BR112014028950B1 - método de ajuste de sensibilidade de detecção de defeitos e método de diagnóstico de anormalidades para sonda ultrassônica - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE AJUSTE DE SENSIBILIDADE DE DETECÇÃO DE DEFEITOS E MÉTODO DE DIAGNÓSTICO DE ANORMALIDADES PARA SONDA ULTRASSÓNICA. Trata-se de um método para ajustar a sensibilidade de detecção de defeito em uma sonda ultrassónica de arranjo. O método compreende: uma etapa de dispor um material de placa PI em oposição à sonda ultrassónica para que uma superfície superior do material de placa que tem a superfície superior e uma superfície de fundo aproximadamente paralelas uma à outra seja disposta para que esteja aproximadamente paralela a uma direção do arranjo dos transdutores 11, ou dispor um material tubular P2 em oposição à sonda ultrassónica para que uma direção axial do material tubular seja disposta para que esteja aproximadamente paralela à direção do arranjo dos transdutores; uma etapa de transmitir ondas ultrassónicas a partir de cada transdutor em direção à superfície superior do material de placa ou uma superfície externa do material tubular, e receber ecos da superfície de fundo do material de placa ou de uma superfície interna do material tubular em cada transdutor; e uma etapa de ajustar a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor de modo a equalizar substancialmente a intensidade de um eco recebido em cada (...).
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um método de ajustar apropriadamente a sensibilidade de detecção de defeito de uma sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados em uma determinada direção e um método de diagnosticar apropriadamente anormalidades na mesma.
[0002] Quando realizar detecção de defeitos com o uso de uma sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados em uma direção, cada um dos quais é fixado aos outros (citados como uma sonda ultrassónica de arranjo, doravante), m transdutores (n > m > 1) são selecionados dentre n transdutores (n > 2) incluídos na sonda ultrassónica de arranjo, e os transdutores selecionados transmitem ondas ultrassónicas em direção a um material de teste e os transdutores selecionados recebem ecos retornados desse material de teste. Os ecos recebidos nos transdutores respectivos dentre os transdutores selecionados são sintetizados, e a forma de onda sintetizada é usada para a detecção de defeitos no material de teste. Esse procedimento é executado repetitivamente através da mudança entre unidades diferentes dos transdutores selecionados. Consequentemente, é importante avaliar apropriadamente a sensibilidade relativa de cada transdutor e ajustar apropriadamente a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor, que é o grau de amplificação do sinal de eco. Especificamente, é importante ajustar a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor para que a intensidade de eco igual seja obtida dentre os transdutores respectivos se cada transdutor receber um eco com o mesmo defeito artificial.
[0003] Tal método de avaliação de uma sonda ultrassónica de arranjo ainda não é especificado pelo padrão JIS ou outros nos tempos presentes. Consequentemente, é comum avaliar o desempenho em conformidade com o padrão JIS a respeito do método de avaliação de desempenho de uma sonda normal de imersão com um único transdutor conforme descrito em Literatura de não Patente 1. Especificamente, esse método inclui um método para a avaliação de resposta de frequência com o uso de um eco de superfície de topo de uma espécie de placa achatada estabelecida na Seção 7.1, um método para a avaliação de sensibilidade relativa com o uso de um eco de superfície de topo de uma espécie de placa achatada estabelecida na Seção 7.3, e um método para a avaliação de perfil de feixe e características de amplitude de distância com o uso de uma esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm ou um fio de aço com um diâmetro de ψ 2,5 mm estabelecidos na Seção 8.5.1 de Literatura de não Patente 1, respectivamente.
[0004] Conforme mencionado acima, a detecção de defeitos com o uso de uma sonda ultrassónica de arranjo é realizada através da mudança entre unidades diferentes dos transdutores selecionados. Especificamente, na realização de detecção de defeitos com o uso de uma sonda ultrassónica de arranjo, a detecção de defeitos é conduzida em cada uma das diferentes unidades dos transdutores selecionados. Como um método de diagnóstico de anormalidades para uma sonda ultrassónica de arranjo, tal método foi praticado para conduzir a detecção de defeitos em um defeito artificial predeterminado em todas as unidades dos transdutores selecionados, e se a intensidade de uma forma de onda sintetizada resultada for mais do que um valor predeterminado permitido, sem anormalidade como mau funcionamento ocorrer nos transdutores da sonda ultrassónica de arranjo.
[0005] [Literatura de não Patente 1] JIS Z2350 "Method for measurement of performance characteristics of ultrasonic probes".
[0006] Infelizmente, os presentes inventores reconheceram que é difícil avaliar apropriadamente o desempenho de uma sonda ultrassónica de arranjo através do uso do método de avaliação de desempenho mencionado acima em conformidade com o padrão JIS. Especificamente, no método que usa um eco de superfície de topo de uma espécie de placa achatada, é difícil de avaliar apropriadamente a sensibilidade relativa e ajustar apropriadamente a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor, conforme descrito posteriormente. No método que usa uma esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm ou um fio de aço com um diâmetro de ψ 2,5 mm, é viável avaliar apropriadamente a sensibilidade relativa e ajustar apropriadamente a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor, conforme descrito posteriormente; mas os procedimentos exigidos para avaliação e o ajuste se tornam muito complicados. Consequentemente, é substancialmente difícil de trabalhar na detecção de defeito, particularmente em um estado no qual uma sonda ultrassónica de arranjo é instalada em uma linha de inspeção. Os presentes inventores reconheceram também que uma anormalidade de uma sonda ultrassónica de arranjo não pode ser detectada suficientemente simplesmente através do monitoramento de deterioração de intensidade de uma forma de onda sintetizada, conforme descrito no método de diagnóstico de anormalidades acima.
