lab - phase array incidencia angular

8/19/2019 Lab - Phase Array Incidencia Angular

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INFORME

Laboratorio:Phased-Array incidencia angular.

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

INSTITUTO DE ACÚSTICA

CURSO

ULTRASONIDO

DOCENTE R ESPONSABLE

ALFIO YORI FERNÁNDEZ


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INDICE

1. INTRODUCCIÓN: ....................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS: ................................................................................................................ 3

OBJETIVOS GENERALES: ................................................................................................................. 3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ................................................................................................................ 3

3. DESARROLLO. ........................................................................................................... 4

4. CONCLUSIONES. ..................................................................................................... 11

5. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 11


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1. INTRODUCCIÓN:

La calibración de una herramienta para ensayos no destructivos como la EPOCH 1000, nosayuda a obtener medidas precisas de distancia y amplitud.

Los parámetros que son sometidos a calibración son velocidad, retardo en la zapata ysensibilidad o ganancia.Al conocer con exactitud la velocidad de propagación en un material homogéneo como elacero, se pueden saber con exactitud las distancias de discontinuidades, midiendo el tiempoque demora el haz en revotar y volver al receptor dependiendo de la configuración de lamedición ultrasónica. Entre otras aplicaciones como saber sus propiedades físicas comomodulo de elasticidad e impedancia.Al ajustar el retardo de la zapata se identifica el retardo entre el disparo del haz acústico yel momento en que este entra en la pieza de ensayo, de esta manera de calculan conexactitud las distancias y velocidades.Al ajustar la sensibilidad y ganancia

Algunas de las aplicaciones más importantes para esta configuración de phased-array enmodo angular son, detección de errores en soldaduras, en tubos u otros tipos de materialesde construcción y estructurales.

2. OBJETIVOS:

Objetivos Generales: Conocer el funcionamiento de los sistemas Phased-Array en modo angular

Objetivos Específicos: Calibrar el equipo ultrasónico EPOCH 1000, de OLYMPUS, en el modo angular

con transductor phased-array. Establecer un procedimiento de calibración, para asi identificar el modo en que este

es realizado.


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3. DESARROLLO.

A continuación pasaremos a describir las actividades realizadas en el ultimo laboratorio deultrasonido, explicando algunos puntos relevantes y describiendo el por que de larealización de estas actividades.Primero se conecta el transductor 5L16-A10P con la zapata SA10-N55S, al analizadorEpoch 1000, y se enciende el sistema.

Este equipo cuenta con un dispositivo de reconocimiento automático de los palpadores phased-array, abriendo una página de configuración de haz, donde se introduce el ID del palpador y zapata, reconociendo así, el sistema, las características como frecuencia defuncionamiento, ángulos de inicio y final de la configuración zapata transductor y tambiéncambia el modo de funcionamiento del equipo para visualizar correctamente un arreglo phased-array. Seleccionando los modelos de zapata y transductor el sistema esta ajustadoen sus ajustes generales y listo para comenzar la calibración.

La representación visual que se observa consta de dos imágenes principales, donde se presenta el llamado A-Scan, visualización igual a la del ultrasonido convencional, con unaescala en distancia y en amplitud de la señal ultrasónica, y la pantalla S-Scan, que es unarepresentación de varios A-Scan, en las diferentes direcciones que la zapata y el transductor phased-array permite visualizar. En los casos mas usuales en un S-Scan se visualizanángulos de 40° a 70°, con incrementos de 1°. La configuración descrita se puede apreciar enla Fig. N°1.

Fig. N°1: Visualización en modo phased-array, modo angular.


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Puerta: Representación de una línea de base electrónica que controla electrónicamente la

distancia o amplitud de segmentos en la pantalla.Tipos de Acero: Los aceros al carbono en general se clasifican según su contenido decarbono, dado que el % de carbono presente en el acero influye en sus propiedades físicas,en general siendo los aceros con un bajo % de C, aceros con cualidades de deformación,(adecuados para su uso soldaduras y piezas que requieren doblado en frio), y los con un alto porcentaje de carbono, aceros con mucha resistencia y dureza, en general usados en piezasque son sometidas a cargas dinámicas, construcción de maquinaria.La notación utilizada para la clasificación de aceros es 10XX, donde XX es el contenido decarbono presente.

Para la calibración de los parámetros descritos anteriormente es necesario usar el bloque de

calibración ASTM-E164 IIW, fabricado de acero 10.18, bloque normalizado.

Fig. N°2: Bloque de calibración ASTM-E164 IIW. Acero 10.18. Descripción de lassecciones de referencia utilizadas.

