ES2223057T3 - Dispositivo para verificar materiales ferromagneticos. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO PARA PRUEBA DE MATERIALES FERROMAGNETICOS, TALES COMO CONDUCCIONES TUBULAR O SIMILAR, EN LO QUE RESPECTA A FALLOS, GRIETAS, CORROSION O SIMILAR, CON AL MENOS UN IMPULSO DE CORRIENTE DE ALTA FRECUENCIA QUE SIRVE PARA APLICACION EN UNION CON UN CAMPO MAGNETICO EN LA IMPULSION Y/O DETECCION MEDIANTE ONDAS DE ULTRASONIDO EN LAS PAREDES DEL MATERIAL, ASI COMO UN CONVERTIDOR DE ULTRASONIDOS ELECTROMAGNETICOS CONFIGURADO EN EL SISTEMA MAGNETICO QUE GENERA EL CAMPO MAGNETICO, CARACTERIZANDOSE DE TAL MODO, QUE EL CONVERTIDOR DE ULTRASONIDOS SE DISPONE ENTRE LA ZONA POLAR DE POLARIDADES DIFERENTES DE UNA DISPOSICION MAGNETICA ADICIONAL, QUE GENERA EN LAS PAREDES DEL MATERIAL UN CAMPO PREVIO MAGNETICO.

Description

Dispositivo para verificar materiales ferromagnéticos.

La invención se refiere a un dispositivo para verificar materiales ferromagnéticos tales como conducciones de tubería o similares, en busca de la presencia de defectos, grietas o similares, con por lo menos un transductor ultrasónico electromagnético que tiene por lo menos una bobina de corriente de alta frecuencia usada junto con un campo magnético para excitar y/o detectar ondas ultrasónicas en las paredes del material y al menos un sistema magnético que produce el campo magnético.

Una verificación de un material sin destruirlo puede producirse mediante ultrasonidos empleándose un oscilador piezoeléctrico, del cual parten ondas ultrasónicas que mediante un medio de acoplamiento, como por ejemplo agua, se conducen hasta la pieza de trabajo. Sin embargo, para verificar gaseoductos con ultrasonidos en busca, por ejemplo, de defectos del tipo de grietas en un lado exterior del tubo, sólo puede emplearse, en principio, un acoplamiento seco en el lado interior del tubo, por ejemplo mediante ondas de aire, excitación de ultrasonidos mediante láser o excitación electromagnética de ultrasonidos.

Del documento DE-OS 35 11 076 se conoce, por ejemplo, un denominado diablo de verificación para verificar y vigilar, sin destruirlas, paredes de conducciones de tubería de material ferromagnético, en el que para detectar zonas debilitadas de la pared debido a la corrosión desde el exterior o desde el interior y similares se utiliza un campo magnético, generado allí por un sistema de medición de campos de dispersión para excitar electrodinámicamente ultrasonidos y para medir el flujo de dispersión. Un elemento de diablo está provisto de electroimanes distribuidos uniformemente por su perímetro, cada uno de los cuales presenta dos cabezas medidoras dispuestas en alineación axial entre sí, un puente que une las cabezas medidoras y una bobina de magnetización sobre estas cabezas de medición. El campo de cada uno de los electroimanes discurre paralelo al eje medio de la tubería. Para la medición ultrasónica se halla una bobina de entrehierro dispuesta directamente por lo menos en un polo o cabeza de medición, a la que se aplican impulsos de corriente fuertes y de flancos empinados. Se registra y evalúa el tiempo de tránsito de las ondas ultrasónicas generadas en el material mediante estos impulsos de corriente junto con el campo magnético activo en la zona de la pared del material. En la utilización de un diablo de verificación de este tipo es desventajoso el ruido del efecto Barkhausen producido con el movimiento de la cabeza de medición provista de la bobina de alta frecuencia. Este ruido se produce cuando las zonas de Weiss del material ferromagnético cambian repentinamente a su nueva posición de equilibrio debido al gran cambio del campo magnético. Con ello se induce una corriente que con ayuda de un amplificador puede escucharse en forma de chasquido en un altavoz. Con los cambios sucesivos y muy rápidos del campo se produce incluso un ruido chisporroteante. La separación señal-ruido es demasiado pequeña como para hacer posible una medición fiable.

Desventajas similares surgen también en otros dispositivos de verificación ultrasónica conocidos con anterioridad, que disponen transductores electromagnéticos dentro del puente de un electroimán que genera un campo magnético alterno paralelo a la superficie del material de trabajo. Dispositivos correspondientes se han publicado en los documentos EP 0 440 317 A1 y DE 42 28 426 C1. Los dispositivos de este tipo requieren además un suministro adicional de energía para esta disposición de los imanes y, además, un disparo de todo el sistema para desencadenar así el impulso emisor de manera coordinada con el campo alterno de magnetización previa.

