ES2284339B2 - Conjunto de sonda ultrasonica direccional en fase. - Google Patents
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Abstract
Conjunto de sonda ultrasónica direccional en fase (10) que comprende una caja (12) y un transductor direccional en fase (14) situado dentro de la caja. La caja incluye una primera pared lateral (16) y una segunda pared lateral opuesta (18), y una primera pared terminal (20) y una segunda pared terminal opuesta (22). La primera y la segunda pared lateral y la primera y la segunda pared terminal delimitan la cavidad (24) de la caja, dentro de la cual se coloca el transductor direccional en fase. La primera y la segunda pared lateral presentan una superficie interna (52 y 54) que incluye una pluralidad de resaltes (50). Una junta estanca (46) cierra herméticamente la parte inferior de la caja (12) con el objeto inspeccionado. La cavidad (24) se llena con un líquido que ocupa el volumen comprendido entre la parte inferior del transductor (14) y el objeto inspeccionado.
Description
Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase.
La presente invención se refiere en general a la
inspección ultrasónica de soldaduras metálicas heterogéneas,
particularmente, a la inspección ultrasónica de soldaduras
metálicas heterogéneas con transductores direccionales en fase y más
particularmente a un conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase.
Las soldaduras de las tuberías de los reactores
nucleares, por ejemplo, se examinan con transductores ultrasónicos,
utilizando ondas longitudinales con ángulos de refracción de 45º y
60º. Estos ángulos se establecen como "norma", basándose en
las configuraciones de soldadura, la teoría ultrasónica y la
experiencia práctica. Las tuberías son sometidas a barrido por
rastreo en cuatro direcciones para examinar por completo el volumen
de la soldadura, siendo pues esta tarea una tarea muy lenta. A
veces, se experimentan problemas con el montaje del manipulador que
proporciona los transductores ultrasónicos a la soldadura y, lo que
es más grave, con el contacto entre los transductores y la muestra
que se está examinando. Si no se mantiene un contacto continuo
entre el transductor y la tubería, los datos de barrido recopilados
serán incorrectos, y dicha circunstancia puede determinar la
necesidad de efectuar nuevos barridos con la consiguiente pérdida
de tiempo, o que se pasen por alto detecciones defectuosas.
Se han diseñado sondas ultrasónicas
direccionales en fase que incrementan la eficacia de examen de las
técnicas de examen ultrasónico convencionales, orientando
electrónicamente el haz ultrasónico a través de un rango de ángulos
dado. Uno de los problemas principales que todavía se experimenta
es el contacto entre el transductor ultrasónico direccional en fase
y la muestra que se está examinando Se han utilizado mecanismos de
suspensión complejos que aplican una presión descendente sobre los
transductores, para tratar de superar este problema. No obstante,
otras cuestiones, tales como una inadecuada configuración del
escáner y las irregularidades en la superficie de la tubería pueden
afectar a la precisión de la inspección.
En un aspecto, se proporciona un conjunto de
sonda ultrasónica direccional en fase que incluye una caja y un
transductor direccional en fase situado dentro de la caja. La caja
incluye una primera pared lateral y una segunda pared lateral
opuesta, y una primera pared terminal y una segunda pared terminal
opuesta. La primera y la segunda pared lateral y la primera y la
segunda pared terminal delimitan la cavidad de la caja, dentro de
la cual se coloca el transductor direccional en fase. Cada una de la
primera y la segunda paredes laterales presentan una superficie
interna que incluye una pluralidad de resaltes.
En otro aspecto, se proporciona un conjunto
sonda ultrasónica direccional en fase que incluye una caja y un
transductor direccional en fase montado de forma pivotante dentro
de la caja. El transductor direccional en fase incluye una
pluralidad de elementos. La caja incluye una primera pared lateral
y una segunda pared lateral opuesta, y una primera pared terminal y
una segunda pared terminal opuesta. La primera y la segunda pared
lateral y la primera y la segunda pared terminal delimitan la
cavidad de la caja, dentro de la cual se coloca el transductor
direccional en fase. Cada una de la primera y la segunda paredes
laterales presentan una superficie interna que incluye una
pluralidad de resaltes.
