DISPOSITIVO PARA PROBAR PAREDES DE COMPONENTES FERROMAGNETICOS SIN DESTRUIRLOS
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un dispositivo para probar paredes de componentes ferromagnéticos sin destruirlos de acuerdo con la idea general de la reivindicación 1. En diferentes componentes en especial en la zona externa son inevitables las búsquedas de defectos en periodos de tiempo dados, para evitar un riesgo de pérdida por una ruptura, deformación o falta de hermeticidad. Las paredes de los tubos como también las paredes de recipientes o similares hechos de acero frecuentemente tienden a la corrosión. En especial puede estar sometidos a corrosión de desgarre por tensión con los típicas fracturas o haces de fracturas, que se extienden desde la superficie hacia adentro. De igual manera pueden presentarse fracturas por otras causas como en especial sobrecargas. Además se tiene interés en otros defectos como puntos de corrosión ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las pruebas libres de destrucción utilizan por ejemplo procedimientos de ultrasonido, con los cuales la excitación de las ondas acústicas en la
pared se puede realizar por medio de un transductor de de sonido electromagnét ico-acústico . Un llamando "EMAT" (transductor de sonido electromagnét ico-acústico) permite producir ondas acústicas de placas sin contacto en especial también sin medio de acoplamiento en una pared de ese tipo. Aquí es posible de forma mucho más sencilla y variada que en la producción mecánica con emisores piezoeléctrica de la excitación de "ondas de La b", como también de ondas transversales que se encuentran polarizadas paralelas a la superficie de la pared. Esas ondas transversales se extienden entonces transversales a la polarización o la deflexión de las oscilaciones relativamente empaquetadas en dos direcciones contrarias. Esas ondas transversales que para una excitación útil chocan con una frecuencia adecuada contra una bobina de inducción para alta frecuencia conformada geométricamente en especial en lo que respecta a las distancias entre los conductores, en la cual los rangos de frecuencia y las distancias entre conductores adecuados varían también con el grosor de la pared, pueden formarse también diferentes formas de oscilaciones dependiendo de la profundidad de la pared. Así una onda transversal oscila en el orden de cero en el interior de la pared
y también en la superficie contraria de igual forma a la superficie superior de la pared, mientras que una onda transversal de primero orden forma nudos de oscilación a la mita de la pared y en la superficie contraria oscila en sentido contrario. Las ondas transversales de mayor orden dentro de la pared forman varios nodos de oscilación. Esas formas de oscilación son diferentemente adecuadas para la captación de defectos. Además la producción de oscilaciones así como su captación con transductores emisores o receptores puede realizarse de manera más clara y sin problemas posible. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La tarea de la invención es correspondientemente el conformar un dispositivo para probar componentes ferromagnéticos sin destruirlos de acuerdo con la idea general de la reivindicación 1 de tal forma que pueden detectarse adecuadamente esos defectos de forma predeterminada, en especial fracturas o haces de fracturas, por ejemplo causadas por la corrosión de desgarre por tensión, que se extienden desde la superficie de la pared hacia adentro y por lo general presentan una alineación típica, sin que para esto tenga que elevarse el gasto constructivo y el gasto de energía del dispositivo de
una manera inconmensurable . De acuerdo con la invención esa tarea se resuelve con el dispositivo de acuerdo con la idea general de la reivindicación 1 a partir de las características esenciales. Una mejora al desarrollo de la tecnología ya conocida de la prueba sin destrucción de los componentes ferromagnéticos con ondas transversales inducidas electromagnéticamente ha demostrado ser ventajoso para aplicaciones especiales, en particular para la búsqueda de fracturas que solo penetran sobre una parte del grosor de la pared, el producir ondas transversales de mayor orden y con esto en especial enfatizar la zona cercana a la superficie y captarla de forma destacada. Ya una onda transversal de primer orden con amplitudes de oscilación que se reducen en el interior, está en posición explorar con técnicas de medición una zona interna de la pared durante la prueba. Esto se aplica en mayor medida para una onda transversal de segunda orden. En el caso de ondas transversales de mayor orden pueden obtenerse mayores sensibilidades con respecto a los defectos cercanos a la superficie, con o cual en cualquier caso aumenta la disperisón intermodal al aumentar el orden y conducen a un disolución del paquete de ondas. Las
ondas transversales de segundo orden es una combinación especialmente adecuada entre la selección de las profundidades de prueba de interés dentro de la pared, una función confiable y controlable del transductor emisor y una señal suficiente en un correspondiente transductor receptor. Para la inducción electromagnética de las ondas de ultrasonido se provee una magnetización de la zona de prueba de la pared del componente, que habitualmente se obtiene con uno o más imanes permanentes, en donde el circuito magnético se cierra eventualmente con un yugo magnético a través de la pared del componente que se va a probar. Aquí puede observarse que una dirección de la trayectoria de las ondas inducidas con respecto a la dirección magnética ciertamente produce una pluralidad de componentes de oscilación por ondas de Lamb, como consecuencia de las fuerzas de Lorentz que allí se presentan, que en el presente caso sin embargo de manera especialmente interesante, las ondas transversales de mayor orden polarizadas horizontales producidas por los efectos electromagnéticos pueden producirse y recibirse cuando la dirección de la trayectoria forma un ángulo diagonal a la dirección del imán. Ese ángulo entre la dirección de la trayectoria y la dirección del imán