En el caso de otros transductores electromagnéticos conocidos que se utilizan para la verificación ultrasónica y para la caracterización de materiales conductores eléctricos, que se describen por ejemplo en el documento EP-A-0 609 754, hay previstos por lo menos dos series de imanes permanentes con polarización alternante y una bobina HF dispuesta por debajo para excitar ondas transversales de polarización horizontal (SH). También en el caso de estos transductores ultrasónicos, al hacer la verificación dinámica de materiales ferromagnéticos hay que fijar un fondo de ruido más elevado, es decir, una reducción del área dinámica útil, ya que con el movimiento del transductor ultrasónico electromagnético sobre los componentes ferromagnéticos aparece igualmente el ruido de Barkhausen, debido al continuo cambio de magnetización de los momentos magnéticos dentro de cada uno de los dominios del material. La intensidad de este ruido es de hasta 25 dB según la velocidad de exploración.

La invención tiene por lo tanto como objetivo, evitando las desventajas anteriormente citadas, crear un dispositivo del tipo mencionado al principio con una distancia señal-ruido suficiente, mediante el que se pueda eliminar el ruido de Barkhausen en el movimiento del transductor ultrasónico electromagnético sobre los materiales ferromagnéticos.

Según la invención, el citado objetivo se consigue por medio de un dispositivo para verificar materiales ferromagnéticos del tipo mencionado al principio, que presenta además las características de la reivindicación 1.

Mediante la configuración según la invención, el transductor ultrasónico que se encarga como tal de excitar ultrasonidos en el material que hay que inspeccionar se rodea de una disposición de imanes de tal manera que la pared del material, con el movimiento del transductor ultrasónico por encima de ella, se magnetiza previamente en las zonas que hay que verificar antes de la llegada del transductor, de tal manera que ya no se produce el cambio de magnetización o el cambio de los momentos debido a la acción del transductor ultrasónico en esta zona. Mediante la disposición según la invención, por consiguiente, se consigue una magnetización previa horizontal y homogénea de la pared del material que hay que verificar. Ya que mediante la utilización de la unidad de magnetización de campo previo adicional la pared del material se magnetiza antes de la llegada del transductor ultrasónico en la correspondiente zona hasta casi la saturación magnética, debido al propio transductor ultrasónico no se produce con el movimiento del transductor ultrasónico ninguna modificación del campo magnético en la pared del material que produzca magnetización, es decir, cambio, que induzca una corriente causante del ruido de Barkhausen.

La disposición de los imanes está formada según la invención por imanes permanentes que presentan, como mínimo dos áreas polares de diferente polaridad. Mediante imanes permanentes lo suficientemente intensos de este tipo se puede generar un campo magnético previo horizontal y estático donde, debido a la magnetización hasta casi la saturación magnética, se suprime de manera fiable la aparición del ruido de Barkhausen. Ya que aquí tampoco hay ningún hueco de medición, como sucede al utilizar imanes de corriente alterna, puede trabajarse con una velocidad de exploración elevada de hasta 1 a 2 m/sec. Esto no es posible con los transductores convencionales sin la magnetización de un campo previo.

Puesto que el transductor ultrasónico está dispuesto preferentemente en posición intermedia entre las zonas polares de la disposición adicional de imanes, ésta se encuentra en la zona homogénea del campo previo durante la verificación mediante excitación de ultrasonidos, de tal manera que puede aislarse de manera fiable la acción sobre los momentos en la pared del material. El transductor ultrasónico sirve sólo para excitar ultrasonidos y para recibirlos y la disposición de imanes adicional sólo para la magnetización del campo previo en la pared del material.

En una configuración preferida está previsto que el transductor ultrasónico sirva para la excitación/generación de ondas transversales de polarización horizontal, llamadas también ondas SH, en el material que hay que verificar. Las ondas transversales de polarización horizontal de este tipo presentan, a diferencia de las ondas transversales de polarización vertical (ondas SV), la ventaja de que el llamado primer modo de las ondas SH no muestra ninguna dispersión, o sea que no reaccionan a mayores espesores de pared y a revestimientos del material que hay que analizar. Si se utilizan las llamadas ondas SV para la verificación de piezas de trabajo de pared gruesa, como conducciones de tubería, que presentan un espesor de entre 6 y 20 mm, se excitan diferentes modos Lamb, siendo estos modos muy dispersivos, de tal manera que no hay un gran alcance. Pero dado que precisamente los gaseoductos en especial están revestidos de betún con fines de aislamiento, la utilización de ondas transversales de polarización vertical tendría un efecto negativo. Además, en la reflexión de las ondas SH no se produce ninguna transformación de modo en la superficie limítrofe, mientras que sí sucede en el caso de las ondas SV. En especial, la componente normal de las ondas SV puede desviarse en un entorno acuoso, con lo cual se falsea el resultado de la medición.