En otro aspecto, se proporciona un procedimiento
para la inspección de una parte de la soldadura de un objeto
metálico, utilizando un conjunto de sonda ultrasónica direccional
en fase. El conjunto de sonda incluye una caja y un transductor
direccional en fase montado de forma pivotante dentro de la caja. La
caja incluye una primera pared lateral y una segunda pared lateral
opuesta, y una primera pared terminal y una segunda pared terminal
opuesta. La primera y la segunda pared lateral y la primera y la
segunda pared terminal delimitan la cavidad de la caja, dentro de la
cual se coloca el transductor direccional en fase. Cada una de la
primera y la segunda paredes laterales presentan una superficie
interna que incluye una pluralidad de resaltes. El procedimiento
incluye la colocación del conjunto de sonda ultrasónica direccional
en fase junto a la superficie externa de la parte de la soldadura
que se va a inspeccionar, la adición de un fluido a la cavidad de
la caja y el barrido de la soldadura.
La Figura 1 es una ilustración en perspectiva de
un conjunto de sonda ultrasónica direccional en fase según una
realización de la presente invención.
La Figura 2 es una ilustración seccionada de una
pared lateral del conjunto de sonda ultrasónica direccional en fase
representado en la Figura 1.
La Figura 3 es una ilustración seccionada de una
pared terminal del conjunto de sonda ultrasónica direccional en fase
representado en la Figura 1.
La Figura 4 es una ilustración lateral del
conjunto de sonda ultrasónica direccional en fase representado en la
Figura 1 montado sobre una tubería.
La Figura 5 es una ilustración esquemática del
transductor. ultrasónico direccional en fase representado en la
Figura 1.
A continuación, se describirá en detalle un
conjunto de sonda ultrasónica direccional en fase que incluye una
caja y un transductor direccional en fase situado dentro de la
caja. La caja incluye unas paredes laterales opuestas que presentan
una pluralidad de resaltes en forma de "dientes de sierra", y
unas paredes terminales opuestas cada una de las cuales presentan
por lo menos un resalte en forma de "diente de sierra" o de
triángulo. La caja mantiene el transductor ultrasónico direccional
en fase en una columna de agua vertical sustentadora. El agua llena
el volumen comprendido entre la parte inferior del transductor y el
material que se está examinando, y permite que las ondas
ultrasónicas se desplacen directamente de la sonda al material, sin
ninguna interrupción en el contacto. El sonido abandona el
transductor con un ángulo predeterminado y se desplaza a través del
agua hasta que entra en contacto con el material, experimentando
entonces un cambio de velocidad. El cambio de velocidad provoca la
refracción del sonido al penetrar en el material, lo cual permite
la inspección del volumen de soldadura utilizando el ángulo
predeterminado. Para reducir al mínimo la cantidad de ruido
introducido en el conjunto, las paredes de la caja están diseñadas
para absorber o dispersar las reflexiones cuasi superficiales,
mejorando de ese modo la resolución. Se pueden reconocer defectos
circunferenciales y axiales. Los defectos circunferenciales se
detectan cuando el transductor es perpendicular al eje longitudinal
de la tubería. Para detectar defectos axiales, se hace girar el
transductor a lo largo del eje longitudinal de la tubería.
En relación con los dibujos, la Figura 1 es una
ilustración en perspectiva de un conjunto de sonda ultrasónica
direccional en fase 10 según un ejemplo de realización de la
presente invención. El conjunto de sonda incluye una caja 12 y un
transductor ultrasónico direccional en fase 14 montado de forma
pivotante dentro de la caja 12. La caja 12 adopta sustancialmente
una forma rectangular e incluye una primera pared lateral 16, una
segunda pared lateral opuesta 18, una primera pared terminal 20 y
una segunda pared terminal opuesta 22. Las paredes laterales 16 y
18 y las paredes terminales 20 y 22 delimitan una cavidad 24, en
cuyo interior se monta el transductor 14.
