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TOFD Time of Flight Diffraction ¨Tiempo de Vuelo de la Onda Difractada¨

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TOFD Time of Flight Diffraction ¨Tiempo de Vuelo de la Onda Difractada¨ - PowerPoint PPT Presentation


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TOFD Time of Flight Diffraction ¨Tiempo de Vuelo de la Onda Difractada¨. By: Nick Bublitz Traduccion: Carlos Correia. La onda incide en el defecto. En cada punto de la superficie del defecto se genera una nueva onda esferica. Diffraccion. Basada en el principio de Huygens. Ondas.

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Presentation Transcript
tofd time of flight diffraction tiempo de vuelo de la onda difractada

TOFDTime of Flight Diffraction¨Tiempo de Vuelo de la Onda Difractada¨

By: Nick Bublitz

Traduccion: Carlos Correia

diffraccion

La onda incide en el defecto.

En cada punto de la superficie del defecto se genera una nueva onda esferica

Diffraccion

Basada en el principio de Huygens

ondas
Ondas

Onda incidente

Onda Difractada

Toda direccion

Baja energia

Independiente del angulo del defecto

Onda Reflejada

DISCONT.

Onda Difractada

diffraccion1
Diffraccion
  • Modificacion o defleccion del haz sonico
  • Onda incidente crea nuevo frente de onda
  • Extremos del defectos son nuevos emisores
  • No relacionado con la orientacion del defecto
  • Señales debiles – requieren amplif. (preamp en el receptor)
  • Defectos planos ¨afilados¨ son mejores emisores
  • Las señales de los extremos son ubicadas con facilidad.
  • Tiempo de vuelo desde los extremos del defecto utilizados para dimensionar.
  • Haz ancho longitudinal.
frentes de onda tofd
Frentes de Onda ToFD

Apertura del haz en el material

Apertura del haz en la zapata

60 deg

Punto de salida

Longitud de onda de corte = ½ Long

Centro del haz

Ondas de corte

apertura del haz
Apertura del haz
  • Teoria convencional solo contempla la frecuencia central del transductor.
  • Dado que la emision es un pulso, el transductor emite un rango de frecuencias en vez de una sola = ancho de banda (bandwidth).
  • La apertura del haz puede ser recalculada utilizando los valores inferiores de frecuencia
  • La presencia de una onda lateral a partir de 45 grados en adelante, tiene sentido considerando la apertura generada por las componentes de baja frecuencia.
ejemplos zapata de 60 grados 2 7mm us 6mm crystal @ 5 mhz
Ejemplos Zapata de 60 Grados (2.7mm/us), 6mm crystal @ 5 MHz

Angulo de incidencia en la zapatata 23.3 grados. Aperturas:

2MHz +/- 10.3 deg. (13-33.6deg)

3 MHz +/- 6.8 deg. (16.5-30.1 deg)

4 MHz +/- 5.1 deg. (18.2-28.4 deg)

5 MHz +/- 4.1 deg. (19.2-27.1 deg)

apertura del haz en el material refractado 60 grados
Apertura del haz en el material / refractado 60 grados
  • 2 MHz- 29.4-90 grados
  • 3 MHz- 38.3-90 grados
  • 4 MHz- 43-90 grados
  • 5 MHz- 45.9-90 grados
modos de onda
Modos de onda
  • Un sector de las ondas viaja completamente como ondas de compresion.
  • Otras viajan inicialmente como ondas de compresion y luego experimentan conversion de modo a ondas de corte.
  • Algunas viajan toda la trayectoria como ondas de corte.
  • Utilizamos ondas longitudinales porque estas viajan al doble de las ondas de corte. Pocas veces se utiliza la informacion proveniente de la region del modo convertido para hacer mediciones, pero si para detectar.
presentacion en pantalla
Presentacion en Pantalla

LW

BW

Modo convertido bw

Zona de modo convertido

Volumen del material

a scan

Onda Lateral

Eco de fondo

BW

LW

Extremo Sup.

Extremo Inf.