Si hay que utilizar el dispositivo según la invención para la verificación de gaseoductos mediante ultrasonidos en busca de, por ejemplo, defectos del tipo de grietas en el lado exterior de la tubería, está previsto preferentemente que haya dispuestos transductores ultrasónicos electromagnéticos entre las zonas polares o zapatas polares de una unidad de medición de magnetización que sirve para medir el flujo de dispersión. Los sistemas de imanes de este tipo que sirven para medir el flujo de dispersión se conocen, por ejemplo, del documento DE-OS 35 11 076, como componente del llamado diablo de verificación. Sin embargo, hasta la fecha, para la generación de ondas ultrasónicas se emplean bobinas de corriente de alta frecuencia en una de las zonas polares. Pero conforme al dispositivo según la invención, el transductor ultrasónico electromagnético se dispone en sentido axial o periférico de la pared de la tubería que hay que verificar entre los polos de distinta polaridad del sistema de imanes de flujo de dispersión, siendo entonces posible de manera sorprendentemente sencilla y ahorradora de espacio una medición ultrasónica suprimiendo al mismo tiempo el ruido de Barkhausen. El necesario campo magnético previo estático y horizontal se genera mediante sistemas de imanes de flujo de dispersión ya dispuestos en el diablo de verificación. Horizontal significa aquí que el campo previo discurre esencialmente paralelo a la pared de la tubería en sentido axial y periférico.

Para ajustar el punto de trabajo del transductor ultrasónico electromagnético se utiliza preferentemente la magnetización estática previa de la pared del material generada por la polaridad de la disposición de imanes adicional que es distinta a través de las zonas de los polos.

En una configuración preferida está previsto que las zonas polares o zapatas polares de diferente polaridad de la disposición de imanes adicional, que recogen entre ellas al transductor ultrasónico electromagnético, estén dispuestas axialmente paralelas con respecto al material que hay que verificar, en especial una conducción de tubería o similar. Los sistemas de imanes de este tipo al mismo tiempo, además de para la magnetización estática previa o la renovación de un campo previo, sirven preferentemente para detectar mediante los correspondientes sensores el campo de dispersión que resulta de grietas o aberturas que discurren transversal u oblicuamente al sentido axial de la tubería. Pero es igualmente o al mismo tiempo posible prever el transductor ultrasónico electromagnético entre dos zonas polares o zapatas polares de diferente polaridad de una disposición de imanes adicional o de un sistema de imanes de flujo de dispersión, que esté dispuesto en el sentido periférico del material que hay que verificar, en especial de una conducción de tubería o similar. Mediante sistemas de imanes de este tipo, y con una magnetización estática previa simultánea, se registran entonces las grietas longitudinales de las conducciones de tuberías o la pared del material. Para la excitación electromagnética de ultrasonidos en la pared del material suprimiendo al mismo tiempo el ruido de Barkhausen únicamente es necesario que la magnetización previa de las paredes del material que hay que verificar se produzca mediante un campo magnético previo, estático y de curso horizontal. El que se produzca en sentido axial o periférico carece de importancia para la medición.

En otra configuración preferida está previsto que los transductores ultrasónicos electromagnéticos estén dispuestos de tal manera en el sentido del campo magnético del campo previo entre las zonas polares o las zapatas polares de diferente polaridad del sistema de imanes adicional, que su sentido de radiación sea perpendicular o paralelo al sentido del campo previo. Esto es posible haciendo que la excitación de las ondas transversales de polarización horizontal en la pared del material que hay que verificar se produzca sólo mediante el transductor ultrasónico electromagnético y no mediante la combinación de una bobina de alta frecuencia con, por ejemplo, una unidad de magnetización de flujo de dispersión/de medición. La disposición de imanes adicional sirve por lo tanto exclusivamente para generar el fuerte campo magnético previo, estático y horizontal necesario para suprimir el ruido de Barkhausen así como, en el caso de una unidad de flujo de dispersión, para detectar mediante la medición del campo de dispersión saliente grietas que discurran longitudinal y axialmente.

Las bobinas de alta frecuencia de los transductores ultrasónicos electromagnéticos pueden ser bobinas con entrehierro, estando configuradas estas bobinas de entrehierro preferentemente como bobinas planas con arrollamientos que discurren en forma de meandros.

