Tecnología y aplicación de pruebas no destructivas: proporcionando soluciones de tuberías

1. Historia del desarrollo de la tecnología de ensayos no destructivos.

La tecnología de pruebas no destructivas ha pasado por tres etapas de desarrollo: detección de defectos no destructivos (NDI), pruebas no destructivas (NDT) y evaluación no destructiva (NDE). Actualmente se les conoce generalmente de manera colectiva como ensayos no destructivos (END) y no específicamente a la segunda etapa mencionada anteriormente. FINAL es el uso de propiedades acústicas, ópticas, magnéticas, eléctricas y otras sin dañar o afectar el uso del objeto, sujeto al desempeño del objeto bajo prueba, detectando el objeto bajo prueba por la presencia de defectos o heterogeneidades, para determinar el tamaño de los defectos, la ubicación de los defectos, la naturaleza de la cantidad de información, etc., y luego seleccione el objeto a inspeccionar en función del estado de la técnica (como calificado o no calificado, vida restante, etc.) de el objeto a probar. El término general para todos los medios técnicos no es sólo el control de calidad del producto, que desempeña un papel insustituible y es reconocido por muchos científicos y técnicos y el mundo empresarial, sino también la función de inspección operativa de los equipos durante su funcionamiento.

La tecnología de pruebas no destructivas se utilizó principalmente en las décadas de 1950 y 1960 como la primera etapa de las pruebas no destructivas. Se caracteriza por la tecnología y las tareas más sencillas. Los medios técnicos disponibles podrían ser más amplios y utilizar principalmente ultrasonidos, radiaciones y otras tecnologías. La tarea consiste principalmente en detectar la presencia de defectos o anomalías en la muestra. La tarea básica es encontrar defectos en las piezas o componentes sin destruir el producto para cumplir con los requisitos del proyecto. Los resultados de la detección se dividen principalmente en dos categorías: defectuosos y no defectuosos.
Con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, especialmente la producción de métodos de prueba no destructivos, es necesario mejorar constantemente la tecnología. Obviamente, la detección de defectos no puede satisfacer las necesidades reales de las personas. En esta etapa de desarrollo, las pruebas no destructivas no solo detectan defectos en la muestra, sino también otra información sobre la muestra, como: B. Defectos en la estructura, tipo, ubicación, etc., y se intenta obtener más información. a través de pruebas. Para los países industrializados internacionales, esta fase comenzó hacia finales del siglo XX, en los años setenta o principios de los ochenta.
Aunque la segunda fase de la tecnología de ensayos no destructivos ya ha logrado satisfacer la mayoría de los requisitos de la producción industrial, los requisitos de calidad de los materiales y componentes siguen mejorando, especialmente en términos de seguridad de los equipos en uso y los cada vez más importantes requisitos económicos. . Por lo tanto, la tecnología de pruebas no destructivas ha llegado ahora a la tercera fase, la fase de pruebas no destructivas. Un hito en esta fase fue la 14ª Conferencia Mundial sobre END, WCNDT, que tuvo lugar en Nueva Delhi en 1996. En esta conferencia se tomó la importante posición de convertir los END en ensayos no destructivos y esta posición fue rápidamente aceptada por los actores no destructivos. comunidad de ensayos destructivos en numerosos países. En esta etapa, el objetivo no es sólo obtener información sobre la presencia o ausencia de defectos, así como sus características, ubicación y tamaño, sino también la influencia de estas propiedades de los defectos en indicadores integrales de desempeño (como vida útil, resistencia, estabilidad, etc.) del componente inspeccionado para evaluar y analizar más a fondo y finalmente sacar algunas conclusiones sobre estos indicadores integrales. Los países industrializados ya se encuentran en esta etapa de desarrollo. En algunos otros países todavía domina la segunda fase de la tecnología, mientras que algunos ya se encuentran en la transición de la segunda a la tercera fase de desarrollo.