A-Scan

Transmisor

Receptor

onda lateral
Onda Lateral
  • La onda lateral viaja a velocidad longitudinal y es siempre la primera en llegar. Para superficies curvas viaja en linea recta entre los dos trasductores. No es una onda superficial, es un lobulo lateral de la onda longitudinal.
  • El contenido de frecuencia de la LW es menor. El aumento del PCS produce una perdida pronunciada de la amplitud.
eco de fondo
Eco de fondo
  • Combination de energia reflejada y difractada.
  • Señal de elevada amplitud
modo convertido
Modo Convertido
  • Ocurre luego del Eco de fondo, por la menor velocidad de las ondas de corte.
  • Señales de alta amplitud
  • No es utilizado para mediciones.
  • En ocaciones los defectos cercanos a la superficie se pueden observar mejor en esta zona dado la mayor resolucion espacial.
porque trabajar en modo rf
Porque trabajar en modo RF?
  • Evaluar los cambios de fase
  • Una onda que viaja en un medio de alta impedancia acustica experimenta un cambio de fase de 180 grados, cuando es reflejada por una interfase de baja impedancia acustica (acero/aire).
difraccion en los extremos de grieta
Difraccion en los extremos de grieta

Si la ondaempieza en un ciclopositivo e incide en un defecto, la ondadifractadapor el extremo superior del defecto, actuacomosihubierasidoreflejadapor la superficie de fondo. Presenta un cambio de fase de 180 grados.

2. La ondaqueproviene del extremo inferior del defecto, actuacomosi lo bordeara sin experimentar un cambio de fase y se mantienepositivo.

La escoria y la porosidad son generalmentemuydelgadosparaproducir dos señales separadas.

visualizacion de la data

A-scan

LW

BW

Upper

surface

Back wall

Visualizacion de la data

D-scan

porque se utiliza una escala de grises
Porque se utiliza una escala de grises?
  • En las tecnicas basadas en pulso eco, se utilizan escalas a color (Cscan, Bscan, UTPA) basadas en la amplitud de la señal, siendo el rojo el color asociado a la maxima amplitud, dado que es el color donde el cerebro centra su atencion.
  • Dado que TOFD no esta basada en amplitud sino en tiempo de vuelo, se requiere prescindir nuestra preferencia por el color y analizar la informacion en tonos de gris.
visualizacion de la data1

White

+

-

Black

Visualizacion de la data

Amplitud

Tiempo

Tiempo

One A-scan picture is replaced by one gray-coded line

barridos tipicos tofd
Barridos tipicos TOFD
  • Se utilizan 2 barridos tipicos
    • Nonparallel: NOPARALELO los barridos son perpendiculares a la direccion del haz ultrasonico.
    • Parallel: PARALELO el barrido es paralelo a la direccion del haz ultrasonico.
barrido no paralelo
Barrido No-paralelo

Entalla

Orificio SDH

barrido no paralelo1
Barrido No-paralelo
  • Ubicar discontinuidades
  • Estimar la profundidad de la discont.
  • Longitud en el eje de
  • Existe un cierto valor de error en la medicion de la altura del defecto.
  • Rapida, facil de emplear, no requiere eliminar la corona.
  • Los transductores estan centrados con respecto al area de interes.
barrido paralelo
Barrido paralelo

Discontinuidad en la superficie de acople

barridos paralelos
Barridos paralelos
  • Preciso para determinar la profundad del defecto
  • Se asegura el ancho de la discontinuidad
  • Inclinacion (aprox.)
  • La amplitud de la señal es maxima cuando el defecto esta en el centro de los transductores (la distancia mas corta)
presentacion b scan
Presentacion-B-scan

Eje de barrido

Vista

otros tipos de barrido
Otros tipos de barrido
  • Doble Paso- utilizadocuandoesdificildetectar y discriminar los defectoscercanos a la superficie de acoplamiento.
otros tipos de barrido1
Otros tipos de Barrido
  • Non-paralelos excentricos
  • Utilizado si se sospecha que una discontinuidad se encuentra mas cerca de uno de los transductores y cercana a la superficie, la señal de la onda lateral y la señal de la discontinuidad esta muy cerca una de otra lo que produce una baja resolucion.
  • La resolucion puede ser mejorada realizando barridos excentricos. Los errores en la profunidad del defecto aumentan dependidendo de la posicion de la discontinuidad.
otros tipos de barrido2
Otros tipos de barrido
  • Barridos manuales sin encoder
  • Utilizados solo para detectar no para dimensionar
  • Aspectos limitantes:

Intervalo de muestreo no es constante -

Hay que marcar los intervalos sobre la superficie y trabajar en equipo. En el mejor de los casos la precision puede estar +/- 5mm

tofd ventanjas
TOFD Ventanjas
  • Imagen permanente B-scan Vista Lateral
  • Alta precision de dimensionamiento, altura del defecto, ligamento superior, ligamento inferior, etc. Aspecto critico para mecanica de la fractura.
  • Tecnica permite barridos rapidos
  • Deteccion es casi independiente de la orientacion del defecto
  • Basasa en Tiempo de Vuelo. Elimina los errores basados en amplitud.
  • TOFD puede dimensionar en altura con una precision de ±1 mm y ±0.3 mm en longitud.
  • Calibracion independiente de la configuracion del defecto
  • Amplia cobertura
tofd limitaciones
TOFD Limitaciones
  • Zonas de baja deteccion :
    • Superficie cercana Ancho de la onda lateral enmascara defectos en la zona. Puede mejorarse reduciendo el PCS, aumentando la frecuencia, utilizando sensores fuertemente amortiguados, y mediante herramientas de software (remocion de la onda lateral).
    • Eco de fondo Señal de alta amplitud, reflejada por el eco de fondo.
  • Las discontinuidades pequenas conectadas o cerca del fondo pueden no ser detectadas, este efecto puede ser mejorado aumentando el PCS y haciendo barridos excentricos.
  • No es facil clasificar el tipo de defecto en todas las situaciones Flaw classification limitation (some cases)-no simple amplitude criteria
  • Tecnica afectada por el ruido de grano
  • Se requiere considerable entrenamiento
  • Dificil ubicar bien el defecto en 3 dimensiones (los barridos paralelos pueden ayudar, se puede usar pulso eco complementario).
  • Indicaciones en el metal base pueden confundirse con indicaciones en la soldadura.
slide35

Existe un conjunto de puntos que dan los mismos valores temporales

Estos puntos equi-temporales, estan ubicados sobre una elipse cuyos focos estan en los puntos de salida de cada sensor

incertidumbre en la posicion del defecto

dmin

dmax

Incertidumbre en la posicion del defecto

S

S

Receiver

Transmitter

t1

t2

En la practica:

Maximo error en profundidad absoluta por debajo de 10%.

Error en el dimensionamiento de la altura de pequeños defectos es despreciable.

Cuidado con defectos pequeños cerca del eco de fondo

discontinuidades no detectadas zona de baja isonificacion
Discontinuidades no detectadas. Zona de baja Isonificacion

No detectada u obscurecida por el eco de fondo.

no linealidad en la profundidad
No linealidad en la Profundidad
  • Un incremento constante de 5us en profundidad (expresado en tiempo), podemos observer que el tiempo de transito desde el emisor al receptor, no esta espaciado de forma equidistante.
  • Esto causa una distorsión en la forma en que se presenta la imagen. Las indicaciones parecen estar mucho mas cerca de la superficie de lo que están en realidad. Calibraciones para determinar la profundidad real de la discontinuidad son muy importantes.

.

S

R

Tiempo de LW 50us

Profundidad en tiempo

5 us

10 us

15 us

20us

Total Time S to R

.99

haz 1=50.99us

2.85

haz 2= 53.85us

4.45

haz 3= 58.3us

5.73

haz 4= 64.03us

1

2

3

4

profundidad distorsion visual
Profundidad –Distorsion Visual

La falta de fusion esta casi en la mitad de la pieza (0.4 in) en una plancha de 1 inch, pero parece estar mas cerca de la superficie.

slide41

Resol. En funcion de la profundidad

A medida que aumenta la profundidad disminuye el error.

solucion recomendada
Solucion recomendada
  • TOFD: SI
  • No olvidar las ventajas del PULSO ECO convencional
  • SOLUCION: Hacer las dos cosas simultaneamente TOFD y PE, reduciendo la velocidad de la inspeccion.
  • Se pueden agregar canales de Pulso Eco para acceder a la raiz y a la corona de la soldadura.
solucion recomendada pv 100

PE 60 SW

TOFD

PE 45 SW

Solucion recomendada : PV-100

El sistema permite adquisicion simultanea y analisis (solo en bajo control de TOMOVIEW) de TOFD y PE

scanner arreglo requerimientos
Scanner/Arreglo Requerimientos
  • Absolutos-
  • Buen contacto con la superficie
  • Control absoluto del PCS
  • Garantizar desplazamiento recto