A través de las paredes terminales 18 y 20,
respectivamente, se extienden unos pivotes 26 y 28 que permiten el
montaje pivotante del transductor 14 dentro de la caja 12. El
transductor 14 tiene acoplado en un extremo un bloque de ajuste de
ángulo 30 que se interconecta con un elemento de selección de
ángulo 32 acoplado a la caja 12. En el ejemplo de realización, el
elemento de selección de ángulo 32 incluye una parte arqueada 34
que se empareja con un extremo en forma de arco 36 del bloque de
ajuste de ángulo 30. Un tornillo de ajuste 38 del elemento de
selección de ángulo fija el bloque de ajuste de ángulo 30 en su
sitio, estableciendo de ese modo el ángulo deseado del transductor
14.
La cavidad de la caja 24 se llena con un
líquido. En el ejemplo de realización, el líquido es agua y, en
otra realización, el líquido es una combinación de líquidos que
facilita la transmisión y la recepción de haces de sonido
ultrasónico. La caja 12 presenta una entrada de fluido 40 para
permitir el llenado de la cavidad 24 de la caja con fluido. La caja
12 también incluye por lo menos una abertura de expulsión de aire
42 (representándose dos de éstas) para extraer el aire acumulado en
la cavidad 24 durante el llenado de ésta con el fluido.
Una primera junta estanca de membrana flexible
44 cubre el área comprendida entre el transductor 14 y las paredes
laterales 16 y 18 para mantener el fluido dentro de la cavidad 24
de la caja. Una segunda junta estanca 46 cierra herméticamente la
parte inferior de la caja 12 con el objeto que se está
inspeccionando. La junta estanca 46 de una realización es una
membrana estanca que presenta por lo menos una hendidura o abertura
para permitir que el fluido fluya a través de la cavidad 24 de la
caja, mientras se mantiene un volumen de fluido en la cavidad 24 de
la caja que ocupa el volumen de la cavidad 24 comprendido entre la
parte inferior del transductor 14 y el objeto que se está
examinando. En una realización alternativa, la junta estanca 46 se
compone de un material elástico que se dispone alrededor del borde
inferior de la caja 12 para proporcionar un cierre hermético, de
tal manera que el agua no podrá escapar de la cavidad 24 de la
caja. La caja 12 también incluye por lo menos un elemento de unión
para el manipulador de herramienta 48, mediante el cual el conjunto
de sonda 10 se acopla a un manipulador de herramienta (no
representado).
La Figura 2 es una ilustración seccionada de la
pared lateral 16 del conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase 10, y la Figura 3 es una ilustración seccionada de la pared
terminal 20. En relación también con las Figuras 2 y 3, las paredes
laterales 16 y 18 incluyen una pluralidad de resaltes 50 que
sobresalen de las superficies internas 52 y 54, respectivamente.
Las paredes terminales 20 y 22 incluyen por lo menos un resalte 56
que sobresale de las superficies internas 58 y 60, respectivamente.
En el ejemplo de realización, los resaltes 50 y 56 presentan una
forma triangular o de "diente de sierra". En realizaciones
alternativas, los resaltes 50 y 56 pueden adoptar otras formas (por
ejemplo, semicircular, elíptica o cualquier otra forma) que
reduzcan el ruido generado por el reflejo de las ondas sonoras sobre
las paredes de la caja 12.