debe ventajosamente encontrarse entre 10° y 60°, opcionalmente ente 20° y 50°. Ventajosamente el transductor de recepción se coloca lateralmente a la trayectoria y se dirige en una zona de prueba determinada, de tal forma que por un lado recibe bien las señales dispersadas o reflejadas de esa zona de prueba, las señales que salen directamente del transductor emisor solo las capta reducidamente y por las características de recepción capta reducidas a esas señales directas debido a su alineación sobre la zona de prueba (y no sobre el transductor emisor) . La alineación del transductor receptor sobre una zona de prueba predeterminada en la trayectoria que por un lado sigue a la alineación del transductor emisor, produce principalmente una alineación angulada entre el transductor emisor y el transductor receptor. En el caso de fracturas o defectos extensos como fracturas por tensión o haces de fracturas por tensión no se parte de una dispersión difusa de las ondas transversales que se presentan, sino de una reflexión de ondas con una proporción aproximadamente simétrica de espejo entre las ondas incidentes y as reflejadas, en donde el transductor receptor en caso de una alineación conocidas o
principalmente interesante de los defectos debe alinearse al ángulo de reflexión que se obtiene. En lo que respecta a las relaciones entre los ángulos debe indicarse que la dirección del imán no se rige por la dirección principal de los defectos. La magnetización de la pared del componente a base de los efectos de inducción del transductor emisor y del transductor emisor y del transductor receptor puede predeterminarse así diferente de la dirección principal de los defectos. La norma de que la dirección de la trayectoria de las ondas transversales deben formar un ángulo diagonal con la dirección del imán y que los transductores de emisión y recepción deben trabajar conjuntamente a partir de las reflexiones de los defectos, puede obtenerse una determinación ventajosa y sencilla de que la dirección del imán sigue de la dirección principal de los defectos o está dirigida perpendicularmente a esa dirección principal. Las proporciones geométricas no solo deben tomarse en cuenta desde el punto de vista de una producción efectiva de las ondas transversales y de una prueba sensible y confiable de los defectos en las paredes ferromagnéticas , también participan en la conformación constructiva de ese tipo de
dispositivos. Para la revisión racional de paredes de grandes superficies, como en los recipientes los dispositivos de medición útiles con una pluralidad de múltiples dispositivos, están graduadas estrechamente, para proveer pruebas libres de destrucción que con sus zonas de prueba captan la pared en forma de franjas sin dejar espacios libres o lagunas. Todavía más significante es el campo de uso de los conductos tubulares cuya periferia de pared total debe probarse sin destrucción por medio del curso de un palpador de medición. Aquí también en la periferia de los tubos se forma un espacio de trabajo para el palpador, lo cual se logra con una pluralidad de dispositivos colocados secuencialmente del tipo aquí considerado. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Ejemplos de realización para los objetos de la invención se desprenden del dibujo y su siguiente descripción . La figura 1 muestra una vista oblicua sobre una pared de placas con flechas de dirección para la deformación en la superficie en el caso de una onda transversal , Las figuras 2, 3 y 4 muestran ondas de orden cero, primero o segundo transversales a través de una
placa, Las figuras 5 a 11 muestran representaciones esquemáticas de transductores emisores con respecto a la dirección de los imanes, y Las figuras 12 a 17 muestran modalidades de bobinas de inducción para el transductor EMAT. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la figura 1 se muestra una placa designada con 1 (o una sección de pared correspondiente), en la cual las flechas que apuntan a diferentes direcciones 2 muestras las desviaciones del material como consecuencia de una onda transversal formadas o incidentes en un punto de tiempo considerado. Una onda transversal puede inducirse por medio de un transformador de sonido electromagnético-acústico (EMAT) sin hacer contacto con la placa 1 con un valor de aproximadamente una flecha doble 3, que también muestra una propagación con la excitación aplicada a ambas direcciones de la flecha doble 3. Las figuras 2, 3 y 4 muestran ahora que las ondas transversales de ninguna manera deben continuar de la misma forma hacia el interior de la placa. Ese es el caso para una onda transversal con una onda de orden cero SHO de acuerdo con la figura 2. La onda
transversal de primer orden SH1 de acuerdo con la figura 3 oscila en una superficie de la placa en sentido contrario a la otra superficie y en el plano medio de la placa forma nodos de oscilación. Ya con esto se obtiene en el interior de la placa una participación del material en las oscilaciones menor que en la superficie de la placa. Todavía más extensamente se limita la onda transversal horizontal de segunda orden SH2 con dos nodos de oscilación en su participación a la onda transversal cercana a la superficie, ya que las oscilaciones en la superficie son determinantes para las señales de recepción, que pueden ser captadas desde afuera de forma inductiva. Esto es de interés especial para fracturas o defectos similares, que penetran desde afuera como consecuencia de la corrosión de fractura de tensión en una placa o pared. Los defectos con una profundidad de penetración limitada son de especial interés en el caso de una verificación y son captadas mucho mejor por las ondas transversales de mayor orden que las ondas transversales horizontales de orden cero. Con "ondas transversales de mayor orden" se designan aquí las ondas transversales con un orden mayor a cero (SHO) .