Equipos utilizados en el laboratorio: Equipo ultrasónico EPOCH 1000, OLYMPUS: Zapata SA10-N55S Barrido de 40° a 70° Palpador Phased-array 5L16-A10P, OLYMPUS.

Palpador de 5 MHz, y 16 elementos.

Fig. N°3: Notación del nombre del transductor.

Bloque de Calibración ASTM-E164 IIW, OLYMPUS. Gel Acoplante SOUNDSAFE, tipo D de uso industrial:

5 L 16 – A 10P

*Frecuencia (Mhz)*Tipo de Onda*Cantidad de

elementos

*Tipo de carcasa*Tipo de palpador

B

A

C (Surco)


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Calibración:

Ahora procederemos a describir las actividades realizadas en el laboratorio, necesarias paracalibrar el sistema phased-array en modo angular.

Calibración de la velocidad:

Ya ingresado el modelo de transductor y zapata, solo nos queda configurar la ganancia,rango, y ángulo para efectuar la calibración del sistema.

Para efectos de calibración el ángulo debe estar configurado en 45°. Y el rango enaproximadamente 250 mm, para poder visualizar todos los rebotes que son de interés parallevar a cabo la calibración. Se ingreso una velocidad transversal de referencia para el

acero 10.20, la cual corresponde a 3251 m/s. Dado que el ángulo refractado con el quese trabaja supera el 1er ángulo crítico, por lo que solo se propagan ondastransversales. Se trabajo en la sección [CAL. PA], seleccionando [CAL. Vel.]. Como se puede apreciaren la fig. N° 4.Primero se procedió a poner gel acoplante en el bloque de calibración, en la sección A, (verFig. N°2), eliminando la interfaz transductor-aire-acero, para lograr que el haz ultrasónico pueda penetrar en el material. Luego se ubico el transductor con la zapata en dicha sección.Se ubico la primera puerta en el I peak para luego llevarlo al 80°, (esto se realiza presionando los botones [2da Función] y [GATE]).

Fig. N°4: Ubicación y movimiento palpador; Calibración Velocidad; [PROFUNDIDAD 1];I Peak.

100 mm


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Luego se activo la función [Peakmem], que lo que hace es guardar la información delectura de la medición, marcándola con un color verde, y se procedió a mover el transductor

como se indica en la fig. N°4, de manera de identificar el I peak. Cuando ya se identificocon precisión, se procedió a llevar nuevamente al 80%.

Luego se presiono el botón [PROFUNDIDAD 1], y apareció un cuadro de dialogo, en elcual se ingresa la distancia entre el borde de la zapata y el final del bloque de C., distanciaque es de 100 mm, como se ve en la Fig. N° 4.

Ahora que tenemos una distancia de referencia, es necesario tener otra para calcularla velocidad de propagación con precisión. Por lo que se ubica la puerta en el II peak,ubicado cercano a los 220 mm y se lleva al 80%.

Fig. N°5: Calibración velocidad, [PROFUNDIDAD 2]; Puerta en II Peak; Velocidadresultante; Funcion [PEAK MEM].

Luego de esto se presiona el botón [PROFUNDIDAD 2], ingresa el valor 225 mm,correspondiente a la distancia del segundo revote del haz ultrasónico en un surco indicadoen la Fig N°2.

100 mm

25 mm


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Hecho esto se obtiene la velocidad transversal del material, que en este caso fue de 3216m/s.

Calibración retardo de la zapata:

Primero que se realizo fue realizar un cambio en el rango, reduciéndolo a 160 mm , luegose agrando la puerta al máximo, como se puede apreciar en la Fig. N°6.

Se cambio el modo de calibración a [Calibración CAL Cero].

Fig. N° 6: Calibrar Cero; Tamaño puerta.

Primero se situó el transductor en el 0 de la misma sección anteriormente utilizada, comomuestra la fig. N°7. Luego se presiona el botón iniciar, y sale un cuadro de dialogo dondehay que ingresar la distancia del borde de la zapata al borde 100 mm, de inmediato en la

sección A-Scan aparece una línea amarilla, que va guardando la información de la distanciaal borde considerando los diferentes ángulos a medida que movemos el transductor haciadelante y hacia atrás como se muestra en la Fig. 7. Es clave tener la precaución de usaruna presión constante al mover el transductor, para que de esta manera se logre unacalibración lo más exacta posible. (Variaciones en la presión son variaciones en laintensidad de la transmisión del haz ultrasónico).


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Este procedimiento hace una comparación entra las distancias en cada ángulo,calibrando así para paso de 1°, la distancia de la zapata al borde de la pieza de

prueba.