El transductor ultrasónico electromagnético para excitar y recibir ondas transversales de polarización horizontal (ondas SH) se forma por lo tanto, según la invención, mediante una disposición de segmentos de imanes permanentes con polarización alternante y por lo menos con una bobina HF dispuesta por debajo de los segmentos de imanes permanentes. Por lo tanto, la excitación de ondas transversales de polarización horizontal en la pared del material que hay que verificar se produce sólo mediante el propio transductor ultrasónico electromagnético. Utilizando una sucesión de segmentos de imanes permanentes de polaridad alternante y una bobina HF dispuesta debajo de ellos para excitar las ondas SH, la zona de acción de los campos magnéticos generados por los pequeños imanes permanentes se limita a la zona que hay directamente por debajo de los imanes, o sea la bobina HF, y esencialmente a la superficie de la pared que hay que verificar, de tal manera que estos campos en modo alguno actúan contra el fuerte campo de magnetización previa, o sea que no puede producirse ningún proceso de cambio de magnetización en la pared y, con ello, se suprime de manera segura el ruido de Barkhausen. Además, esta construcción de un transductor ultrasónico electromagnético, frente a una bobina de alta frecuencia que está dispuesta entre las zonas polares de un imán en forma de U, presenta la ventaja de que al excitar ondas SH en el material no se produce sólo una excitación puramente magnetostrictiva de estas ondas SH. La excitación magnetostrictiva depende en cierta medida de las características del material, de tal manera que la excitación debe controlarse exactamente con un gran esfuerzo para no obtener señales falseadas. Mediante una disposición de segmentos de imanes permanentes de polaridad alternante y por lo menos una bobina de alta frecuencia dispuesta por debajo de estos últimos, los transductores ultrasónicos electromagnéticos formados únicamente podían utilizarse hasta la fecha para la verificación estática de piezas de trabajo ferromagnéticas y para paredes, puesto que en el caso de un movimiento especialmente rápido sobre la pieza que hay que verificar se producía el ruido de Barkhausen ya ampliamente descrito.

En un perfeccionamiento está previsto que el transductor ultrasónico electromagnético presente una disposición de dos hileras de imanes permanentes de polaridad alternante, sobre la que hay arrollada una bobina rectangular. La bobina de alta frecuencia está dispuesta preferentemente de tal manera por debajo de las hileras de imanes permanentes de polaridad alternante, que elementos de bobina de alta frecuencia del mismo sentido de corriente están asignados a hileras de imanes permanentes de la misma sucesión de polaridad. La aplicación de corrientes de alta frecuencia a una bobina de alta frecuencia o rectangular dispuesta de esta manera genera entonces, en el material ferromagnético que hay que verificar, corrientes parásitas, cuyo modelo equivale esencialmente al de las corrientes de la bobina de alta frecuencia. Por medio de la interacción entre estas corrientes parásitas y los campos magnéticos generados por los segmentos de imanes permanentes actúan en el material fuerzas de Lorenz directas perpendicularmente a las corrientes parásitas y perpendiculares al campo magnético aplicado. Al presentar los segmentos vecinos entre sí de una serie de segmentos de imanes permanentes distinta polaridad entre sí, se generan así fuerzas de cizallamiento de sentido cambiante que conducen a la excitación de ondas SH en el material. Ya que, debido a la orientación y disposición de la bobina de alta frecuencia por debajo de las hileras, las fuerzas que así actúan de las hileras de segmentos de imanes permanentes vecinos tienen el mismo sentido, a través de las fuerzas de Lorenz actuantes se puede conseguir de manera óptima una desviación de las partículas en el material ferromagnético de modo que se da lugar a una excitación directa de ondas ultrasónicas con una característica direccional de dos lados que se orienta simétricamente con respecto al centro del transductor. A diferencia de una excitación magnetostrictiva de ondas ultrasónicas, en esta excitación a través de fuerzas de Lorenz no existe ninguna dependencia con respecto a los materiales utilizados, de tal manera que desaparecen las desventajas ligadas a la excitación magnetostrictiva. Puesto que se utiliza ahora una matriz de segmentos de imanes permanentes con elementos de bobina de alta frecuencia dispuestos debajo de la correspondiente sucesión de segmentos de un imán, se "irradian" ondas transversales de polarización horizontal a ambos lados del transductor ultrasónico electromagnético, de tal manera que no es posible asignar señales individuales a un sentido de irradiación, es decir, una localización unívoca de un defecto de material producido estando en una posición fija el transductor ultrasónico electromagnético.

Por lo tanto, en otra forma de realización está previsto que el transductor ultrasónico electromagnético conste por lo menos de dos juegos de imanes permanentes de distinta polaridad distribuidos direccionalmente a modo de un tablero de ajedrez, y cada uno de ellos dispuesto por debajo de estos elementos de bobina de alta frecuencia. En esta forma de realización, por lo tanto, el transductor ultrasónico global se distribuye en varios juegos de segmentos de imanes y segmentos de bobina de alta frecuencia, a los que se aplican preferentemente señales temporalmente retrasadas. Este transductor funciona por el principio de una Phased Array. Esta técnica se basa en el principio de la superposición de ondas individuales para dar una onda resultante. Es decir, que la superposición de las distintas ondas generadas por las diferentes bobinas del transductor genera, como onda resultante, la onda de ultrasonido del tipo deseado. Mediante la emisión y recepción de las ondas de ultrasonido a través de varios emisores y receptores con excitación precisa del transductor en fase exactamente desplazada, se consigue que con un desfase ajustado con precisión surjan interferencias constructivas y destructivas exactas. Mediante esta forma de realización preferida puede ajustarse entonces la deseada relación adelante-atrás.