[0007] As dificuldades supracitadas podem ocorrer não apenas em uma sonda ultrassónica de arranjo, mas também em outra sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados na direção de uma sonda ultrassónica que tem múltiplas sondas com um único transdutor em alinhamento com outra.
[0008] Um objetivo da presente invenção, a qual foi feita a fim de resolver as dificuldades de acordo com a técnica convencional descrita acima, é fornecer um método de ajustar apropriadamente a sensibilidade de detecção de defeito de uma sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados em uma determinada direção e um método de diagnosticar apropriadamente anormalidades na mesma, particularmente para fornecer esses métodos aplicáveis mesmo em um estado no qual a sonda ultrassónica estiver instalada em uma linha de inspeção.
[0009] Os presentes inventores estudaram intensamente um método de ajustar apropriadamente a sensibilidade de detecção de defeito de sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados em uma determinada direção, e obtiveram a seguinte constatação e completaram a presente invenção: as características de distribuição de intensidade de eco dentre os transdutores respectivos no caso de recebimento de um eco de uma superfície de fundo de um material de placa ou uma superfície interna de um material tubular em cada transdutor é correspondente às características de distribuição de intensidade de eco dentre os transdutores respectivos no caso de recebimento de um eco com o mesmo defeito artificial em cada transdutor.
[0010] A fim de alcançar o objetivo, a presente invenção fornece um método para ajustar a sensibilidade de detecção de defeito em uma sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados em uma determinada direção, sendo que o método compreende: uma etapa de dispor um material de placa em oposição à sonda ultrassónica para que uma superfície superior do material de placa que tem a superfície superior e uma superfície de fundo que são aproximadamente paralelas entre si seja disposta para que esteja aproximadamente paralela a uma direção do arranjo dos transdutores, ou dispor um material tubular em oposição à sonda ultrassónica para que uma direção axial do material tubular seja disposta para estar aproximadamente paralela à direção do arranjo dos transdutores; uma etapa de transmitir ondas ultrassónicas a partir de cada transdutor em direção à superfície superior do material de placa ou uma superfície externa do material tubular, e receber ecos da superfície de fundo do material de placa ou de uma superfície interna do material tubular em cada transdutor; e uma etapa de ajustar a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor de modo a equalizar substancialmente a intensidade de um eco recebido em cada transdutor.
[0011] Conforme mencionado acima, as características de distribuição de intensidade de eco dentre os transdutores respectivos no caso de recebimento de um eco de uma superfície de fundo de um material de placa ou de uma superfície interna de um material tubular em cada transdutor ser correspondente às características de distribuição de intensidade de eco dentre os transdutores respectivos no caso de recebimento de um eco com o mesmo defeito artificial em cada transdutor. De acordo com a presente invenção, os transdutores respectivos transmitem ondas ultrassónicas em direção a uma superfície superior de um material de placa ou uma superfície externa de um material tubular, e ajusta a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor para que as intensidades de eco recebidas nos transdutores respectivos sejam substancialmente iguais umas às outras; assim, pode-se esperar que as intensidades de eco de ecos com os mesmos defeitos artificiais recebidos nos transdutores respectivos após o ajuste também sejam substancialmente iguais umas às outras. Em outras palavras, a presente invenção pode ajustar apropriadamente a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor incluído na sonda ultrassónica.
[0012] Os tamanhos respectivos do material de placa e do material tubular na direção do arranjo dos transdutores são preferencialmente iguais ou maiores do que o tamanho dos transdutores da sonda ultrassónica na direção do arranjo dos transdutores.
[0013] Nessa configuração preferencial, é desnecessário realizar relativa varredura do material de placa ou do material tubular através da sonda ultrassónica na direção do arranjo dos transdutores, e todos os transdutores podem receber um eco da superfície de fundo do material de placa ou da superfície interna do material tubular, o que facilita o ajuste da sensibilidade de detecção de defeito, e é particularmente adequado para o ajuste de uma sonda ultrassónica instalada em uma linha de inspeção.
[0014] Os presentes inventores estudaram intensamente um método de diagnosticar apropriadamente anormalidades de uma sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados em uma determinada direção, e obteve a seguinte constatação: se ocorrer mau funcionamento em qualquer transdutor dentre os transdutores selecionados, no qual uma função de transmitir e receber não funciona, a redução na largura de feixe eficaz dos transdutores selecionados em relação ao alvo de medição ocorre antes da redução na intensidade da forma de onda sintetizada de ecos do alvo de medição recebida nos transdutores respectivos do transdutor selecionado. Em um perfil de intensidade de uma forma de onda sintetizada de ecos obtida a partir do alvo de medição quando os transdutores selecionados realizarem a relativa varredura na direção do arranjo dos transdutores, a largura de feixe eficaz denota um comprimento de uma faixa na qual a intensidade da forma de onda sintetizada tem uma intensidade predeterminada ou maior (por exemplo, -6 dB na intensidade máxima de 0 dB).
[0015] Conforme ilustrado na Figura 1, no caso de possibilitar que a sonda ultrassónica 100 realize relativa varredura na direção vertical à direção do arranjo dos transdutores 11 (A Figura 1A ilustra a detecção de defeitos no material tubular, e a Figura 1B ilustra a detecção de defeitos no material de placa), se a largura de feixe eficaz for reduzida excessivamente, a largura de feixe eficaz de uma unidade dos transdutores selecionados S1 não sobrepõe aquela de sua unidade adjacente dos transdutores selecionados S2, de modo que uma lacuna entre as mesmas aja como uma região não testada na qual um defeito pode não ter sido detectado. O mesmo ocorre entre a unidade dos transdutores selecionados S2 e sua unidade adjacente dos transdutores selecionados S3.