2. Introducción a las técnicas habituales de END

Las pruebas no destructivas incluyen esencialmente seis procedimientos: prueba ultrasónica UT (prueba de ultrasonido), prueba de radiación RT (prueba de rayos X), prueba de partículas magnéticas MT (prueba de partículas magnéticas), prueba de penetración PT (prueba de penetración), prueba de corrientes parásitas ET ( prueba de corrientes parásitas) y prueba visual (VT).
En la nueva norma NB/T 47013 “Ensayos no destructivos de equipos a presión”, emitida por la NEA en 2015, además de estos seis métodos comúnmente utilizados, se incluyen pruebas de fugas (con aire, gases inertes, como parches para neumáticos de bicicletas), pruebas acústicas emisión, TOFD, prueba de imágenes de rayos X digitales, prueba de fuga magnética y prueba de corrientes parásitas pulsadas (en comparación con la prueba tradicional de corrientes parásitas con mayor alcance, mayor eficiencia y mayor espesor) y otros métodos estandarizados, de los cuales TOFD tiene aplicaciones más prácticas. Además, la tomografía computarizada industrial no estándar y los métodos de obtención de imágenes en tiempo real también tienen una amplia gama de aplicaciones. A continuación se muestra una introducción a los métodos utilizados habitualmente.

2.1 Detección ultrasónica UT

Un transductor ultrasónico genera ondas sonoras que se emiten al material que se está probando. Cuando las ondas sonoras penetran el material, se producen reflejos o ecos en la parte posterior. Cualquier discontinuidad interna refleja ondas sonoras y crea una señal que se envía al receptor. Se registra el momento en que se reciben los distintos ecos para determinar el espesor del material y la distancia desde la discontinuidad del producto.

2.2 Examen radiográfico RT

2.2.1 Prueba de rayos X convencional

La radiación es muy útil para detectar defectos ocultos en materiales y productos. Vale la pena señalar que la inspección por rayos X es particularmente efectiva para detectar defectos volumétricos en elementos como poros, orificios de aire e inclusiones sólidas. Aunque no se puede utilizar para medir el grosor de un defecto, es fácil confirmar el tipo y tamaño (largo y ancho) del defecto. Otra ventaja de este método de prueba es que el defecto se puede registrar permanentemente colocando el elemento a probar en negativo. Para ello, se coloca una fuente de radiación ionizante en un lado del producto a testar y el negativo, contenido en una bolsa oscura, se coloca muy cerca del otro lado del producto. La radiación se absorbe parcialmente durante la transferencia y las diferencias en el espesor del material o las propiedades de absorción dan como resultado diferentes grados de absorción de radiación registrados en el negativo. De hecho, el negativo es sensible a la luz visible, no a los rayos X, y son las pantallas metálicas sensibilizadoras a ambos lados del negativo en la bolsa oscura las que convierten los rayos en luz visible. Este tipo de negativo también se llama película END industrial.
Tabla 1: Categorías, características y modelos de negocio de películas de detección de defectos industriales

Además, la película solar se utiliza ampliamente en países desarrollados de Europa, Estados Unidos, Arabia Saudita y otros países energéticos. Las películas de luz solar, como su nombre indica, son películas translúcidas que no pueden ver la luz en comparación con las películas fotográficas tradicionales. Están preenvasados ​​por el fabricante en una bolsa de cuarto oscuro con lámina para sensores y pueden utilizarse directamente en la obra. Esto elimina la necesidad de cargar película en el cuarto oscuro del cuarto oscuro.

2.2.2 Radiografía digital

La radiografía computarizada CR (radiografía computarizada) se refiere a la radiación a través de la pieza después de que la información se registra en la placa de imágenes, se lee mediante el dispositivo de escaneo y luego la computadora genera una imagen de tecnología digital. Debido a que la tarjeta IP es costosa, la frecuencia de irradiación de la tarjeta de imágenes es limitada y no es adecuada para operación de campo, por lo que no puede volverse popular.
DR (radiografía digital) generalmente se refiere al uso de tecnología de placa de imágenes electrónica: tecnología de detector de panel plano (técnica FPD). La tecnología de pantalla plana a menudo se deriva de imágenes digitales médicas.

Prueba de partículas magnéticas de 2,3 MT

Las pruebas de partículas magnéticas se pueden utilizar para detectar defectos en y cerca de la superficie de materiales ferromagnéticos. Esta prueba utiliza un imán permanente, electroimán o bobina electromagnética para generar un campo magnético en la muestra que se analiza. Si el producto probado es defectuoso, el flujo magnético se distorsionará y se producirá una "fuga". Se aplican partículas finas de polvo magnético (generalmente suspendidas en un líquido portador y rociadas en forma de niebla) a la superficie de la muestra, donde son atraídas hacia el área de fuga de flujo magnético, creando una indicación visual del defecto.