En otra forma de realización está previsto que el transductor ultrasónico electromagnético presente una disposición de por lo menos cuatro hileras de segmentos de imanes permanentes de polaridad alternante, estando dos hileras vecinas de segmentos de imanes permanentes desplazadas a lo largo de su eje longitudinal un cuarto de la periodicidad de los imanes permanentes individuales de cada hilera, y estando previsto para cada una de las disposiciones vecinas de imanes permanentes una bobina de alta frecuencia propia. Ya que a las dos bobinas de alta frecuencia se les pueden aplicar señales desfasadas 90º, es posible formar una característica direccional unilateral de las ondas transversales de polarización horizontal de alta calidad generadas mediante las fuerzas de Lorenz, con una excelente eliminación de las ondas de sonido parásitas en el material ferromagnético que hay que verificar. Las dos ondas irradiadas también aquí de modo unidireccional interfieren en una dirección de forma constructiva y se extinguen en la otra dirección. De este modo, puede conseguirse la deseada relación adelante-atrás, a lo que contribuye en un perfeccionamiento que las dos bobinas de alta frecuencia sean intercalables entre sí.

Mientras que en las anteriores formas de realización se utilizan bobinas de entrehierro que están dispuestas por debajo de los segmentos de imanes permanentes de polaridad cambiante/alternante, otra forma de realización se caracteriza por una bobina de alta frecuencia arrollada sobre un núcleo conductor magnético. El núcleo se trata preferentemente de un núcleo de banda anular que rodea parcialmente una disposición de varias hileras de imanes permanentes de polaridad alternante. En esta forma de realización, las corrientes parásitas necesarias para excitar los sonidos se acoplan indirectamente en la superficie del material mediante la inclusión de campos magnéticos dinámicos de alta frecuencia.

En total se ha creado así un dispositivo para la verificación electromagnética de materiales ferromagnéticos, mediante el cual al utilizar transductores ultrasónicos electromagnéticos para ondas transversales de polarización horizontal en componentes ferromagnéticos se puede eliminar de manera segura el ruido de Barkhausen producido hasta la fecha al mover el transductor ultrasónico electromagnético sobre el material que hay que someter a ensayo para conseguir una gran separación señal-ruido.

Otras ventajas y características de la invención se deducen de las reivindicaciones y de la descripción siguiente, en la que se explican en detalle ejemplos de realización tomando como referencia los dibujos. En éstos se muestra:

Fig. 1 una representación esquemática de la disposición según la invención de transductores ultrasónicos electromagnéticos entre zapatas polares de una unidad de magnetización de flujo de dispersión dentro de una conducción de tubería que hay que verificar;

Fig. 2 un transductor ultrasónico en una vista desplegada con dos series de segmentos de imanes permanentes de polaridad alternante y una bobina de alta frecuencia dispuesta debajo;

Fig. 3 un transductor ultrasónico electromagnético con tres juegos de segmentos de imanes permanentes con bobinas de alta frecuencia dispuestas debajo, en vista desplegada;

Fig. 4 un transductor ultrasónico electromagnético para ondas transversales polarizadas con respecto al plano de incidencia con una característica direccional unilateral, en vista desplegada;

Fig. 5a un transductor ultrasónico electromagnético con una bobina de alta frecuencia arrollada sobre un núcleo de banda anular;

Fig. 5b el transductor de la Fig. 5a en vista lateral;

Fig. 6 la señal de medición de un transductor ultrasónico electromagnético sin disposición según la invención entre las zonas polares de una unidad de magnetización; y

Fig. 7 la señal de medición del dispositivo según la invención.

El dispositivo 1 representado esquemáticamente y sólo parcialmente en la Fig. 1 está dispuesto en el ejemplo representado dentro de una conducción de tubería con una pared 2 igualmente representada sólo de modo parcial. El dispositivo presenta dos unidades de magnetización 3, 4 de flujo de dispersión en forma de imanes permanentes con forma de U con dos zapatas polares 5, 5', 6, 6' con una alineación paralela al eje, unidas entre sí por medio de un puente 7, 8. Centralmente entre las zapatas polares 5, 5' de la unidad de magnetización 3 hay dispuesto, en el campo magnético estático que discurre horizontalmente entre las zapatas polares 5, 5', un transductor ultrasónico electromagnético 9 (transductor EMUS) que en el ejemplo de realización representado presenta un sentido de radiación para excitar ultrasonidos en la pared 2 de material, que discurre vertical con respecto al sentido del campo magnético del campo estático previo generado por la unidad de magnetización 3. El modo en que la excitación se produce en un material ferromagnético tal como una pared de tubería o similar, se explica con más detalles más adelante, en el curso de la descripción de las figuras. Simplemente como aclaratorio, entre las zapatas polares 5, 6' de las unidades de magnetización 3, 4 en el sentido periférico hay dispuesto igualmente de manera centrada entre las zapatas polares 5, 6', otro transductor 11, que presenta un sentido de radiación dirigido paralelo a la dirección del campo magnético del campo estático previo.