La Figura 4 es una ilustración esquemática del
conjunto de sonda transductora direccional en fase 10 montado sobre
una tubería 61, y la Figura 5 es una ilustración esquemática del
transductor ultrasónico direccional en fase 12. En relación también
con las Figuras 4 y 5, el transductor 12 incluye una pluralidad de
elementos 62 que emiten un haz ultrasónico 64. Un aspecto
importante de la utilización del conjunto de sonda es la capacidad
de sintetizar dinámicamente el haz ultrasónico 64 y crear una
"sonda virtual" de cualquier ángulo dentro del ensanchamiento
global del haz de un elemento individual 62. En funcionamiento, el
haz 64 se crea disparando en secuencia cada elemento 62 para crear
un frente de onda 66 que sigue el ángulo deseado 68. El ángulo 68
es seleccionado y establecido por el elemento de selección de ángulo
32 y el bloque de ajuste de ángulo 30. Esta "sonda virtual"
también puede "barrer" la soldadura 70 de la tubería 61,
disparando grupos de elementos de una matriz de gran tamaño. Este
efecto puede utilizarse para enfocar dinámicamente u "orientar
eléctricamente" el haz ultrasónico 64, seleccionado el orden de
disparo de la sonda y los retardos de los impulsos. Esto puede
cambiarse de un pulso a otro para "barrer" con eficacia un
punto focal por la soldadura 70. La orientación del haz y el enfoque
dinámico puede combinarse para permitir el haz resultante 64 se
enfoque y adquiera el ángulo deseado en incrementos
predeterminados. Los transductores ultrasónicos direccionales en
fase 14 pueden adquirirse a través de Krautkramer Ultrasonic
Systems Group de Agfa NDT, Inc., Lewistown, Pennsylvania.
En relación con la Figura 5, los parámetros
básicos del transductor 14 son la frecuencia, la abertura A, el
tamaño de los elementos X, la anchura de los elementos Y, el paso P
y el número de elementos 62. La frecuencia adecuada para el tipo de
material y el grosor de la soldadura 70 de una tubería 61 situada en
un reactor nuclear se halla entre 1,0 y 5,0 MHz. No obstante, es
posible utilizar otras frecuencias de transductor para tuberías y
soldaduras de tuberías fabricadas con otros materiales.
El paso de los elementos P se determina
calculando la abertura acústica A necesaria para enfocar el haz 64
en la trayectoria sonora necesaria y dividiendo este valor por el
número total de elementos 62 y la cantidad de orientación necesaria
para crear los ángulos deseados. El tamaño X de los elementos 62 se
establece como el paso máximo posible. La anchura Y de los elementos
62 se determina calculando el diámetro efectivo para que un campo
próximo de quince centímetros proporcione el perfil de haz más
pequeño en el plano de las Y. Las restricciones físicas de la
superficie de barrido también deben tenerse en cuenta cuando se
determinan los valores de los parámetros básicos del transductor
14.
En relación nuevamente con la Figura 4, el
volumen 72 del haz 64 que se está examinando incluye la soldadura
70 y la tubería 61 que se extiende desde la superficie externa 74
en dirección a la superficie interna 76. Del mismo modo en que el
transductor 14 puede orientarse según una pluralidad de ángulos 68,
como se ha indicado anteriormente, el haz 64 puede orientarse o
guiarse según una pluralidad de ángulos. En una realización, la
trayectoria sustancialmente axial del haz 64 a través de la
soldadura 70 puede orientarse según un camino lineal con la misma
orientación que la soldadura 70. En otra realización, la
trayectoria sustancialmente axial del haz 64 a través de la
soldadura 70 puede orientarse según un camino lineal perpendicular a
la orientación de la soldadura 70, en incrementos predeterminados.
En otra realización, el haz 64 puede orientarse a lo largo de un
camino sustancialmente circular a través de la soldadura 70.
Aunque la presente invención ha sido descrita en
términos de diversas realizaciones concretas, los expertos en la
materia sobrentenderán que la presente invención puede llevarse a
la práctica con modificaciones que están comprendidas dentro del
espíritu y el alcance de las reivindicaciones.
conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase 10
caja 12
transductor ultrasónico direccional en fase
14
primera pared lateral 16
segunda pared lateral 18
primera pared terminal 20
segunda pared terminal 22
cavidad de la caja 24
pivotes 26 y 28
bloque de ajuste de ángulo 30
elemento de selección de ángulo 32
parte arqueada 34
extremo en forma de arco 36
tornillo de ajuste 38
entrada de fluido 40
abertura de expulsión de aire 42
primera junta estanca de membrana flexible
44
segunda junta estanca 46
elemento de unión con manipulador de herramienta
48
resaltes 50
superficies internas de paredes laterales 52 y
54
resalte 56
superficies internas de paredes terminales 58 y
60
tubería 61
elementos 62
haz ultrasónico 64
frente de onda 66
ángulo 68
soldadura 70
volumen 72
superficie externa 74
superficie interna 76.