2.4 Pruebas de penetración de PT

Las pruebas de penetración son un método de prueba rentable y ampliamente utilizado. Se utilizan para localizar grietas en la superficie de todos los materiales no porosos (por ejemplo, metales y plásticos). Este método de prueba implica aplicar un tinte visible o fluorescente a la superficie del producto probado, que se puede lavar con solvente o agua. Una vez aplicados los colorantes en forma de impregnación o pulverización sobre la superficie del producto a ensayar, estos pueden penetrar los defectos de discontinuidad por acción capilar. El tiempo que tardan los tintes en penetrar la discontinuidad se llama tiempo de residencia y suele ser de al menos 20 minutos.

2.5 Detección de corrientes parásitas ET

Una bobina recibe corriente alterna y la corriente que fluye a través de ella es constante bajo ciertas condiciones. Cuando la bobina se acerca a la pieza de trabajo que se va a probar, como un barco en el agua, se inducen corrientes parásitas en la pieza de trabajo y la corriente de la bobina cambia bajo la influencia de las corrientes parásitas. Dado que la magnitud de la corriente parásita varía con la presencia o ausencia de defectos en la pieza de trabajo, la magnitud del cambio en la corriente de la bobina refleja la presencia o ausencia de defectos. El tipo de bobina que se utiliza para detectar tuberías, varillas y alambres cuyo diámetro interno es ligeramente mayor que el objeto que se inspecciona puede detectar grietas, inclusiones, agujeros y otros defectos. Se utiliza una bobina sonda para la detección localizada de la muestra; la aplicación de la bobina se coloca sobre la placa metálica, tubo u otras partes; Se pueden detectar grietas por fatiga; La bobina insertada, también conocida como sonda interna, se coloca en la tubería o en partes del orificio para detectar la pared interna y se puede usar para verificar la pared interna de varias tuberías. Puede utilizarse para comprobar el grado de corrosión de la pared interior de varias tuberías, etc.

2.6 Detección TOFD

TOFD (Time Off Light Difraction) es un método de difracción de diferencia de tiempo de tecnología de prueba ultrasónica en el que se utiliza para la detección un transmisor y un receptor de dos sondas de pulso estrecho de banda ancha. La sonda se coloca simétricamente con respecto a la línea central de la soldadura. La sonda transmisora ​​genera haces desenfocados de ondas longitudinales que inciden sobre la pieza a ensayar con un ángulo determinado. Una parte se propaga a lo largo de la superficie cercana y es recibida por la sonda receptora, otra parte se refleja desde la superficie inferior y es recibida por la sonda. La sonda receptora determina la posición del defecto y su altura al recibir la señal de difracción de la punta del defecto y su diferencia de tiempo.
Características:

• (1) Un barrido puede cubrir casi toda el área de soldadura (excepto el área ciega en la parte superior e inferior) y se puede lograr una velocidad de detección muy alta.
• (2) Buena confiabilidad y alta tasa de detección de defectos en medio de la soldadura;
• (3) Es capaz de detectar varios tipos de defectos y es insensible a la dirección de los defectos.
• (4) capacidad para detectar defectos que se extienden hasta la superficie;
• (5) Cuando se utilizan imágenes D-scan, la interpretación de los defectos es más intuitiva.
• (6) Cuantificación y localización muy precisa de defectos en dirección vertical con un error de precisión de menos de 1 mm;
• (7) Mejor efecto de detección combinado con un método de reflexión de pulso de cobertura del 100%;
• (8) No apto para detectar soldaduras en forma de T.

2.7 Tecnología ultrasónica Phased Array

Además de TOFD, la tecnología ultrasónica también incluye PAUT (Phased Array Ultrasonic Testing), es decir, la tecnología de detección por ultrasonidos Phased Array. Esta nueva tecnología se está desarrollando muy rápidamente, pero aún no se ha convertido en un estándar nacional. La tecnología de detección ultrasónica de matriz en fase utiliza transductores de matriz múltiple de diferentes formas para generar y recibir haces de ultrasonido. Al controlar el conjunto de transductores en cada conjunto, los pulsos de transmisión (o recepción) se envían con diferentes tiempos de retardo. Cuando la onda de sonido alcanza (o proviene de) un cierto punto del objeto, la relación de fase cambia para cambiar el enfoque y la dirección del haz, realizando así el escaneo, la desviación y el enfoque del haz ultrasónico. Luego se utiliza una combinación de métodos de escaneo mecánicos y electrónicos para realizar la obtención de imágenes.
Características: En comparación con la detección ultrasónica manual tradicional y la detección por haz, el sistema Phased Array tiene las siguientes ventajas:

• (1) Alta flexibilidad y velocidad de detección. Durante la inspección in situ, sólo se requiere un simple barrido del anillo de soldadura sin movimiento hacia adelante y hacia atrás para completar la inspección completa de la soldadura.
• (2) Los resultados de la detección son intuitivos, repetibles y se pueden ver en tiempo real. El cordón de soldadura se puede analizar y evaluar al mismo tiempo que se escanea. Se puede imprimir y guardar en el disco duro para garantizar la retención a largo plazo de los resultados del reconocimiento.
• (3) Puede reconocer formas y superficies complejas o piezas de difícil acceso;
• (4) Ubicación precisa de defectos y alta sensibilidad de detección;
• (5) Baja intensidad de funcionamiento, sin radiación ni suciedad.

2.8 CT industrial

Industrial CT es la abreviatura de tecnología de tomografía computarizada industrial, que se puede utilizar para detectar objetos de forma no destructiva mediante imágenes tomográficas bidimensionales o imágenes estereoscópicas tridimensionales. La estructura interna del objeto a reconocer, la composición del material y el estado del defecto se presentan de forma clara, precisa e intuitiva. Esta se considera la mejor tecnología de evaluación y pruebas no destructivas. La tecnología de CT industrial incluye física nuclear, microelectrónica, optoelectrónica, instrumentación, maquinaria y control de precisión, visión por computadora y reconocimiento de patrones y otros campos multidisciplinarios, y es un producto de alta tecnología y uso intensivo de tecnología. La TC industrial se utiliza ampliamente en automoción, materiales, aeroespacial, aviación, militar, defensa nacional y otras áreas industriales. Es una importante herramienta de prueba para vehículos de lanzamiento, motores de naves espaciales, armas grandes, análisis estructurales geológicos y calidad de productos mecánicos.

2.9 Imágenes en tiempo real

Las imágenes en tiempo real son un método de prueba no destructivo que utiliza rayos X. Solía ​​​​llamarse imágenes en tiempo real o televisión industrial porque la imagen obtenida era analógica. Este es un método para mostrar los resultados de las pruebas en la pantalla en tiempo real. La imagen de detección del material del objeto se utiliza para análisis, evaluación y evaluación cualitativa y cuantitativa para determinar la uniformidad y consistencia del material del objeto de prueba o para obtener información sobre la estructura, composición, densidad y espesor del objeto, logrando así el propósito de no -destructivo para lograr la prueba. El método de imágenes en tiempo real es muy valorado por la industria y se está desarrollando rápidamente porque tiene las ventajas de una imagen de detección clara e intuitiva, una velocidad de detección rápida y un bajo costo.

3. Tabla de comparación de defectos de piezas y ensayos no destructivos.

De acuerdo con las características de los defectos de la pieza, la selección de métodos de prueba no destructivos apropiados es un profesional relevante de la tecnología necesaria. En la práctica, a menudo se producen juntos errores complejos y múltiples. Entonces es necesario analizar la situación específica, desarrollar métodos de detección adecuados y, en ocasiones, diseñar y adaptar dispositivos especiales. Para defectos comunes de piezas y métodos de prueba no destructivos, consulte la Tabla 2.
Tabla 2: Defectos de piezas y métodos de prueba no destructivos en comparación con la tabla

observación :

• VT – inspección visual, PT – prueba de penetración, MT – prueba de partículas magnéticas, ET – prueba de corrientes parásitas, RT – prueba radiográfica, DR – prueba de imágenes de rayos X digitales, UTA – prueba ultrasónica (incidencia oblicua), UTS – prueba ultrasónica ( inyección directa), TOFD – prueba ultrasónica con diferencia en el tiempo de difracción; En circunstancias normales, esta tecnología de prueba no destructiva puede detectar dichos defectos;
• ● – En circunstancias normales, este defecto se puede detectar utilizando esta tecnología de prueba no destructiva; ◎ – En condiciones especiales, esta tecnología de prueba no destructiva puede detectar este defecto; ○ – La detección de este defecto requiere tecnología y condiciones especiales.