Recomendaciones

  • Ruedas magneticas para sistemas ferrosos.
  • Preamplificador
  • Suministro de acoplante
  • Reglas vernier para ajustar el PCS
  • Zapatas ajustables a superficies curvas
  • Sistema de cable umbilical
  • Transductores y zapatas soportados individualmente con maximo grado de libertad
  • Guias laser u otras
acoplante consideraciones
Acoplante Consideraciones
  • Agua es uno de los mejores
  • Suministro constante permite aplicacion homogenea que rellena irregularidades superficiales. IHC (irrigation, holes, carbides)
wedge considerations
Wedge Considerations
  • Prevenir desgaste, pines de carburo muy utiles en la parte inferior de la zapata (espaciamiento en el acople)
  • tipico- 0.2mm
  • Espaciamientos de ¼ y ½ longitud de onda deben ser evitados para evitar interferencia
analisis
Analisis
  • Caracterizacion clasica-
  • Ubicacion: Posicion en el eje de barrido
  • longitud
  • Profundidad y altura
  • tipo- superficial/conectada al DI, abierta/embebida
forma del defecto
Forma del defecto
  • Dada la forma del haz muchos defectos se observan curvados.
discontinuidades paralelas a la superficie
Discontinuidades paralelas a la Superficie
  • El tiempo de vuelo cuando las discontinuidades son paralelas a la superficie, presenta un minimo cuando las probetas están directamente encima de la discontinuidad. Las discontinuidades presentan una morfología parabolica en la imagen dada su relación espacial con el transductor y el haz sónico.

Flaw

diff. signals

signal

parabolic cursors
Parabolic Cursors

Para dimensionar el defecto evitando el sobredimensionamiento producido por el haz, se suelen utilizar cursors parabolicos. Luego de efectuar la calibración estos pueden ajustarse a los extremos del defecto para dimensionar las indicaciones en pantalla, reduciendo el efecto de la apertura del haz.

.

cursores parabolicos
Cursores Parabolicos

Para determinar la longitud de del defecto se ajusta la curvatura de los cursores a la curvatura de los extremos de la indicación en pantalla, de esta manera se contrarrestan los efectos de la apertura del haz.

Posicion del cursor de ref, en el eje de barrido al inicio de la discontinuidad.

dist. Entre los dos cursores en el eje de barrido

cursores parabolicos1
Cursores Parabolicos

Utilizando la informacion de fase en la señal RF el cursor puede ser posicionado en el punto de mayor amplitud de la indicación. Para determinar su longitud y altura.

Posicion del cursor de ref. en eje temporal (hasta la parte mas alta de la indicacion).

Distancia entre los dos cursores en el eje UT.

defectos abiertos a la superficie
Defectos abiertos a la superficie
  • Dado que solo se observa uno de los extremos de la indicacion, el eco de fondo o la onda lateral puede ser utilizada como referencia.
cursores parabolicos2
Cursores Parabolicos
  • Las indicaciones que se ajustan muy bien a los cursores parabolicos son poros con una longitud practicamente despreciable. Son por lo general poros o bordes de grano.
defectos tipicos barridos no paralelos

Defectos tipicos. Barridos No Paralelos

Grieta abierta a la superficie de acople

Grieta conectada a la superficie de fondo

Defecto horizontal planar

defecto horizontal planar falta de fusion entre pases laminaciones

Señal reflejada

Onda Lateral

Eco de fondo

BW

LW

Eco reflejado

Defecto Horizontal Planar(Falta de fusion entre pases, Laminaciones)

Receiver

Transmitter

upper surface breaking crack

Onda Lateral Bloqueada

Eco de fondo

EF

Extremo de la grieta

Upper Surface Breaking Crack

Receiver

Transmitter

Desaparece la OL

back wall surface breaking crack

Onda Lateral

Eco de fondo

OL

Ausencia Eco de fondo (no siempre!)

Extremo del defecto

Back Wall Surface Breaking Crack

Receiver

Transmitter

grieta cercana a la sup acople
Grieta cercana a la sup. acople

2

1

La grieta bloquea la Onda Lateral y el tip inferior se observa en el A-scan

penetracion inadecuada en la raiz
Penetracion inadecuada en la raiz

2

4

3

1

2

1

Se observan claramente las dos señales de los extremos del defecto

falta de penetracion
Falta de Penetracion

1

2

3

Fase invertida con respecto a la onda lateral

falta de fusion en un bisel
Falta de fusion en un bisel

1

2

3

4

Se observan las dos señales de los dos extremos

porosidad
Porosidad

1

2

Porosidad puede presentarse en forma individual o en clusters.

grieta transversal
Grieta Transversal

1

1

2

2

3

4

3

En la onda lateral podemos observar el efecto del ancho del haz en una grieta transversal.

concavidad en la raiz
Concavidad en la raiz

1

2

3

Distorsion del eco de fondo

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