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En el panorama contemporáneo de los modelos económicos, la prevalencia del enfoque de fabricación justo a tiempo ha inducido una profunda transformación. Este cambio ejerce una inmensa presión sobre la cadena de suministro para lograr eficiencia. Las tareas que no contribuyen directamente a un aumento inmediato en el rendimiento de la producción a menudo provocan el desdén de la alta dirección. En este contexto, la soldadura de materiales introduce un enigma en el que el examen no destructivo (NDE) se reconoce a regañadientes, en el mejor de los casos como un inconveniente necesario y, en el peor, como un adversario de la productividad. Este artículo explora tecnologías que provocan muchas menos interrupciones en la producción de soldadura.

Situación actual

Uno de los métodos de inspección predominantes empleados en aplicaciones de soldadura son las pruebas radiográficas (RT), que se han mantenido firmes durante décadas en la verificación de la integridad de la soldadura de equipos y estructuras fabricados. Como enfoque de inspección volumétrica no destructiva bien establecido, RT goza de un amplio respaldo de los principales códigos de inspección y organismos de certificación de todo el mundo, y cuenta con un historial documentado de detección eficaz de defectos volumétricos como las porosidades. Si bien sus ventajas son ampliamente reconocidas, también lo son sus desventajas. Un desafío notable radica en el uso de fuentes radiactivas, lo que requiere la limpieza de la zona de soldadura para mitigar los problemas de seguridad radiológica. Esta exigencia de autorización, sin duda perjudicial para la producción, lleva a menudo a que las inspecciones se releguen al turno de noche cuando las instalaciones están desocupadas. Además, la prueba radiográfica (RT) tradicional basada en una película requiere procesamiento de la película, lo que genera un intervalo de tiempo considerable entre el procedimiento de inspección y la determinación final de la aceptación o rechazo de la soldadura.

Opción de reemplazo

Con la continua evolución de códigos y estándares, el cambio de la radiografía de película convencional a las pruebas ultrasónicas avanzadas ha atraído una atención significativa tanto para la fabricación como para la inspección en servicio de soldaduras (Ref. 1). Más allá de las evidentes ventajas de seguridad sobre la RT, esta transición también genera una mayor productividad y menores costos de implementación, lo que impulsa la rápida adopción de técnicas ultrasónicas alternativas (Ref. 2).

El pináculo actual de esta progresión implica las pruebas ultrasónicas de matriz en fase (PAUT) y la difracción de tiempo de vuelo (TOFD) (Ref. 3). La sinergia entre estos métodos presenta un enfoque sólido y confiable para la inspección de soldaduras. La combinación de estas técnicas garantiza una alta probabilidad de detección de defectos y un dimensionamiento preciso. Mantiene flexibilidad para abordar los desafíos prácticos que se encuentran con frecuencia en el campo, como geometrías de juntas no convencionales o desviaciones menores de las especificaciones nominales (Ref. 4).

Esta técnica de inspección volumétrica ofrece dos ventajas principales en comparación con el método convencional de RT de película establecido. En primer lugar, elimina los riesgos de radiación. En segundo lugar, se puede acceder rápidamente a los resultados del análisis, lo que permite a los equipos de NDE colaborar sin problemas con los equipos de soldadura. Este mecanismo de retroalimentación en tiempo real ayuda a la productividad al minimizar la aparición de soldaduras deficientes.

Durante la última década, PAUT y TOFD han demostrado de manera concluyente su valor como alternativas a la RT en diversas aplicaciones de inspección de soldaduras y mercados globales, y han recibido el reconocimiento de múltiples organismos certificadores. En particular, cada técnica tiene distintos puntos fuertes con respecto a los tipos de defectos con los que está más en sintonía. La RT destaca en la detección de defectos volumétricos como porosidades o escorias, mientras que la PAUT la supera en la identificación de defectos planos, como grietas. En consecuencia, lo ideal sería realizar una evaluación meticulosa de la técnica de inspección caso por caso.

Si bien es posible realizar inspecciones PAUT y TOFD de forma secuencial, el uso simultáneo de estos métodos ofrece muchas ventajas que hacen que cualquier otro enfoque sea contraproducente. Este enfoque no solo mejora la eficiencia de los equipos de inspección al minimizar la cantidad de escaneos y manipulaciones necesarios, sino que también afecta significativamente la calidad de los datos. La aplicación secuencial a menudo presenta desafíos para mantener referencias mecánicas idénticas, como las posiciones iniciales del escaneo y los desplazamientos desde la línea central de la soldadura. Esta variación puede provocar un posicionamiento de indicación impreciso. Además, el uso de diferentes escáneres para PAUT y TOFD, cada uno con distintas calibraciones de codificador, puede generar imprecisiones en el tamaño de la longitud de las indicaciones.

Sin embargo, implementar en la práctica PAUT y TOFD simultáneos es una tarea más compleja de lo que parece. Analicemos los numerosos desafíos inherentes a la ejecución efectiva de una inspección de este tipo mientras examinamos un sistema desarrollado recientemente para abordar estos desafíos.

Desafíos de combinación de técnicas

Las técnicas PAUT y TOFD requieren distintos requisitos de hardware y software adaptados a cada método. Si bien el mercado ofrece diversos sistemas de inspección dedicados únicamente a PAUT o TOFD, al mismo tiempo es evidente la escasez de opciones que destaquen en ambas técnicas. Abordar estas disparidades técnicas específicas presenta desafíos, particularmente en lo que respecta a la capacitación y competencia de los operadores.

