Test ad ultrasuoni con array a fasi

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I test a ultrasuoni Phased Array (PAUT) hanno costantemente soppiantato i test a ultrasuoni convenzionali sin dalla loro introduzione nei primi anni 2000. PAUT offre vantaggi significativi rispetto all'UT convenzionale in termini sia di acquisizione che di analisi dei dati. Inoltre, i progressi nell'hardware PAUT hanno portato allo sviluppo di tecniche di imaging più avanzate come il metodo di cattura della matrice completa/focalizzazione totale (FMC/TFM) che offrono un migliore dimensionamento e caratterizzazione dei difetti. Questo articolo offre una panoramica generale della tecnologia PAUT e ne descrive in dettaglio i vantaggi rispetto all'UT convenzionale, seguita da una breve discussione sulla prossima generazione della tecnologia di ispezione PAUT: FMC/TFM.

I test a ultrasuoni (UT) utilizzano onde meccaniche ad alta frequenza per individuare difetti nei componenti industriali. I difetti si manifestano come cambiamenti improvvisi nelle proprietà del materiale (rigidità e/o densità) che riflettono le onde ultrasoniche mentre si propagano attraverso un pezzo di prova. L'UT viene spesso utilizzato al posto del test radiografico (RT) poiché non richiede la manipolazione di materiali radiografici ed è più sensibile ai comuni difetti di saldatura come crepe e mancanza di fusione.

Utilizzando uno speciale sensore piezoelettrico o “sonda”, un breve impulso ultrasonico viene lanciato in un pezzo da testare, spesso utilizzando un “cuneo” rifrangente per dirigere il raggio verso la regione di interesse – vedere Figura 1 (in alto). Quando il raggio incidente interagisce con un difetto, la riflessione risultante ritorna lungo lo stesso percorso fino alla sonda registrando un segnale, comunemente indicato come A-Scan - Figura 1 (in basso). Un A-scan mappa l'intensità delle riflessioni rilevate dalla sonda (Ampiezza) in funzione del tempo trascorso dal momento in cui l'impulso è stato inviato dalla sonda, che può essere correlato alla posizione della riflessione nel pezzo.

Per provocare una riflessione che possa essere rilevata nell'A-scan, il difetto deve intersecare il raggio ultrasonico da qualche parte lungo il suo percorso attraverso il pezzo. Poiché i difetti possono verificarsi ovunque all'interno del volume di ispezione, la sonda/cuneo deve essere indicizzata in avanti (o all'indietro) in modo che il percorso del raggio copra l'intera regione di interesse – vedere la vista frontale nella Figura 2. Questa indicizzazione della sonda verso la saldatura deve essere ripetuto per tutta la lunghezza del componente, come mostrato in Figura 2 (Vista dall'alto). L'ispezione UT convenzionale viene in genere eseguita manualmente, richiedendo al tecnico di monitorare contemporaneamente il display A-scan sullo strumento UT per i riflessi dei difetti, garantendo al tempo stesso che la sonda/cuneo segua il modello di scansione definito. Questo processo è ulteriormente complicato dal fatto che è necessario applicare e riapplicare uno strato di gel o olio di accoppiamento per consentire la trasmissione degli ultrasuoni nel pezzo. Insieme, queste sfide possono portare i tecnici a non riuscire a identificare i difetti critici e a rendere l’esito di qualsiasi ispezione fortemente dipendente dalla diligenza del singolo personale addetto all’ispezione. Poiché la sonda viene manipolata manualmente e gli A-scan vengono analizzati al volo, non c'è modo/necessità di registrare i dati di ispezione. Il registro dell'ispezione risultante, quindi, è semplicemente un rapporto che descrive in dettaglio la posizione di eventuali difetti rilevati durante l'esame.

L'approccio convenzionale del test UT può essere reso più robusto eseguendo una scansione codificata, in cui gli A-scan vengono digitalizzati e registrati in ciascuna posizione di scansione: i dati UT possono quindi essere analizzati dopo l'acquisizione, dando all'ispettore il tempo di esaminare adeguatamente i risultati senza doverli preoccuparsi di manipolare la sonda. L'acquisizione dei dati di scansione codificati con un cuneo per sonda UT convenzionale richiede un sistema di scansione robotizzato in grado di indicizzare fisicamente la sonda per ottenere la copertura della regione di interesse: questo approccio è denominato UT o AUT automatizzato. I sistemi di scansione robotica sono costosi e difficili da adattare alle condizioni sul campo. Di conseguenza, l'AUT è stato tradizionalmente utilizzato in ambienti di produzione in cui il costo del sistema potrebbe essere giustificato dal volume di ispezioni, ad esempio l'ispezione di nuove saldature di tubazioni o l'esecuzione di indagini sulla corrosione su grandi navi.