral, transversal o barrido B El movimiento es paralelo a la dirección del haz ultrasónico

Onda Lateral

Superficie superior

Pared Posterior Barrido B

Este tipo de barrido produce una parábola invertida.

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Códigos y Normas – Normas Británicas • Guía para la calibración y ajuste de la técnica TOFD, BS 7706 (1993) • Documento detallado con lineamientos de uso práctico para el ajuste e inspección de la técnica TOFD • Guía para la interpretación de datos • Ejemplos de defectos típicos en soldadura

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Códigos y Normas – CEN • La técnica TOFD como un método para la detección y dimensionamiento de defectos, CENV 583-6 (1997) • Norma preliminar • Tablas con parámetros recomendados para sensores en relación con diferentes espesores (frecuencia, tamaño del cristal, ángulo nominal)

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 Ventajas de la técnica TOFD • Inspección volumétrica, en línea • Barrido a alta velocidad • Ajuste independiente de la configuración de la soldadura • Capacidad de dimensionar defectos con precisión • Sensible a todo tipo de defectos • No es afectada por la orientación del defecto • Insensible a la amplitud, acoplamiento acústico poco crítico Técnica Ultrasónica TOFD

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Desventajas y limitaciones de la técnica TOFD - “Zonas muertas”  OL

PP

Barrido A

Barrido D

Superficie superior

Pared Posterior

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Desventajas y limitaciones de la técnica TOFD • “Zonas muertas”  • “Mira” todo

esto dificulta el análisis

• Efecto de posición lateral del defecto (barrido longitudinal)

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Onda Lateral Lineal

Transmisor

Receptor

Onda Lateral

 Variación en el espesor del acoplante  Variación en el tiempo de vuelo

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Onda Lateral Lineal

Transmisor

Receptor

Onda Lateral

Desalineamiento

Variación en el tiempo de vuelo

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Onda Lateral Lineal

Transmisor

Receptor Onda Lateral

Pequeñas variaciones mecánicas en la separación de los sensores

Variación en el tiempo de vuelo

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Soluciones ofrecidas por Llog, s.a. • Utilizar técnica TOFD: Si • Pero: No olvidar las ventajas ofrecidas por la técnica convencional Pulso-eco • Solución: Aplicar ambos métodos simultáneamente, TOFD y Pulso-eco, sin tener que reducir la velocidad de barrido

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Soluciones ofrecidas por Llog, s.a.

TOFD Pulso-Eco Ondas transversales 60°

Pulso-Eco Ondas transversales 45°

El sistema µTomoscan permite adquirir y analizar simultáneamente señales TOFD y pulso-eco

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µTomoscan para aplicaciones de TOFD y PE • Pequeño, ligero, de 1 a 16 canales • Software TOFD y PE • Formación recta de la Onda Lateral • Adquisición de datos y visualización multicanal • Presentación lineal de la profundidad real en superficies planas o cilíndricas • Procesamiento (compresión de datos)

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