Un desafío intrigante surge de las diferencias entre las técnicas PAUT y TOFD: la experiencia de un operador centrado en PAUT podría no extenderse perfectamente al cálculo de valores precisos de separación entre el centro de la sonda (PCS) para configuraciones TOFD específicas ni a la interpretación precisa de los datos TOFD. De manera similar, un operador TOFD experto podría encontrar dificultades para configurar sectores o escaneos electrónicos para PAUT. En consecuencia, un escenario de inspección típico implica la participación de dos operadores especializados.

Es digna de mención la complejidad de un dispositivo de escaneo que admite la aplicación simultánea de PAUT y TOFD. Como mínimo, el escáner debe acomodar cuatro unidades de búsqueda compuestas por dos sondas PA y un par TOFD. Sin embargo, a medida que aumenta el espesor del material, las inspecciones TOFD necesitan múltiples zonas de profundidad, lo que implica más sondas TOFD y un PCS ampliado para cubrir el volumen de interés de manera integral. Para optimizar la eficiencia de la inspección, particularmente cuando se evalúan componentes de paredes delgadas y pesadas en un solo turno, el escáner debe ofrecer flexibilidad para atender una amplia gama de espesores. Esta adaptabilidad mejora la eficacia del equipo de inspección, contribuyendo a optimizar las operaciones.

Un sistema portátil con software integrado

Un sistema PAUT y TOFD portátil que combina ambas técnicas con software integrado y un escáner modular versátil representa una solución. La familia de productos TOPAZ® (Fig. 1) y Gekko® (Fig. 2) son sistemas operados por baterías que manejan diversas aplicaciones.

Una de las principales mejoras de software de esta plataforma de inspección es la retroalimentación visual integrada en la creación de la configuración (Fig. 3). La calculadora integrada simplifica el desarrollo de un plan de escaneo integral y la evaluación de la cobertura del volumen, abarcando incluso la zona afectada por el calor. Por el contrario, los sistemas de primera generación requieren ejecutar esta fase dentro de un software basado en PC y transferirla manualmente al sistema integrado.

La presentación de informes sigue siendo una tarea fundamental del proceso de inspección. Las plataformas de software modernas permiten a los usuarios generar una tabla de indicaciones rápidamente y producir informes en PDF personalizables y listos para imprimir. Los analistas de datos ahora pueden seleccionar información para incluirla en los informes (desde configuraciones de hardware y planes de escaneo hasta indicaciones específicas) y también agregar campos personalizados.

Escáner modular

Durante una campaña de inspección, el tamaño y la geometría de las soldaduras pueden variar mucho. Para maximizar la eficiencia del equipo de inspección, el escáner utilizado para el uso simultáneo de PAUT y TOFD debe adaptarse a tantas configuraciones de inspección como sea posible (Fig. 4).

El kit básico de escáner LYNCS permite la inspección bilateral de soldaduras circunferenciales desde tamaños nominales de tubería cuatro (NPS 4) y superiores, y hasta dos pulgadas para espesores. Su diseño compacto le permite operar en espacios libres de hasta 4.3 pulgadas, aumentando su rango de aplicación. El sistema de tensión ajustable de los cuatro porta-sondas permite un acoplamiento adecuado a la superficie de inspección en todas las condiciones.

Para espesores mayores a dos pulgadas, la inspección TOFD generalmente se realiza en más de una zona. Por lo tanto, cuando se utiliza simultáneamente con PAUT, se requieren más de cuatro porta-sondas. Además, se requieren valores de PCS más grandes para cubrir la parte inferior del volumen de interés. Hay kits de extensión opcionales para ampliar el rango de aplicabilidad del escáner para espesores de hasta seis pulgadas. Cuando es necesario inspeccionar soldaduras axiales, el escáner se puede convertir utilizando una pieza mecánica opcional. En su configuración axial, el escáner permite la inspección de soldaduras longitudinales.

Conclusión

La sustitución de PAUT y TOFD por RT en la inspección de soldaduras erradica los riesgos de radiación y facilita la retroalimentación rápida al equipo de soldadura. Esto puede mejorar las tasas de producción y al mismo tiempo reducir los gastos relacionados con producciones deficientes. El uso simultáneo de PAUT y TOFD es un método de inspección convincente para uniones soldadas.

Obras consultadas

1. Escarcha y Sullivan. 2013. La sustitución de la radiografía por pruebas ultrasónicas de matriz en fase impulsa el mercado mundial de equipos de pruebas ultrasónicas no destructivas, análisis del mercado mundial de equipos de pruebas ultrasónicas no destructivas. Vista a la montaña, California.
2. Chauveau, D., Blettner, A., Cadith, J. y Rivenez, J. 2011. Comment, pratiquement, améliorer la radioprotection des opérateurs CND par l’utilisation d’autres méthodes et/ou Techniques? COFREND, Dunkerque, Francia.
3. Hatsch, J., Chauveau, D. y Blettner, A. 2008. Méthodes Alternatives à la gammagraphie à l’Iridium, projet alter-X. COFREND, Toulouse, Francia.
4. Laprise, F., Berlanger, J. y Maes, G. 2012. Escaneo sectorial PAUT combinado con TOFD, una técnica sólida de inspección de soldaduras en lugar de RT. 18ª Conferencia sobre Ensayos No Destructivos, Durban, Sudáfrica.

PATRICK TREMBLAY (ptremblay@eddyfi.com) es UT senior experto en aplicaciones en Eddyfi Technologies, Quebec, Canada.