Ultrasonidos Phased Array: Una mirada al interior de una tecnología emergente

Ultrasonidos Phased Array: Una mirada al interior de una tecnología emergente desde Setelisonic

Por: Setelisonic  07/10/2008
Palabras clave: Soldadura, Ultrasonidos, Grietas

Introducción

Durante muchos años la tecnología Phased Array ha sido dominio casi exclusivo del mundo de la medicina dado que el uso de Phased Array en la industria END era considerado demasiado complejo y, a su vez, el coste de producción de equipos Phased Array resultaba prohibitivo. Sin embargo, a lo largo de la pasada década, los beneficios del uso de los Phased Array han sido realzados como alternativa de ciertos otros métodos de END.

Para los fabricantes de equipos computerizados ToFD y Impulso-Eco, los Phased Array eran una evolución natural para ser integrados en las tecnologías ultrasónicas existentes o incluso en sistemas independientes. Sean cuales sean sus diseños y filosofías de comercialización, hoy en día existe en el mercado una plétora de sistemas Phased Array con un software tan diverso como pueda imaginarse.

Principio básico

La técnica ultrasónica Phased Array está basada en el uso de palpadores multicristal y la instrumentación necesaria para direccionar y/o focalizar el haz ultrasónico. Por tanto, podemos producir un sistema ultrasónico que es capaz de generar múltiples ángulos a partir de un solo palpador con un punto focal o una zona focal. Esta notable habilidad se consigue pulsando secuenciadamente los cristales (de forma individual o bien en grupos de cristales) en precisos intervalos de tiempo conocidos como “retardos”. La pulsación retardada permite propagar un frente de ondas a través del material y en la dirección deseada.

Un grupo de ajustes de software que define un ángulo y/o punto focal se conoce colectivamente como “ley de retardo”. Aplicando distintas leyes de retardo en cada ciclo podemos barrer el haz ultrasónico a través de un abanico de ángulos (escaneo sectorial o S-Scan), o bien, fijado un ángulo, podemos barrer a lo largo de la longitud del palpador (escaneo electrónico).

Directrices

La tecnología Phased Array está siendo dirigida por distintos factores. Por ejemplo, la facilidad con la cual puede ser introducida en los procedimientos existentes, la versatilidad tecnológica (múltiples ángulos desde un único palpador) que se traduce en menos palpadores lo que simplifica y reduce el coste de manipuladores mecánicos, el aumento de los materiales composite y la aparición de códigos reconocidos internacionalmente como por ejemplo ASME Code Case 2235 y otros.

La continua presión que generan tanto directores de planta como accionistas para obtener soluciones de producción más rentables cumpliendo con las normas de seguridad también, efectivamente, se ha filtrado hasta los proveedores de servicio y es aquí donde los Phased Array entran en juego. Un mayor control sobre la optimización técnica contribuirá a aumentar la fiabilidad de las instalaciones y, por tanto, incrementará la confianza y reducirá los gastos de explotación y de seguros.

Aplicaciones

Esta sección pretende ilustrar con una muy pequeña muestra del creciente número de aplicaciones en las cuales se utiliza Phased Array. Algunas industrias tomaron en consideración los Phased Array mucho más temprano que otras. La industria de fabricación de tuberías fue una de las primeras en reconocer los beneficios de los Phased Array para la discriminación de zonas de soldadura. La posibilidad de focalizar en diferentes puntos dentro del material, junto con la posibilidad de definir distintos ángulos con el mismo palpador en canales distintos, permite el uso de muchos menos palpadores que en el caso de las configuraciones de palpadores convencionales. Como resultado se obtiene una notable reducción tanto en el tamaño físico como en la complejidad del manipulador de palpadores.