[0016] Os presentes inventores obtiveram tal constatação de que a dificuldade descrita acima não pode ser suficientemente antecipada apenas através do monitoramento da redução na intensidade da forma de onda sintetizada de eco, pois tal redução na largura de feixe eficaz ocorre antes da redução na intensidade da forma de onda sintetizada de eco conforme descrito acima. Consequentemente, os presentes inventores consideraram que, a fim de diagnosticar apropriadamente anormalidades de transdutores apresentadas em todas as unidades dos transdutores selecionados, é importante determinar se a largura de feixe eficaz das mesmas é menor ou igual a um valor limite predeterminado ou não. Os presentes inventores completaram a presente invenção com base nas constatações acima.
[0017] A fim de alcançar o objetivo, a presente invenção fornece um método para diagnosticar anormalidades para uma sonda ultrassónica que inclui n transdutores (n > 2) alinhados em uma determinada direção, sendo que o método compreende a primeira e a segunda etapa a seguir.
[0018] Selecionar m transdutores (n > m > 1) dentre os n transdutores, transmitir ondas ultrassónicas a partir dos transdutores selecionados em direção a um alvo de medição, e receber ecos do alvo de medição nos transdutores selecionados.
[0019] Realizar relativa varredura de o alvo de medição através dos transdutores selecionados em uma direção do arranjo dos transdutores, e calcular uma largura de feixe eficaz dos transdutores selecionados em relação ao alvo de medição.
[0020] Executar repetitivamente a primeira etapa e a segunda etapa altemativamente através da mudança entre múltiplas unidades dos transdutores selecionados uma por uma.
[0021] Determinar, se alguma das larguras de feixe eficazes das múltiplas unidades dos transdutores selecionados obtidas na terceira etapa é menor ou igual a um valor limite predeterminado, que a anormalidade ocorre em uma unidade dos transdutores selecionados que tem a largura de feixe eficaz igual ou menor ao valor limite predeterminado.
[0022] De acordo com a invenção descrita acima, é possível diagnosticar aproximadamente anormalidades da sonda ultrassónica.
[0023] De acordo com a presente invenção, é possível ajustar apropriadamente a sensibilidade de detecção de defeito de uma sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados em uma determinada direção e diagnosticar apropriadamente anormalidades da sonda ultrassónica. Em particular, é possível ajustar a sensibilidade de detecção de defeito e diagnosticar anormalidades da sonda ultrassónica mesmo em um estado no qual a sonda ultrassónica esteja instalada em uma linha de inspeção.
[0024] As Figuras 1A e 1B ilustram um estado de realização de detecção de defeitos permitindo-se que uma sonda ultrassónica de arranjo realize relativa varredura em uma direção vertical a uma direção do arranjo de transdutores.
[0025] As Figuras 2A e 2B ilustram um exemplo de quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida no teste de feixe angular com o uso da sonda ultrassónica de arranjo.
[0026] As Figuras 3A a 3C ilustram um exemplo da quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito que foi exigida no recebimento dos ecos de superfície de topo partir do material de placa e do material tubular na sonda ultrassónica de arranjo.
[0027] As Figuras 4A e 4B ilustram um exemplo da quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida quando um eco da esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm for recebida na sonda ultrassónica de arranjo.
[0028] As Figuras 5A a 5C ilustram um exemplo da quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida no recebimento de ecos de superfície de fundo do material de placa e do material tubular por meio da sonda ultrassónica de arranjo.
[0029] A Figura 6 é uma vista explicativa para explicar o quê a largura de feixe eficaz significa.
[0030] A Figura 7 mostra um exemplo das relações entre a proporção de transdutores com mau funcionamento dentre os transdutores selecionados e a intensidade do eco recebido nos transdutores selecionados e a relação entre a proporção de transdutores com mau funcionamento dentre os transdutores selecionados e a largura de feixe eficaz dos transdutores selecionados.
[0031] A Figura 8 é um gráfico que mostra um exemplo do resultado da comparação entre os valores da largura de feixe eficaz medidos dos transdutores selecionados e os valores da largura de feixe eficaz calculados dos transdutores selecionados, os quais foram obtidos a partir de um cálculo numérico.
[0032] Doravante, o relatório descritivo será fornecido em uma modalidade da presente invenção com referência às gravuras anexadas.
[0033] Um método de ajuste de sensibilidade de detecção de defeitos de acordo com a presente modalidade é um método para ajustar a sensibilidade de detecção de defeito (grau de amplificação de um sinal de eco) de uma sonda ultrassónica de arranjo.
[0034] As Figuras 2A e 2B ilustram um exemplo de quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida no teste de feixe angular com o uso da sonda ultrassónica de arranjo. A Figura 2A é uma vista explicativa que explica o esboço do teste de feixe angular, e a Figura 2B mostra a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida para cada transdutor.
[0035] Especificamente, conforme ilustrado na Figura 2A, as ranhuras F1 e F2 são formadas em uma superfície superior e uma superfície de fundo de um material de placa P1 que tem a superfície superior e a superfície de fundo aproximadamente paralelas uma à outra. A sonda ultrassónica de arranjo 100 é disposta em oposição à superfície superior desse material de placa P1 com a direção do arranjo de transdutores 11 (oito transdutores #1 a #8) estabelecida para que seja inclinada. Então, todos os transdutores #1 a #8 transmitem onda ultrassónica em relação à superfície superior do material de placa P1 e todos os transdutores #1 a #8 recebem ecos das ranhuras F1 e F2. Nesse momento, o material de placa P1 passa por varredura nas direções direita e esquerda, de modo que os ecos das ranhuras F1 e F2 sejam recebidos em todos os transdutores #1 a #8.