La dirección de radiación del correspondiente transductor 9, 11 es independiente del campo estático previo de los imanes permanentes 3, 4 que sirve para la magnetización previa de la pared 2, ya que la excitación de ultrasonidos en la pared 2 del material que hay que verificar la produce exclusivamente el transductor ultrasónico 9, 11, por lo que las unidades de magnetización 3, 4 de flujo de dispersión sirven únicamente para la magnetización previa de la pared 2 y para medir el flujo de dispersión.

En el ejemplo de realización representado en la Fig. 2, el transductor ultrasónico 17 presenta, para excitar ondas transversales de polarización horizontal, una disposición de imanes de dos hileras 18 de imanes permanentes 19 o sistemas de imanes permanentes 19 de polaridad alterna dispuestos de manera periódica, sobre los que se halla dispuesta una bobina rectangular 20. En la vista desplegada ésta se representa por debajo de la disposición de imanes. La aplicación sobre la bobina rectangular 20 de corrientes de alta frecuencia, cuya dirección se designa a modo de ejemplo por la referencia 21 en un instante fijo seleccionado, genera en materiales conductores eléctricos tales como una pared de tubería, y mediante fuerzas de Lorenz, una desviación de partículas que conduce a la excitación directa de ondas ultrasónicas del tipo citado. Tal como se ve en la Fig. 2, los segmentos de la bobina de alta frecuencia 20 están colocados por debajo de cada una de las hileras 18 de tal manera que las corrientes 21 en las bobinas de alta frecuencia 20 fluyen en una primera hilera 18 en la misma dirección y en la segunda hilera vecina en dirección contraria. Mediante los impulsos de corriente se generan en el material que hay que verificar corrientes parásitas con un modelo equivalente al de las corrientes de la bobina de alta frecuencia con las que, mediante interacción entre estas corrientes parásitas y el correspondiente campo magnético generado mediante los imanes permanentes 19, actúan fuerzas de Lorenz perpendiculares al campo parásito generado y al sentido del campo magnético en el material. Ya que la polaridad de los segmentos de imanes permanentes 19', 19'' vecinos es opuesta entre sí en las dos hileras, pero al mismo tiempo también los impulsos de corriente tienen direcciones opuestas en estas dos hileras, las fuerzas que actúan por debajo de los imanes permanentes 19', 19'' tienen la misma dirección entre sí, pero están en dirección opuesta a las fuerzas de los imanes permanentes 19 vecinos de una hilera. Con ello pueden excitarse entonces las ondas transversales de polarización horizontal deseadas. Las ondas ultrasónicas generadas de esta manera presentan una característica direccional de dos lados, que está orientada simétricamente con respecto al centro de la pared. Este centro de la pared se designa aquí con la referencia 22 basada en el plano de simetría. Ya que las ondas ultrasónicas generadas se "irradian" hacia ambos lados simétricas con respecto al centro 22 de la pared, resulta difícil evaluar las señales recibidas ya que no pueden asignarse las señales individuales a un sentido de radiación cuando el transductor ultrasónico electromagnético 17 se encuentra en una posición fija. De manera equivalente, una localización unívoca de un defecto del material sólo es posible moviendo el transductor ultrasónico electromagnético.

En el ejemplo de realización representado en la Fig. 3, para excitar ondas transversales de polarización horizontal (ondas SH), el transductor ultrasónico electromagnético 23 presenta tres juegos 24, 25, 26 de imanes permanentes 27 distribuidos en cuanto a su dirección a modo de tablero de ajedrez, y cada uno dispuesto por debajo de estos elementos de bobina de alta frecuencia 28, 29, 30. Un transductor EMUS de este tipo puede contener hasta ocho juegos de disposiciones de imanes permanentes. Las bobinas de alta frecuencia 28, 29, 30 presentan en el ejemplo de realización unos lazos cuádruples en forma de meandros y están dispuestas por debajo de estos imanes permanentes 27 que aquí son 5x3. Las bobinas de alta frecuencia 28, 29, 30 de este transductor ultrasónico electromagnético 23 se activan con un desfase temporal. El sentido de la corriente de cada una de ellas se indica mediante flechas. La distribución de los elementos/segmentos de bobinas de alta frecuencia 28, 29, 30 se produce por debajo de las correspondientes hileras, como en el ejemplo de realización anterior, de tal manera que no hay que tratarlo de nuevo. Mediante la activación temporalmente retrasada de las bobinas HF es posible ajustar una relación adelante-atrás, a diferencia de la anterior forma de realización.

En la forma de realización representada en la Fig. 4, para excitar ondas SH el transductor ultrasónico electromagnético 31 presenta seis hileras 32, 33, 34, 35 de imanes permanentes 36 dispuestos periódicamente. Las hileras vecinas 32 y 33 o 32 y 35 o 35 y 34 así como 34 y 33 están dispuestas desplazadas entre sí la mitad de la anchura de un imán permanente 36 individual. Tal como se ve en la Fig. 4, en el ejemplo de realización representado después de exactamente cuatro hileras se repite la primera hilera 32.