En los últimos años también se ha producido un aumento en la venta de equipos para uso específico en la fabricación de recipientes a presión, en mayor medida debido al desarrollo y amplia aceptación de códigos destinados al uso de UT computerizado para control de calidad como, por ejemplo, ASME Code Case 2235. El tiempo necesario para escanear una soldadura ha sido reducido significativamente mediante el uso de Phased Array porqué la cobertura de la unión soldada puede conseguirse sin necesidad de explorar con palpadores en zig-zag. La cobertura completa de la soldadura se logra con una o varias pasadas paralelas al eje de soldadura utilizando una combinación de escaneos sectoriales (S-Scan) para el volumen de soldadura y escaneos electrónicos lineales para las áreas críticas, por ejemplo, faltas de fusión en la raíz, entre los bordes a unir, etc …

Los Phased Array han surgido efecto en la inspección in situ de raíces o broches de los alabes de turbina. El haz ultrasónico de un palpador Phased Array, situado en el respaldo accesible del alabe, es barrido a lo largo del extremo con forma de abeto. De esta manera se evita el coste de desmontaje de los discos rotores de la turbina y se incrementa la probabilidad de detección de grietas o corrosión.

Grandes secciones de chapas o composites pueden ser escaneadas en poco tiempo para la detección de deslaminaciones o faltas de unión utilizando grandes palpadores Phased Array y escaneo electrónico. Cada paso puede cubrir concebiblemente una anchura superior a 100 mm. Los palpadores Phased Array más pequeños son utilizados para escanear composites con formas más complejas como por ejemplo estructuras de alas en aeronaves o alabes de rotores en helicópteros.

El futuro

Los Phased Array en el mundo de los END se están desarrollando tan rápidamente que actualmente tanto fabricantes como proveedores están apremiados para mantener la demanda de sistemas, palpadores y equipos de escaneo. Junto con el incremento de la demanda de servicios, por todo el mundo existe y existirá una escasez de técnicos cualificados y, tal vez más importante aún, una falta de personal experimentado. Nos encontramos ante una necesidad inmediata de recursos de formación y certificación para subsanar este déficit.

El aspecto positivo de este incremento de la demanda es que la innovación está siendo estimulada y se realiza más investigación y desarrollo para aplicaciones, simulaciones y post procesado de datos en bruto. A medida que el poder de computación asequible aumente, los técnicos Phased Array del futuro tendrán una mayor gama de elección en almacenaje, procesado y presentación de datos más rápida, con alta eficiencia y mayor precisión.

En el pasado, la mayor parte del desarrollo de programas de usuario estaba centrado alrededor de aspectos como “aventajar la competencia”. No obstante, con la normalización internacional, este énfasis cambiará en el futuro para encontrar soluciones innovadoras que simplifiquen las interfaces de usuario, reduzcan el tamaño de los equipos e integren Phased Array más próximos a métodos y tecnologías complementarias.

Conclusiones

La industria de END y la industria e ingeniería en general han adoptado los ultrasonidos Phased Array y, por lo tanto, estamos convencidos que la tecnología es segura. Los Phased Array no son otra ingeniosa tecnología que vaya a desaparecer en la oscuridad durante los próximos años.

Los ultrasonidos Phased Array proveen de abundantes oportunidades para aumentar la habilidad de los técnicos END y obtener datos de alta precisión y servicios versátiles y flexibles mientras que, al mismo tiempo, se reducen los costes globales para el cliente y se obtienen pedidos para países fuera de la CE y EEUU que permiten competir exitosamente en estos mercados y tomar ventaja dentro de sus propias zonas. No solo es vital la formación de técnicos e ingenieros sino también su participación en las rutinas y el desarrollo aplicativo de las nuevas tecnologías como los ultrasonidos Phased Array.

Los ultrasonidos Phased Array son la vanguardia del progreso tecnológico de los END pero no debemos caer en la trampa de venderlos como “la solución a todos los problemas” como otras tecnologías lo han hecho en el pasado y en su propio perjuicio. Los Phased Array deben ser vistos como una herramienta adicional del técnico en END, para su uso acertado pero prudentemente complementado por otros métodos END menos atractivos.

Palabras clave: Defectos, Ensayos No Destructivos, Grietas, Phased Array, Soldadura, Ultrasonidos