[0036] A quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito representada pela ordenada da Figura 2B denota a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida para equalizar substancialmente a intensidade de um eco recebido em cada transdutor #1 a #8. Por exemplo, se a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito for 6 dB, significa que a sensibilidade de detecção de defeito (grau de amplificação de um sinal de eco) deve ser cerca de duas vezes mais forte que a sensibilidade de detecção de defeito antes da correção. Conforme aparente a partir da Figura 2B, as características de distribuição da intensidade de eco dentre os transdutores respectivos #1 a #8 antes de a sensibilidade de detecção de defeito ser corrigida são iguais entre a ranhura F1 na superfície de fundo e a ranhura F2 na superfície superior.
[0037] Os presentes inventores fizeram um teste de comparação entre o método de avaliação descrito acima que usa os defeitos artificiais e outros métodos de avaliação. Os presentes inventores estudaram um método que usa um eco de superfície de topo de um material de placa e um método que usa um eco de superfície de topo (superfície externa) de um material tubular (diâmetro externo de ψ 114 mm, espessura de parede de 7,5 mm), ambas em conformidade com o padrão JIS.
[0038] As Figuras 3A a 3C ilustram um exemplo da quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito que foi exigida no recebimento dos ecos de superfície de topo a partir do material de placa e do material tubular na sonda ultrassónica de arranjo. A Figura 3A é uma vista explicativa que explica o esboço do teste de avaliação com o uso de um eco de superfície de topo do material de placa; a Figura 3B é uma vista explicativa que explica o esboço do teste de avaliação com o uso de um eco de superfície de topo do material tubular; e a Figura 3C mostra a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida para cada transdutor.
[0039] Especificamente, no caso de uso de um eco de superfície de topo do material de placa, conforme ilustrado na Figura 3A, a sonda ultrassónica de arranjo 100 foi disposta para que a direção do arranjo dos transdutores 11 (oito transdutores #1 a #8) fosse oposta, aproximadamente em paralelo, à superfície do material de placa P1 que tem a superfície superior e a superfície de fundo aproximadamente paralelas uma à outra. Então, todos os transdutores #1 a #8 transmitem ondas ultrassónicas em relação à superfície superior do material de placa P1, e todos os transdutores #1 a #8 recebem ecos da superfície superior do material de placa P1.
[0040] Conforme ilustrado na Figura 3B, no caso de uso de um eco de superfície de topo do material tubular, a sonda ultrassónica de arranjo 100 foi disposta para que a direção do arranjo dos transdutores 11 (oito transdutores #1 a #8) fosse oposta, aproximadamente em paralelo, à direção axial do material tubular P2. Então, todos os transdutores #1 a #8 transmitem ondas ultrassónicas em relação à superfície externa do material tubular P2 e todos os transdutores #1 a #8 recebem ecos da superfície externa do material tubular P2.
[0041] A quantidade de correção de sensibilidade de detecção de regra representada pela ordenada da Figura 3C tem o mesmo significado que o ilustrado na Figura 2B, e denota a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida para equalizar substancialmente a intensidade de um eco recebido em todos os transdutores #1 a #8. Conforme aparente a partir da Figura 3C, as características de distribuição da intensidade de eco dentre os transdutores respectivos #1 a #8 antes de a sensibilidade de detecção de defeito ser corrigida foi igual entre o material de placa P1 e o material tubular P2. Deve-se observar a partir da comparação entre a Figura 3C e a Figura 2B que as características de distribuição da intensidade de eco na Figura 3C não são correspondentes às características de distribuição da intensidade de eco na Figura 2B. Isso significa que, mesmo se a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor #1 a #8 for ajustada em concordância com o resultado na Figura 3C, a intensidade de eco do eco dos defeitos artificiais recebido em cada transdutor #1 a #8 não pode ser substancialmente equalizada dentre os transdutores #1 a #8; ou seja, a sensibilidade de detecção de defeito não pode ser ajustada apropriadamente.
[0042] Os presentes inventores também estudaram no método mencionado acima que usa um eco de uma esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm estabelecido no padrão JIS.
[0043] As Figuras 4A e 4B ilustram um exemplo da quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida quando um eco da esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm for recebido na sonda ultrassónica de arranjo. A Figura 4A é uma vista explicativa que explica o esboço do teste de avaliação com o uso de um eco da esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm, e a Figura 4B mostra a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida para cada transdutor.
[0044] Especificamente, conforme ilustrado na Figura 4A, a sonda ultrassónica de arranjo 100 foi disposta em oposição à esfera de aço B com um diâmetro de ψ 4 mm, e ondas ultrassónicas foram transmitidas a partir dos transdutores respectivos #1 a #8 em direção à esfera de aço B com um diâmetro de ψ 4 mm, e os ecos da esfera de aço B com um diâmetro de ψ 4 mm foram recebidos nos transdutores respectivos #1 a #8. Nesse momento, qualquer uma dentre a sonda ultrassónica de arranjo 100 e a esfera de aço B com um diâmetro de ψ 4 mm foi movida para a varredura nas direções direita e esquerda na Figura 4A no momento apropriado para que a esfera de aço B com um diâmetro de ψ 4 mm estivesse situada imediatamente abaixo dos transdutores 11 que transmitem e recebem ondas ultrassónicas.
[0045] A quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito da ordenada na Figura 4B tem o mesmo significado que o ilustrado na Figura 2B, e denota a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida para equalizer substancialmente a intensidade de um eco recebido em todos os transdutores #1 a #8. Deve-se observar a partir da comparação entre a Figura 4B e a Figura 2B que as características de distribuição da intensidade de eco na Figura 4B são correspondentes às características de distribuição da intensidade de eco na Figura 2B. Isso significa que, se a sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor #1 a #8 for ajustada em concordância com o resultado na Figura 4B, a intensidade de eco de um eco dos defeitos artificiais recebido em cada transdutor #1 a #8 pode ser substancialmente equalizado. Infelizmente, qualquer uma dentre a sonda ultrassónica de arranjo 100 e a esfera de aço B com um diâmetro de ψ 4 mm deve ser movida para a varredura no momento apropriado, de modo que a esfera de aço B com um diâmetro de ψ 4 mm esteja situada imediatamente abaixo dos transdutores 11 que transmitem e recebem ondas ultrassónicas, o que toma o procedimento de avaliação complicado, e particularmente, é substancialmente difícil de trabalhar na detecção de defeitos com a sonda ultrassónica de arranjo instalada em uma linha de inspeção.