En dos disposiciones de imanes permanentes o hileras 33 y 35, cuyos imanes permanentes 36 individuales están dispuestos a la misma altura con respecto a una línea de base 38, pero con distinta polaridad entre sí, se coloca una doble bobina rectangular 39 de tal manera que el sentido de la corriente 40 también se alterna de una hilera a otra. En las tres hileras 32 y 34 restantes en este ejemplo de realización se intercala una segunda doble bobina rectangular 39, en la que también alterna el sentido de la corriente de una hilera de imanes a otra. Las dos bobinas de alta frecuencia 39, 39' se activan en el caso de emisión con señales de corriente emisora desfasadas entre sí 90º.

Mediante un transductor ultrasónico electromagnético 31 puede conseguirse también una característica direccional unilateral. El orden de dimensiones de los imanes y la alta frecuencia se eligen de tal manera que el "ángulo de irradiación" de la señal ultrasónica que hay que excitar en el material se encuentra tocando el plano 41 en el lado inferior de los imanes permanentes 36. Mediante el desplazamiento espacial de un cuarto de longitud de onda de las "fuentes de ultrasonidos" de imanes permanentes y bobinas de alta frecuencia que excitan las ondas transversales, que se produce debido a la disposición de los imanes permanentes desplazados con respecto a la línea de base 38, se produce en un sentido de irradiación una diferencia de fase de las señales de 180º, es decir, amortiguación de las señales, en el otro sentido de radiación un solapamiento constructivo de las señales con un desfase de 0 o 360º.

Todos los transductores ultrasónicos electromagnéticos representados en las Figs. 2-4 para excitar y recibir ondas SH tienen en común que las entradas y los segmentos de transición de las bobinas de corriente de alta frecuencia son lo más pequeñas posible para producir una excitación óptima de las ondas transversales de polarización horizontal por desviación de partículas mediante fuerzas de Lorenz. Además, la anchura de cada hilera de segmentos de imanes permanentes de polaridad alternante se elige preferentemente pequeña frente a su longitud, de tal manera que con ello los citados segmentos de transición de cada bobina de alta frecuencia entre dos hileras de imanes permanentes pueden mantenerse pequeños frente a la longitud de cada hilera de segmentos de imanes permanentes.

En la última forma de realización representada en las Figs. 5a y 5b, el transductor ultrasónico electromagnético 42 que sirve para excitar y recibir ondas SH presenta una bobina de alta frecuencia 44 arrollada sobre un núcleo 43 de banda anular conductor magnético. El núcleo 43 de banda anular está dispuesto por encima de una disposición de varias hileras de imanes permanentes 45, rodeando lateralmente éstos con sus ramas 46, 46'. Para excitar una onda transversal de polarización horizontal, la disposición es de tal manera que las hileras de imanes permanentes 45 se sitúan con su lado largo en el sentido del campo B dinámico. Por medio de este transductor ultrasónico electromagnético 42, las corrientes parásitas necesarias para excitar los sonidos se acoplan indirectamente en la superficie del material mediante la inclusión de campos magnéticos dinámicos de alta
frecuencia.

Por medio del transductor ultrasónico electromagnético representado en la Fig. 3, que según la invención está dispuesto entre las zonas polares de una disposición de imanes adicional de imanes permanentes fuertes, por ejemplo una unidad de magnetización de flujo de dispersión, puede conseguirse una señal de medición correspondiente a la representada en la Fig. 7 con una distancias señal-ruido alta. Sin la disposición según la invención, debido al ruido de Barkhausen, mediante el transductor ultrasónico de la Fig. 3 se obtiene únicamente una señal de medición como la representada en la Fig. 6.

Claims (22)

1. Dispositivo para verificar materiales ferromagnéticos tales como conducciones de tubería o similares, en busca de la presencia de defectos, grietas o similares, con por lo menos un transductor ultrasónico electromagnético (9, 11, 17, 23, 31, 42) que tiene por lo menos una bobina de corriente de alta frecuencia usada junto con un campo magnético para excitar y/o detectar ondas ultrasónicas en las paredes del material y al menos un sistema magnético que produce el campo magnético, y que está dispuesto entre las zonas polares de diferente polaridad de una disposición de imanes (3, 4, 15) adicional que genera un campo magnético previo en la pared del material, caracterizado porque la disposición de imanes (3, 4, 14) adicional es una disposición de imanes permanentes que genera un campo estático previo y porque el sistema de imanes está formado por una disposición de segmentos de imanes permanentes (18, 19, 24, 25, 26, 27, 32, 33, 34, 35, 36) de polaridad alternante.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la disposición de imanes (3, 4, 15) adicional está formada por lo menos por un imán permanente que presenta por lo menos dos zonas polares de distinta polaridad.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el transductor ultrasónico (9, 11, 17, 23, 31, 42) está dispuesto centralmente entre las zonas polares (5, 5', 6, 6') de la disposición de imanes (3, 4, 15) adicional.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el transductor ultrasónico (9, 11, 17, 23, 31, 42) sirve para excitar/generar ondas transversales de polarización horizontal (ondas SH) en el material que hay que verificar.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque entre las zonas polares (5, 5', 6, 6', 14, 14') de una unidad de medición (3, 4, 15) que sirve para medir el flujo de dispersión hay dispuesto como mínimo un transductor ultrasónico electromagnético (9, 11, 12, 17, 23, 31, 42).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por la ajustabilidad del punto de trabajo del transductor ultrasónico electromagnético (9, 11, 17, 23, 31, 42) mediante la magnetización previa de la pared (2) del material producida por las zonas polares de diferente polaridad (6, 6', 5, 5') de la disposición de imanes (3, 4, 15) adicional.

