Inspeção ultrassônica de soldas circunferenciais em tubulações

Lidiane Souza

15/07/2024

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Inspeção ultrassônica de soldas circunferenciais em tubulações

Pipelines são parte integrante de todos os processos em todos os setores industriais do mundo. Transportando líquidos, gases e sólidos por meio de tubulações acima do solo, enterradas e submarinas, a condição da tubulação é essencial para a segurança e operação contínua dos processos dos quais ela faz parte.

A principal vulnerabilidade de um oleoduto está localizada nas juntas soldadas que conectam seções da linha. O processo de soldagem introduz zonas afetadas pelo calor (ZAC ou ZTA), que levam a mudanças estruturais no metal e enfraquecem a peça na área de solda; a resistência à fadiga é reduzida e a resistência e tenacidade podem ser afetadas.

Mecanismos de falha adicionais podem ser introduzidos durante o serviço, incluindo:

· Flutuações de temperatura

· Corrosão externa do ambiente ou água retida no revestimento

· Erosão do fluxo interno

· Ciclagem de alta pressão

· Vibração do sistema

· Dano mecânico

Existem métodos para mitigar esses problemas, mas a solda deve sempre ser considerada um ponto sensível e inspecionada regularmente para monitorar sua condição.

Figura 1 – Soldagem de tubulação e imagem no local da tubulação.Métodos de Inspeção

Há vários métodos de inspeção para avaliar soldas de dutos, incluindo métodos de superfície como inspeção visual, de partículas magnéticas, de líquido penetrante e de correntes parasitas, que apenas informam o inspetor sobre a condição da superfície e leve subsuperfície da solda. A inspeção volumétrica completa requer métodos ultrassônicos (UT) ou radiografia (RAD).

UT tem muitas vantagens em relação a RAD, sendo as principais:

UT não produz risco de radiação e pode ser realizada em conjunto com outros funcionários; este é um processo mais seguro do que a radiografia e significa que o local não precisa estar livre de trabalhadores para que a inspeção ocorra.
O UT é sensível a pequenos defeitos, o que o torna uma ótima aplicação para tubulações mais finas, mas também é aplicável para materiais mais espessos.

Figura 2 – Inspeção ultrassônica de soldas de topo em seções de tubos.

Desafios de inspeção de soldas de topo circunferenciais

A geometria de solda circunferencial mais comum é tubo a tubo, ambos os lados são do mesmo material e da mesma espessura, mas nem sempre é o caso, uma seção de tubo pode ser soldada a conexões como curvas, redutores, tês e flanges que podem ter espessuras diferentes, feitos de materiais fundidos e ter acessórios restringindo o acesso para inspeção. Todos esses são pontos a serem considerados ao escolher o método ultrassônico correto para a inspeção.

Figura 3 – Exemplos de configurações de solda de topo que podem ser encontradas

Tipos de inspeção ultrassônica

Inspeção Ultrassônica Convencional (UT)

A UT utiliza transdutores de cristal simples ou duplo em configurações de feixe simples para inspecionar uma solda. Os transdutores são ajustados para produzir ângulos específicos conhecidos no material (geralmente 0°, 45°, 60° e 70°, mas outros ângulos podem ser usados). Na varredura manual ou o movimento do transdutor na superfície garante a cobertura da solda, os sinais de retorno são interpretados pelo inspetor para detectar e dimensionar defeitos.

Veja nossa nota de aplicação de inspeção de solda de topo (pdf, 2,4 MB) para obter mais informações.

Figura 4 – Exemplo de como a UT convencional interage e exibe um defeito

Phased Array (PA)

Uma inspeção PA é realizada usando um transdutor contendo múltiplos elementos individuais em uma matriz. Esses elementos são pulsados individualmente ou em grupos para criar um feixe que pode ser direcionado e focado dependendo dos requisitos da inspeção. A inspeção PA pode inspecionar volumes de solda completos em uma única varredura ou interrogar áreas específicas de uma solda e produz um arquivo de dados gravados com visualizações que podem ser manipuladas para auxiliar na interpretação.

Figura 5 – Exemplos de como um PA S-Scan interage com defeitos

Método de captura de matriz completa/foco total (FMC/TFM)

FMC é uma forma de captura de dados utilizando transdutores PA, elementos individuais são pulsados, e dados A-scan são registrados por cada um dos elementos restantes, esse processo é repetido para cada elemento, criando um grande conjunto de dados. TFM é um método de processamento e exibição de um conjunto de dados FMC, uma área de interesse é escolhida como um conjunto de resolução. FMC pega cada pixel nesta área e calcula a média do número total de A-scans para este pixel, criando um novo A-scan. Como esta é a média de 100s ou 1000s de A-scans, ele reduz o ruído e é focado neste pixel. Repetir isso para cada pixel cria uma visualização onde a varredura é focada em cada pixel na área.

Figura 6 – exemplo de exibição de detecção de defeitos de PA (esquerda) e TFM (direita)

Tempo de Percurso da Onda Difratada (Time of Flight Diffraction-ToFD)

O TOFD utiliza dois transdutores separados e voltados um para o outro em uma formação pitch-catch. Um transdutor envia um pulso para o material e o outro recebe. Em vez de usar reflexões de defeitos e exibir resultados como profundidade de reflexão ou caminho do feixe, o TOFD detecta “sinais de difração de ponta” que são muito mais fracos e exibe resultados em tempo de percurso. Isso fornece uma técnica que tem alta precisão para profundidade de defeito e altura de parede e é frequentemente usada em cálculos para mecânica de fratura.