Para producir esas ondas transversales se requiere en general una magnetización de la pared ferromagnética, que en lo general se realiza como magnetización estática a través de un circulo de imanes permanentes, en el cual el flujo magnético de uno o varios imanes permanentes eventualmente también se introducen en la pared a través de yugos magnéticos y bornes en dos puntos distanciados entre sí y los atraviesan. Esto se muestra en la figura 5 con una flecha B para la inducción magnética, que representa una magnetización uniforme y en el mismo sentido de una placa, sobre la cual está colocada el transductor emisor 4, que debe producir en la placa una onda transversal de segunda orden SH2 que se extienden en la dirección de una flecha (5) (y en la dirección contraria) . Una excitación eficiente supone una forma geométrica adecuada de una bobina de inducción 6 en general en forma de meandro con una distancia óptima entre los conducto y así una señal de inducción que se acople en especial a la frecuencia, siendo la frecuencia una alta frecuencia que puede encontrarse en el rango de 10 kHz a 5 MHz y se obtiene concretamente dependiendo del orden de la onda transversal que se va a producir y del grosor de la
pared. A partir de esto se ha mostrado que la dirección de radiación de la onda transversal correspondiente a la flecha 5 es importante en especial para la efectividad de la excitación, pero también para la disipación de otras ondas sobrepuestas perturbadoras. Para esto es ventajoso un ángulo de inclinación a, como puede verse aquí entre la flecha 5 y la flecha B. Mientras que una radiación del transformador emisor 4 en la dirección del imán de acuerdo con la flecha B tiene una alta fracción de otras ondas, en especial ondas Lamb, se obtiene un máximo de la radiación de ondas transversales horizontales SH2 en un rango de ángulo de inclinación de 20° a 50° y una radiación algo menor pero aun ventajosa en un rango de ángulo de inclinación entre 10° y 60° . En la figura 5 se observa completamente que la dirección magnética mostrada con una flecha B se extiende a través del campo magnético estático entre un polo norte magnético N y un polo sur magnético S y porque el transductor emisor 4 produce ondas transversales horizontales en dirección de la flecha 5. Estas ondas inciden en la situación mostrada sobre una de las fracturas 7 formadas en la superficie, que
en general se extiende de forma recta, en cualquier caso con una profundidad de penetración limitada a la parte de la fractura del grosor de pared de la pared del componente que se va a probar. Como ondas transversales de mayor orden con una captación previa de la zona cercana a la superficie de la pared a probar esta experimenta una reflexión significante en dirección de una flecha 9. La onda reflejada es captada por un transductor receptor 9 que básicamente puede estar construido correspondiente al transductor emisor 4, y es retransmitida con a aparatos adecuados de medición y representación. También se reciben señales, que describen la fractura con la ayuda de las señales recibidas en el traductor receptor 9. El transductor receptor 9 esta dirigido aquí perpendicular a la flecha 8 para la dirección de reflexión de la onda transversal, y la dirección de propagación de acuerdo con las flechas 5 y 8 de acuerdo con las bases generales para la reflexión de las ondas se encuentran en una imagen de espejo a la normal de la dirección principal de la fractura 7. Aquí la fractura 7 se asume que es casi paralela a la dirección del iman correspondiente a la flecha B, de tal forma que la onda reflejada se extiende bajo un ángulo de inclinación en
referencia a la magnetización de acuerdo con la flecha B. A este respecto se presentan proporciones de recepción físicas ventajosas también para el transductor de recepción 9. La figura 7 muestra un arreglo en el cual la magnetización estática se muestra ahora todavía con la flecha B, complementado con otro transductor receptor, en particular un transductor de referencia 10, que está conformado correspondiente al transductor recepto 9, pero que está colocado y dirigido hacia el transductor emisor 4 en dirección de la flecha 5 pero con una misma separación de propagación que el transductor emisor 9 que se encuentra colocado enfrente, de tal forma que recibe total o parcialmente las ondas transversales que pasas . La señal que se produce da una señal de referencia para el transductor receptor 9 con la cual puede normarse la señal de recepción en caso de falta de reflexión, esto es en una zona de la pared sin defectos y al presentarse una señal de reflexión en el transductor receptor 9 puede extraerse una conclusión sobre la intensidad de la señal de reflexión. Con esto independientemente de la calidad del acoplamiento de las ondas transversales la cual es variable y dependiente del material a través del