[0046] Os presentes inventores adicionalmente estudaram intensamente o método que usa um eco de superfície de fundo do material de placa e o método que usa um eco de superfície de fundo (superfície interna) do material tubular (diâmetro externo de ψ 114 mm, espessura de parede de 7,5 mm).
[0047] As Figuras 5A a 5C ilustram um exemplo da quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida no recebimento de ecos de superfície de fundo do material de placa e do material tubular por meio da sonda ultrassónica de arranjo. A Figura 5A é uma vista explicativa que explica o esboço do teste de avaliação com o uso de um eco de superfície de fundo do material de placa; a Figura 5B é uma vista explicativa que explica o esboço do teste de avaliação com o uso de um eco de superfície de fundo do material tubular; e a Figura 5C mostra a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida para cada transdutor.
[0048] Especificamente, no caso de uso de um eco de superfície de fundo do material de placa, conforme ilustrado na Figura 5A, a sonda ultrassónica de arranjo 100 foi disposta para que a direção do arranjo dos transdutores 11 (oito transdutores #1 a #8) fosse oposta, aproximadamente em paralelo, à superfície do material de placa P1 que tem a superfície superior e a superfície de fundo, que são aproximadamente paralelas uma à outra. Então, todos os transdutores #1 a #8 transmitiram ondas ultrassónicas em relação à superfície superior do material de placa P1, e todos os transdutores #1 a #8 receberam ecos da superfície de fundo do material de placa P1.
[0049] Conforme ilustrado na Figura 5B, no caso de uso da superfície de fundo eco do material tubular, a sonda ultrassónica de arranjo 100 foi disposta para que a direção do arranjo dos transdutores 11 (oito transdutores #1 a #8) fosse oposta, aproximadamente em paralelo, à direção axial do material tubular P2. Então, todos os transdutores #1 a #8 transmitiram ondas ultrassónicas em relação à superfície externa do material tubular P2, e todos os transdutores #1 a #8 receberam ecos da superfície interna do material tubular P2.
[0050] A quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito da ordenada na Figura 5C tem o mesmo significado que o ilustrado na Figura 2B, e denota a quantidade de correção de sensibilidade de detecção de defeito exigida para equalizar substancialmente a intensidade de eco de um eco recebido em todos os transdutores #1 a #8. Conforme aparente a partir da Figura 5C, as características de distribuição da intensidade de eco dentre os transdutores respectivos #1 a #8 antes de a sensibilidade de detecção de defeito ser corrigida foram iguais entre o material de placa P1 e o material tubular P2. Deve-se observar a partir da comparação entre a Figura 5C e a Figura 2B que as características de distribuição da intensidade de eco na Figura 5C são correspondentes às características de distribuição da intensidade de eco na Figura 2B. Isso significa que a intensidade de eco de um eco dos defeitos artificiais recebido em cada transdutor #1 a #8 pode ser substancialmente equalizado através do ajuste da sensibilidade de detecção de defeito de cada transdutor #1 a #8 em concordância com o resultado na Figura 5C, o que significa que a sensibilidade de detecção de defeito pode ser ajustada apropriadamente.
[0051] Com base nos estudos descritos acima, o método de ajuste de sensibilidade de detecção de defeitos de acordo com a presente modalidade inclui: uma etapa de dispor o material de placa P1 em oposição à sonda ultrassónica de arranjo 100 para que a superfície superior do material de placa P1 que tem a superfície superior e a superfície de fundo aproximadamente paralelas uma à outra seja disposta para que esteja aproximadamente paralela à direção do arranjo dos transdutores 11, ou dispor o material tubular P2 em oposição à sonda ultrassónica de arranjo 100 para que a direção axial do material tubular P2 seja disposta para que esteja aproximadamente paralela à direção do arranjo dos transdutores 11; uma etapa de transmitir ondas ultrassónicas a partir de cada transdutor 11 em direção à superfície superior do material de placa P1 ou à superfície externa do material tubular P2 e receber ecos da superfície de fundo do material de placa P1 ou da superfície interna do material tubular P2 em cada transdutor 11; e uma etapa de ajustar a sensibilidade de detecção de defeito (grau de amplificação de sinal de eco) de cada transdutor 11 de modo a equalizar substancialmente a intensidade de um eco recebido em cada transdutor 11.
[0052] No método de uso de um eco de superfície de topo do material de placa P1 e no método de uso de um eco de superfície de topo (superfície externa) do material tubular P2 (consulte a Figura 3), ambos em conformidade com o padrão JIS conforme descrito acima, as características de distribuição da intensidade de eco antes da correção não são equivalentes às da intensidade de eco antes da correção no teste de feixe angular (consulte a Figura 2); e no método de uso de um eco de superfície de fundo do material de placa P1 ou no método de uso de um eco de superfície de fundo (superfície interna) do material tubular P2 (consulte a Figura 5), as características de distribuição da intensidade de eco antes da correção é equivalente às da intensidade de eco antes da correção no teste de feixe angular (consulte Figuras 2). As razões para essas constatações podem ser concluídas conforme segue.