Claims (12)
1. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10), caracterizado porque comprende:
una caja (12) y
un transductor direccional en fase (14) situado
dentro de dicha caja;
comprendiendo dicha caja:
- \quad
- una primera pared lateral (16) y una segunda pared lateral opuesta (18):
- \quad
- una primera pared terminal (20) y una segunda pared terminal opuesta (22), delimitando dicha primera y segunda paredes laterales y dicha primera y segunda paredes terminales una cavidad (24) en la caja, en cuyo interior se coloca dicho transductor direccional en fase;
- \quad
- una primera junta estanca (44) flexible para cerrar herméticamente la parte superior de dicha cavidad (24); y
- \quad
- una segunda junta estanca (46) flexible para cerrar herméticamente la parte inferior de dicha cavidad (24);
- \quad
- presentando cada una de dichas primera y segunda paredes laterales una superficie interna (52), (54) que comprende una pluralidad de resaltes (50).
2. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque
dicha primera y dicha segunda paredes terminales (20), (22)
presentan cada una superficie interna (58), (60) que comprende por
lo menos un resalte (56).
3. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque
dichos resaltes (50) de dichas primera y segunda paredes laterales
comprenden unos resaltes en ángulo.
4. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10) según la reivindicación 3, caracterizado porque
dicha pluralidad de resaltes en ángulo (50) comprenden una
pluralidad de resaltes en forma de diente de sierra.
5. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10) según la reivindicación 2, caracterizado porque
dicho por lo menos un resalte (56) de dichas primera y segunda
paredes terminales (20), (22) comprende un resalte de forma
angular.
6. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10) según la reivindicación 5, caracterizado porque
dicho por lo menos un resalte de forma angular (56) comprende un
resalte de forma triangular.
7. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque
dicho transductor direccional en fase está montado de forma
pivotante en dicha caja.
8. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque
dicha caja (12) comprende además una entrada de fluido (40).
9. Conjunto de sonda ultrasónica direccional en
fase (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque
dicha caja (12) comprende además por lo menos una abertura de
expulsión.
10. Procedimiento de inspección de una parte de
una soldadura en un objeto metálico utilizando un conjunto de sonda
ultrasónica direccional en fase (10), comprendiendo dicho conjunto
de sonda una caja (12) y un transductor direccional en fase (14)
montado de manera pivotante en el interior de la caja (12),
comprendiendo la caja (12) una primera pared lateral (16) y una
segunda pared lateral opuesta (18), y una primera pared terminal
(20) y una segunda pared terminal opuesta (22), definiendo la
primera y segunda paredes laterales y la primera y segunda paredes
terminales la cavidad (24) de la caja, en la cual se coloca el
transductor direccional en fase, presentando la primera y la segunda
paredes laterales una superficie interna (52), (54) que incluye una
pluralidad de resaltes (50), comprendiendo la caja asimismo una
primera junta estanca (44) flexible para cerrar herméticamente la
parte superior de dicha cavidad, y una segunda junta estanca (46)
flexible para cerrar herméticamente la parte inferior de dicha
cavidad, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:
[a] colocar el conjunto de sonda ultrasónica
direccional en fase (10) adyacente a una superficie externa de la
parte de la soldadura que se va a inspeccionar;
[b] añadir un fluido a la cavidad (24) de la
caja (12); y
[c] examinar la soldadura.
\newpage
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque dicha adición de un fluido a la cavidad
(24) de la caja comprende la adición de un fluido a la cavidad de
manera que el fluido llene el volumen entre una superficie inferior
del transductor direccional en fase y la superficie externa de la
soldadura.
12. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque comprende hacer pivotar el transductor
direccional en fase (10) a través de una pluralidad de ángulos y
examinar la soldadura en cada ángulo del transductor.
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