En el momento donde la línea amarilla ya no cambia, se presiona [ACABAR].

Fig. N°7: Procedimiento para el ajuste del retardo de la zapata.

Este procedimiento por lo tanto permite calcular todos los retardos de la zapata, en todoslos angulos en un solo procedimiento, lo que permite obtener lecturas confiables y precisas

de la trayectoria acústica en profundidad y trayectoria en todos los angulos del phased-array.

Calibrar Ganancia:

Esta calibración nos permite medir la sensibilidad del sistema a un reflector conocido, paraasi tener una referencia a la hora de comparar la energía que necesitamos para visualizaruna discontinuidad arbitraria, en comparación a la conocida.

Para esta de calibración de sensibilidad se usa la sección B del bloque de calibración,

definida en la Fig. N°2.


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Fig. N°8: Movimiento calibración Ganancia; Procedimiento.

La sensibilidad corresponde a la capacidad del sistema de ensayo de detectar un reflector decierto tamaño a una distancia dada.

Para calibrar la ganancia, se cambia el modo de calibración a [CAL Gan.], y se procede dela misma forma que con la calibración del retardo de la zapata:

Fig. N° 9: Detalle del peak usado para la calibración de sensibilidad; Procedimiento.

Se posiciona la puerta en el peak, conun ángulo de 45°.

Se lleva al 80%. Luego se presiona [Añadir]. Se ingresa la distancia: 15 mm. Se efectúa el movimiento descrito en la

Fig. N°8. Y luego se presiona [Acabar].

De esta manera queda calibrada lasensibilidad o ganancia.

15 mm


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4. CONCLUSIONES.

Los procedimientos realizados, para lograr dejar el sistema listo para mediciones en terreno,son procedimientos universales, que se efectúan con todos los equipos con similarescaracterísticas, con leves diferencias, pero en esencia son iguales. Por lo que entender e porque de este procedimiento fue un aporte considerable en la realización del curso, ya quese pudo poner en práctica procedimientos, como la determinación de la velocidadtransversal.

Este tipo de ultrasonido, phased-array se usa bastante en aplicaciones de detección deerrores en procesos de construcción de estructuras metálicas, por ejemplo en la prueba desoldaduras. Tengo nociones sobre algunos métodos que usan arreglos de phased-array paradeterminar la calidad de una soldadura.Quizás a futuro sería una buena oportunidad, poder integrar en alguno de los prácticosalguna experiencia de medición con materiales reales, para poder así determinar de unaforma practica una discontinuidad o error en alguna soldadura, por ejemplo.

5. BIBLIOGRAFIA

Manual de usuario (2009). Serie EPOCHTM 1000. OLYMPUS. 910-269-ES – Revisión A.

Catalogo OLYMPUS. EPOCH 1000 – Olympus Industrial #12.

Giacchetta, R. (2011). Ultrasonidos phased-Array para inspección de metales.

Clasificacion de los aceros (según norma SAE).
http://pdf.directindustry.es/pdf/olympus-industrial/epoch-1000/17434-160509-_8.htmlhttp://www.forotecnologicoyempresarial.com/documentos/foro_grandes_dimensiones/02-01_R_Giaccetta_DASEL.pdfhttp://www.forotecnologicoyempresarial.com/documentos/foro_grandes_dimensiones/02-01_R_Giaccetta_DASEL.pdfhttp://usuarios.fceia.unr.edu.ar/~adruker/Clasificaci%F3n%20de%20aceros%20Mat%20y%20Pro.pdfhttp://usuarios.fceia.unr.edu.ar/~adruker/Clasificaci%F3n%20de%20aceros%20Mat%20y%20Pro.pdfhttp://usuarios.fceia.unr.edu.ar/~adruker/Clasificaci%F3n%20de%20aceros%20Mat%20y%20Pro.pdfhttp://usuarios.fceia.unr.edu.ar/~adruker/Clasificaci%F3n%20de%20aceros%20Mat%20y%20Pro.pdfhttp://usuarios.fceia.unr.edu.ar/~adruker/Clasificaci%F3n%20de%20aceros%20Mat%20y%20Pro.pdfhttp://www.forotecnologicoyempresarial.com/documentos/foro_grandes_dimensiones/02-01_R_Giaccetta_DASEL.pdfhttp://www.forotecnologicoyempresarial.com/documentos/foro_grandes_dimensiones/02-01_R_Giaccetta_DASEL.pdfhttp://pdf.directindustry.es/pdf/olympus-industrial/epoch-1000/17434-160509-_8.html

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