4. Aplicación de tecnología de ensayos no destructivos.

4.1 Aeroespacial

La industria aeroespacial sigue siendo el campo más utilizado para ensayos no destructivos. Las piezas aeroespaciales se prueban antes de su instalación en un avión y luego periódicamente durante toda su vida útil. Los componentes de la aeronave deben diseñarse para que sean lo más livianos posible y capaces de realizar funciones de alta resistencia, lo que significa que están sujetos a cargas elevadas y su peso inherentemente liviano hace posible que un pequeño defecto dañe el dispositivo. El vuelo continuo, el aterrizaje, el rodaje y la presurización de la cabina de una aeronave provocan grietas por fatiga en muchos dispositivos, que aumentan gradualmente con el tiempo y provocan la ruptura de la nave espacial, lo que plantea importantes riesgos potenciales para la seguridad. Por lo tanto, la inspección periódica de las naves espaciales se ha convertido en una medida necesaria para su uso seguro.
Las principales áreas de aplicación de END en el sector de la aviación son:

• (1) Inspección de las aspas del turboventilador: bordes de las aspas y otras inspecciones;
• (2) Pruebas de piezas compuestas: las piezas unidas se utilizan en muchas aplicaciones aeroespaciales. Las pruebas mediante pruebas no destructivas (NDT) aumentan su confiabilidad.
• (3) Prueba de la estructura de los materiales compuestos de revestimiento: en el campo de las naves espaciales y la aviación, se utilizan muchos materiales compuestos de fibra de carbono/resina epoxi y aluminio en forma de panal, que se utilizan principalmente para reducir el peso, lo que reduce el consumo de combustible y los costos operativos. Estos materiales también están sujetos a pruebas periódicas.
• (4) Pruebas de piezas aeroespaciales: es necesario inspeccionar una gran cantidad de piezas moldeadas aeroespaciales utilizando tecnología END.
• (5) Inspección de componentes estructurales de aluminio multicapa: la inspección de estructuras de aeronaves es muy importante para la seguridad. Las pruebas no destructivas pueden desempeñar un papel importante en la prevención de daños estructurales catastróficos mediante el seguimiento de piezas de aluminio remachadas multicapa.

No hay duda de que el éxito de la industria de la aviación depende de los ensayos no destructivos. Sin pruebas no destructivas, los costes operativos y de mantenimiento de las aeronaves aumentarían enormemente y la seguridad de los vuelos disminuiría.

4.2 Inspección de vía

En los primeros días del desarrollo ferroviario, muchos accidentes e incluso descarrilamientos se debían a defectos ferroviarios. Por lo tanto, en la década de 1920, Estados Unidos estableció una empresa especial de inspección ferroviaria para mantener el ferrocarril. Por supuesto, la inspección manual ha sido un sistema rutinario en los ferrocarriles durante muchos años.
La detección de campos magnéticos se ha utilizado anteriormente en pruebas no destructivas de vías de ferrocarril. Por ejemplo, el método de detección de campos magnéticos fue introducido por la empresa estadounidense Sperry en 1928. El equipo de detección se instaló en un vehículo de inspección que circulaba por las vías. La detección de campos magnéticos es más sensible a las grietas transversales en los rieles, mientras que otros defectos como costuras, delaminación, corrosión y otros defectos no son sensibles. Estos defectos también son la causa de las grietas por fatiga. Por lo tanto, en la década de 1960, Estados Unidos comenzó a utilizar equipos de detección de fallas ultrasónicos y también se construyeron equipos de prueba para detectar automóviles que patrullaban a velocidades de 6,5 millas y 13 millas por hora.
En la actualidad, la red ferroviaria de China es cada vez más larga y la longitud de las rutas de los trenes de alta velocidad también supera los 10.000 kilómetros. También son cada vez más exigentes los requisitos para los vehículos de alta velocidad y los raíles, que deben someterse a ensayos no destructivos. Además del sistema para mejorar la “ventana” diaria para los controles manuales, también se están utilizando más instalaciones de END. Estas instalaciones incluyen coches de inspección de vía (pruebas dinámicas), dispositivos de alarma a bordo, dispositivos portátiles, dispositivos de mano, coches de medición fina de vía, dispositivos electrónicos de inspección de vía, etc., que pueden realizar operaciones precisas.

4.3 Inspección del puente