[0053] Na sonda ultrassónica de arranjo 100 das quais múltiplos transdutores 11 são fixados uns aos outros (os transdutores 11 nunca estão deslocados uns em relação aos outros), pode-se considerar que todos os transdutores 11 são levemente inclinados. Em particular, torna-se quase impossível alinhar a inclinação de todos os transdutores 11 em uma direção constante se houverem mais e mais transdutores 11 na sonda. Consequentemente, pode-se considerar que a orientação de ondas ultrassónicas transmitidas a partir de todos os transdutores 11 varia levemente. Quando realizar o teste de feixe angular, uma onda ultrassónica é refratada no ponto incidente dentro do material de teste e se propaga pelo interior do material de teste. Pode-se considerar que o ângulo de retração varia dependendo do ângulo incidente, e se a orientação da onda ultrassónica transmitida a partir de cada transdutor 11 variar dentre os transdutores 11, a variação na orientação de uma onda ultrassónica refratada no ponto incidente e que se propaga pelo interior do material de teste pode se tornar mais significativa dentre os transdutores respectivos 11. Isso pode resultar em variações mais significativas nas características de distribuição da intensidade de eco antes da correção.
[0054] De modo semelhante, no método de uso de um eco de superfície de fundo do material de placa P1 ou do material tubular P2, embora uma onda ultrassónica transmitida a partir de todos os transdutores 11 esteja em propagação através dos interiores ou do material de placa P1 ou do material tubular P2, a variação na orientação da onda ultrassónica se torna ampliada, o que resulta em maior variação nas características de distribuição da intensidade de eco antes da correção dentre os transdutores 11.
[0055] Ao contrário, no método de uso de um eco de superfície de topo do material de placa P1 ou do material tubular P2, um eco de uma onda ultrassónica transmitida a partir de todos os transdutores 11 é recebido antes de se propagar pelo interior do material de placa P1 e do material tubular P2 (ecos não refrativos), de modo que a variação nas características de distribuição da intensidade de eco antes da correção se torne menor em comparação com o caso de uso de um eco de superfície de fundo do mesmo.
[0056] O método de diagnóstico de anormalidades de acordo com a presente modalidade realiza o diagnóstico de anormalidades da sonda ultrassónica de arranjo que inclui n transdutores (n > 2).
[0057] Na detecção de defeitos com o uso da sonda ultrassónica de arranjo da presente modalidade, m transdutores (n > m > 1) são selecionados dentre os n transdutores, e ondas ultrassónicas são transmitidas a partir desses transdutores selecionados em direção a um alvo de medição, e ecos são recebidos do alvo de medição nos transdutores selecionados. Os ecos recebidos nos transdutores respectivos dentre os transdutores selecionados são sintetizados e essa onda sintetizada é usada para a detecção de defeitos no alvo de medição. Esse procedimento é executado repetitivamente em todas as unidades dos transdutores selecionados através da mudança entre diferentes unidades dos transdutores selecionados uma por uma.
[0058] O método de diagnóstico de anormalidades de acordo com a presente modalidade realiza o diagnóstico de anormalidades com base na determinação se a largura de feixe eficaz dos transdutores selecionados em relação ao alvo de medição é menor ou igual a um valor limite predeterminado ou não.
[0059] A Figura 6 é uma vista explicativa que explica o quê a largura de feixe eficaz significa.
[0060] O gráfico representado por uma linha sólida na Figura 6 mostra um exemplo de um perfil da intensidade de eco (intensidade de uma onda de ecos sintetizada) obtido a partir do alvo de medição que sofreu relativa varredura através dos transdutores selecionados na direção do arranjo dos transdutores (por exemplo, o alvo de medição passa por varredura através dos transdutores selecionados possibilitando-se que a sonda ultrassónica de arranjo realize mecanicamente a varredura do alvo de medição (se mova em relação ao mesmo)). Nesse perfil, a largura de feixe eficaz denota um comprimento em uma faixa na qual a intensidade de eco é uma intensidade predeterminada ou maior (por exemplo, -6 dB na intensidade máxima de 0 dB).
[0061] A Figura 7 mostra um exemplo das relações entre a proporção de transdutores com mau funcionamento dentre os transdutores selecionados e a intensidade do eco (intensidade de uma onda de ecos sintetizada) recebido nos transdutores selecionados e a relação entre a proporção de transdutores com mau funcionamento dentre os transdutores selecionados e a largura de feixe eficaz dos transdutores selecionados.
[0062] Especificamente, os transdutores com mau funcionamento foram simulados através do uso de 16 transdutores como os transdutores selecionados, e interrupção do fornecimento de tensão de transmissão (tensão de um sinal de pulso para transmitir ondas ultrassónicas a partir de cada transdutor) aos transdutores com mau funcionamento simulados, ou interrupção de inserção a um circuito de síntese de forma de onda (circuito para sintetizar sinais de eco recebidos nos transdutores respectivos) para sinais de eco recebidos nos transdutores com mau funcionamento simulados.
[0063] Uma esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm foi usada como o alvo de medição, e os transdutores selecionados foram dispostos em oposição à esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm, semelhante à maneira da Figura 4A. Em direção à esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm, ondas ultrassónicas foram transmitidas e recebidas nos transdutores diferentes dos transdutores com mau funcionamento simulados dentre os transdutores selecionados aproximadamente no mesmo momento, de modo a medir a intensidade da forma de onda sintetizada dos ecos. Além disso, os transdutores selecionados foram possibilitados de realizar relativa varredura na direção do arranjo dos transdutores, e um perfil da intensidade de eco (intensidade de forma de onda sintetizada de ecos) semelhante ao da Figura 6 foi calculado.
[0064] O procedimento mencionado acima foi executado repetitivamente com o uso de vários transdutores com mau funcionamento.
[0065] A intensidade de eco mostrada na Figura 7 denota a intensidade máxima no perfil da intensidade de forma de onda sintetizada de ecos calculada na maneira acima. A largura de feixe eficaz mostrada na Figura 7 é calculada com base no perfil calculado através das etapas acima.