7. Dispositivo para verificar un material que tiene un eje de simetría según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por una disposición, que es axialmente paralela al material que hay que verificar, en particular una conducción de tubería (2) o similar, de zonas polares o zapatas polares de diferente polaridad (5, 5') de la disposición de imanes (3) adicional que recogen entre sí el transductor ultrasónico (9).

8. Dispositivo para verificar un material que tiene un eje de simetría según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por una disposición en la dirección periférica del material (2) que hay que verificar, en particular una conducción de tubería o similar, de las zonas polares o zapatas polares de diferente polaridad (5, 6') de la disposición de imanes (3, 4) adicional que recogen entre sí el transductor ultrasónico electromagnético (11).

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la dirección de emisión del transductor ultrasónico electromagnético (9) es perpendicular a la dirección del campo previo producido por la disposición de imanes (3) adicional.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la dirección de emisión del transductor ultrasónico electromagnético (11) es paralela a la dirección del campo previo producido por la disposición de imanes (3, 4) adicional.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la bobina de alta frecuencia (13, 20, 28, 29, 30, 39) es una bobina de entrehierro.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque la bobina de alta frecuencia (13, 20, 28, 29, 30, 39) es una bobina plana con arrollamientos en forma de meandros.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el transductor ultrasónico electromagnético (17, 23, 31) presenta como mínimo una bobina de alta frecuencia (20, 28, 39, 39') dispuesta por debajo de los segmentos de imanes permanentes (18, 19, 24, 25, 26, 27, 33, 34, 32, 35, 36).

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque el transductor ultrasónico electromagnético (17) presenta una disposición de dos hileras (18) de imanes permanentes (19) de polaridad alternante, sobre la que hay dispuesta como mínimo una bobina rectangular (20).

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque la bobina HF (20, 28, 39, 39') está dispuesta de tal manera por debajo de las hileras (18, 32, 33, 34, 35) de imanes permanentes (19, 27, 36) de polaridad alternante, que a cada elemento de bobina de alta frecuencia (20, 28, 39, 39') de la misma dirección de corriente hay asignadas hileras de imanes permanentes de la misma sucesión de polaridad.

16. Dispositivo según la reivindicación 13 o 15, caracterizado porque el transductor ultrasónico electromagnético (23) consta como mínimo de dos juegos (24, 25, 26) de imanes permanentes de diferente polaridad (27), dispuestos en su dirección a modo de tablero de ajedrez, y elementos de bobina de alta frecuencia (28, 29, 30) dispuestos por debajo de éstos.

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado porque a los elementos de bobina de alta frecuencia (28, 29, 30) se les aplican señales temporalmente retrasadas.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13-15, caracterizado porque el transductor ultrasónico electromagnético (31) presenta una disposición de por lo menos cuatro hileras (32, 33, 34, 35) de segmentos de imanes permanentes de polaridad (36) alternante, estando dos hileras (32, 33, 34, 35) vecinas de segmentos de imanes permanentes (36) desplazadas un cuarto de la periodicidad de los imanes permanentes (36) individuales de cada hilera (32, 33, 34, 35) a lo largo de su eje longitudinal, y para cada una de las hileras (32, 33, 34, 35) vecinas de imanes permanentes (36) una bobina de alta frecuencia (39, 39') propia.

19. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado porque a las dos bobinas de alta frecuencia (39, 39') de hileras vecinas se les aplican señales desfasadas entre sí 90º.

20. Dispositivo según la reivindicación 18 o 19, caracterizado porque las dos bobinas de alta frecuencia (39, 39') están intercaladas entre sí.

21. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el transductor ultrasónico electromagnético (42) presenta una bobina de alta frecuencia (44) arrollada sobre un núcleo (43) conductor magnético.

22. Dispositivo según la reivindicación 21, caracterizado porque el núcleo (43) es un núcleo de banda anular, que rodea parcialmente una disposición de varias hileras de imanes permanentes (45) de polaridad alternante.