[0066] Conforme mostrado na Figura 7, enquanto a quantidade dos transdutores com mau funcionamento é aumentada (a proporção de transdutores com mau funcionamento é aumentada), tanto a intensidade de eco quanto a largura de feixe eficaz tendem a ser reduzidas, mas a largura de feixe eficaz começa a ser reduzida antes de a intensidade de eco começar a ser reduzida. No exemplo da Figura 7, na proporção de transdutores com mau funcionamento de 25%, a largura de feixe eficaz é reduzida em 6 dB ou mais apesar de a intensidade de eco ser reduzida aproximadamente em apenas 2 dB.
[0067] Conforme descrito acima com referência à Figura 1, se a largura de feixe eficaz for reduzida excessivamente, a largura de feixe eficaz de uma unidade dos transdutores selecionados não sobrepõe a largura de feixe eficaz de sua unidade adjacente dos transdutores selecionados, de modo que uma lacuna entre as mesmas aja como uma região não testada na qual um defeito pode não ter sido detectado. Visto que tal redução na largura de feixe eficaz ocorre antes da redução na intensidade de eco conforme descrito acima, isso não pode ser suficientemente antecipado apenas através do monitoramento da redução na intensidade de eco. A fim de diagnosticar apropriadamente anormalidades da sonda ultrassónica de arranjo como um mau funcionamento de transdutores apresentado em todas as unidades dos transdutores selecionados, é importante determinar se a largura de feixe eficaz das mesmas é menor ou igual a um valor limite predeterminado ou não.
[0068] Com base nas constatações acima, o método de diagnóstico de anormalidades de acordo com a presente modalidade inclui a partir da primeira etapa à quarta etapa a seguir.
[0069] selecionar m transdutores (n > m > 1) dentre os n transdutores, transmitir ondas ultrassónicas a partir dos transdutores selecionados em direção ao alvo de medição, e receber ecos do alvo de medição nesses transdutores selecionados.
[0070] realizar relativa varredura do alvo de medição através dos transdutores selecionados na direção do arranjo dos transdutores, e calcular a largura de feixe eficaz dos transdutores selecionados em relação ao alvo de medição.
[0071 ] executar repetitivamente a primeira etapa e a segunda etapa alternativamente através da mudança entre as múltiplas unidades dos transdutores selecionados uma por uma.
[0072] se qualquer uma das larguras de feixe eficazes das unidades dos transdutores selecionados obtidas na terceira etapa for menor ou igual a um valor limite predeterminado, determinar que anormalidade ocorra na unidade dos transdutores selecionados que tem essa largura de feixe eficaz igual ou menor ao valor limite predeterminado.
[0073] Se a sonda ultrassónica de arranjo for instalada em uma linha de inspeção para conduzir o teste ultrassónico no material de placa ou no material tubular, a primeira etapa e a segunda etapa podem ser executadas através do emprego de qualquer um dos procedimentos a seguir (a) a (c).
[0074] (a) Desinstalar a sonda ultrassónica de arranjo da linha de inspeção para executar o teste ultrassónico e posicionar a sonda ultrassónica de arranjo em um tanque de água equipado com um mecanismo de varredura; transmitir e receber ondas ultrassónicas em relação ao alvo de medição (esfera de aço com um diâmetro de ψ 4 mm) no tanque de água, de modo a executar a primeira etapa; e possibilitar que a sonda ultrassónica de arranjo realize varredura na direção do arranjo dos transdutores com o uso do mecanismo de varredura, de modo a executar a segunda etapa.
[0075] (b) Posicionar o material de teste (como um material de placa) no qual um defeito artificial está formado na linha de inspeção com a sonda ultrassónica de arranjo instalada na linha de inspeção para executar o teste ultrassónico; transmitir e receber ondas ultrassónicas em relação a um defeito artificial formado no material de teste, de modo a executar a primeira etapa; e realizar relativa varredura do material de teste através da sonda ultrassónica de arranjo na direção do arranjo dos transdutores, de modo a executar a segunda etapa.
[0076] (c) Posicionar uma tubulação na qual um defeito artificial está formado na linha de inspeção de tal maneira que a direção axial do tubo fique disposta substancialmente paralela à direção do arranjo dos transdutores e a sonda ultrassónica de arranjo esteja instalada na linha de inspeção para executar o teste ultrassónico, e então transmitir e receber ondas ultrassónicas em direção ao defeito artificial no tubo, de modo a executar a primeira etapa; e transporte de forma espiral o tubo em sua direção axial ou realize a varredura no tubo através da sonda ultrassónica de arranjo em sua direção axial com o tubo girado em sua direção circunferencial, de modo a executar a segunda etapa.
[0077] Deve-se notar que o procedimento (a) não é prático se a sonda ultrassónica de arranjo não for prontamente desinstalada da linha de inspeção. Nos procedimentos (b) e (c), é desnecessário desinstalar a sonda ultrassónica de arranjo desinstalada da linha de inspeção, mas é necessário realizar na sonda ultrassónica de arranjo a relativa varredura do material de teste a fim de calcular a largura de feixe eficaz, o que complica o procedimento.
[0078] Um método de calcular pronta e relativamente a largura de feixe eficaz pode incluir tal método que prepara outra sonda ultrassónica de arranjo (sonda ultrassónica alternativa) como uma alternativa à sonda ultrassónica de arranjo para diagnosticar anormalidades (sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico) que está instalada na linha de inspeção, calcula a largura de feixe eficaz dessa sonda ultrassónica alternativa for a da linha de inspeção, e calcula (estima) a largura de feixe eficaz da sonda ultrassónica para o alvo de diagnóstico com base nesse valor calculado.
[0079] Especificamente, as anormalidades da sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico podem ser estimadas através da execução de: uma etapa de transmitir ondas ultrassónicas a partir dos transdutores respectivos incluídos na sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico e receber ecos do alvo de medição nesses transdutores; uma etapa de preparar uma sonda ultrassónica alternativa que tem a mesma configuração que a da sonda ultrassónica de arranjo para alvo de diagnóstico, transmitir ondas ultrassónicas a partir dos transdutores respectivos incluídos na sonda ultrassónica alternativa em direção ao alvo de medição, receber a intensidade de eco do alvo de medição nesses transdutores, e ajustar a sensibilidade de detecção de defeito e/ou a tensão de transmissão de cada transdutor incluído na sonda ultrassónica alternativa para que a intensidade de eco do alvo de medição recebida em cada transdutor da sonda ultrassónica alternativa seja igual à intensidade de eco recebida em cada transdutor incluído na sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico; e também executar a partir da primeira etapa à quarta etapa na sonda ultrassónica alternativa após o ajuste.
[0080] Uma sonda ultrassónica alternativa que tem a mesma configuração denota uma sonda ultrassónica que inclui pelo menos n transdutores e que têm substancialmente a mesma frequência de centro e a largura de transdutor na direção do arranjo como as da sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico.
[0081] De acordo com método supracitado, conforme descrito com referência à Figura 5A, se o alvo de medição for o material de placa P1, e o tamanho (tamanho na direção do arranjo dos transdutores incluídos na sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico) do material de placa P1 for igual ou maior do que a lateral (tamanho na direção do arranjo dos transdutores) da sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico, é simplesmente necessário transmitir ondas ultrassónicas a partir dos transdutores respectivos incluídos na sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico em direção à superfície superior do material de placa P1, e receber ecos da superfície de fundo do material de placa P1 nesses transdutores. Em outras palavras, é possível calcular de forma relativamente fácil (estimar) a largura de feixe eficaz da sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico no estado no qual a sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico estiver instalada na linha de inspeção e sem exigir que a sonda ultrassónica para alvo de diagnóstico realize relativa varredura para o propósito de calcular a largura de feixe eficaz.
[0082] Um método de calcular de forma relativamente fácil a largura de feixe eficaz pode incluir uma abordagem de cálculo numérico com o uso de software para analisar a propagação de uma onda ultrassónica (software para resolver uma equação de onda com o uso do método de elementos finitos). Tal software está disponível no mercado, e o software chamado de "ComWAVE"(TM) desenvolvida junto à ITOCHU TechnoSolutions Corporation pode ser aplicável a essa abordagem de cálculo.
[0083] Especificamente, é possível estimar anormalidades da sonda ultrassónica de arranjo através da execução de: uma etapa de transmitir ondas ultrassónicas a partir dos transdutores respectivos incluídos na sonda ultrassónica de arranjo em direção ao alvo de medição, e receber ecos do alvo de medição nesses transdutores; e uma etapa de calcular a intensidade de eco a partir do alvo de medição que deve ser recebido em cada transdutor da sonda ultrassónica de arranjo quando transmitir as ondas ultrassónicas a partir de cada transdutor incluído na sonda ultrassónica de arranjo em direção ao alvo de medição, analisar, por meio de software, a propagação das ondas ultrassónicas, e ajustar parâmetros que correspondem à sensibilidade de detecção de defeito e/ou a tensão de transmissão para cada transdutor para que um valor calculado e um valor medido da intensidade de eco recebido em cada transdutor sejam iguais um ao outro através do software; bem como executar o cálculo numérico que corresponde às etapas da primeira à quarta com o uso do software que tem os parâmetros ajustados.
[0084] A Figura 8 é um gráfico que mostra um exemplo do resultado da comparação entre os valores da largura de feixe eficaz medidos dos transdutores selecionados e os valores da largura de feixe eficaz calculados dos transdutores selecionados, os quais foram obtidos a partir do cálculo numérico descrito acima.
[0085] Os valores da largura de feixe eficaz medidos mostrados na Figura 8 foram medidos nas mesmas condições que os da descrição com referência à Figura 7. Os valores da largura de feixe eficaz calculados foram obtidos através da execução do cálculo numérico que corresponde à primeira etapa e à segunda etapa com o uso do software supracitado que tem os parâmetros ajustados.
[0086] Conforme ilustrado na Figura 8, os valores medidos e os valores da largura de feixe eficaz calculados são favoravelmente correspondentes uns aos outros; e deve-se observar que as anormalidades da sonda ultrassónica de arranjo podem ser também estimadas através do cálculo numérico. LISTA DE SÍMBOLOS DE REFERÊNCIA 11 Transdutor 100 Sonda ultrassónica (sonda ultrassónica de arranjo) P1 Material de placa P2 Material tubular
Claims (1)
1. Método para ajustar a sensibilidade de detecção de defeito em uma sonda ultrassónica que inclui múltiplos transdutores alinhados linearmente, sendo que o método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma etapa de dispor um material de placa em oposição à sonda ultrassónica para que uma superfície superior do material de placa que tem a superfície superior e uma superfície de fundo aproximadamente paralelas uma à outra seja disposta para que esteja aproximadamente paralela a uma direção do arranjo dos múltiplos transdutores, ou dispor um material tubular em oposição à sonda ultrassónica para que uma direção axial do material tubular seja disposta para que esteja aproximadamente paralela à direção do arranjo dos múltiplos transdutores; uma etapa de transmitir ondas ultrassónicas a partir de cada um dos múltiplos transdutores em direção à superfície superior do material de placa ou uma superfície externa do material tubular em uma direção perpendicular à superfície superior da superfície externa, e receber ecos da superfície de fundo do material de placa ou uma superfície interna do material tubular em cada um dos múltiplos transdutores; e uma etapa de ajustar a sensibilidade de detecção de defeito de cada um dos múltiplos transdutores de modo que as intensidades de um eco recebidas em cada um dos múltiplos transdutores sejam substancialmente iguais entre si, em que o método é realizado antes de um teste de feixe angular a ser realizado utilizando a sonda ultrassónica.
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