transductor transmisor 4 y de la eficiencia de recepción del transductor receptor 9 se obtiene una magnitud de referencia para la evaluación geométrica del defecto determinado. En la figura 8 se muestra un complemento al dispositivo de medición anterior de la figura 7, que puede utilizarse como alternativa para la prueba de fracturas transversales. Aquí se trata de defectos que se extienden apropiadamente transversales a la dirección de magnetización (flecha de inducción B) . Una fractura de ese tipo 11 puede ser contraria a la segunda dirección de propagación de la onda transversal inducida según la flecha 5 y captarse en dirección de una flecha 12, para obtener la reflexión en dirección de una flecha 13. Esa reflexión puede captarse por medio de un transductor receptor 14 en la posición y dirección adecuada de la reflexión en dirección de la flecha 13. También aquí se obtiene otra vez un ángulo de recepción ventajoso en referencia a la magnetización. Colaborando con varios transductores emisores, el traductor emisor 14 (y correspondientemente cada uno de los otros transductores receptores) puede captar las ondas transversales provenientes de dos direcciones
contrarias, como esto se muestra a través de una flecha 15. Para esto debe tomarse cuenta de las formas constructivas que en una construcción obligatoria presentan una pluralidad de transformadores emisores y receptores, que en con un paso verifican un frente cerrado más amplio de una franja de una pared plana o una sección tubular. Además en las figuras 7 y 8 puede observarse que con la dirección y la posición entre sí de los transductores, también pueden captarse fracturas que se extienden en dirección del campo magnético como también aquellos que en la mayoría de los casos se extienden transversalmente. Así cuando se detecte una fractura longitudinal en o sobre un tubo, también puede utilizarse una magnetización en dirección transversal (dirección periférica) , que entonces naturalmente permite detectar fracturas longitudinales con otra posición del transductor. De las figuras 9 a 11 puede observarse como puede realizarse una captación sin lagunas e una pared de un componente ferromagnético, en especial una pared tubular, por medio de una combinación de los dispositivos de acuerdo con la invención. En la figura 9 se representa el dispositivo de medición ya considerado en la figura 5, en el cual se produce un
campo magnético homogéneo entre un polo norte N y un polo sur S en una pared del componente y entre esos polos magnéticos en la zona del campo magnético están colocados un transductor emisor 4 y un transductor receptor 9. Ambos están colocados en una zona de prueba 16, en la cual eventualmente se detectan defectos. Para esto las ondas transversales inducidas por el transductor emisor 4 se extienden en una dirección (utilizada), con lo cual debe determinarse una energía de ondas útiles predeterminadas en la zona de una trayectoria 17, las cuales se extienden en forma de un claro paquete, aunque también con una cierta expansión desde el transductor emisor 4 a la zona de prueba 16 y de allí se difunden. Igualmente puede determinarse para el transductor de recepción 9 del lado de la zona de prueba 6 una zona objetivo y en cierta medida empaquetada, en este caso representada por la zona 19, de la cual pueden captarse claramente de manera suficiente en forma de reflexión las ondas transversales incidentes . La característica direccional de ambos transductores EMAT también se caracteriza por medio de un empaquetado designado como "trayectoria". Aquí existe un interés, en seleccionar una longitud de las ondas acústicas que
sea corta, para poder minimizar las pérdidas geométricas por propagación. En la modalidad de acuerdo con la figura 10 dentro del campo magnético estático entre un polo norte N y un polo sur S están colocados dos transductores emisores 20,21 y dos transductores receptores 22,23 de tal forma que trabajan conjuntamente en pares en líneas de reflexión predeterminadas 24, 25 que se cruzan y ciertamente en relación a dos zonas de prueba 26, 27 que se complementan con un traslape mínimo, que se cubre todo la extensión con zonas de prueba 26,27. Para esto se utiliza una magnetización producida por lo polos magnéticos para dos dispositivos de prueba que trabajan limitadamente entre sí. El arreglo mostrado en la figura 11 de varios imanes permanentes de ese tipo con correspondientes pares de dispositivos de prueba de acuerdo con la figura 10, muestra además que puede presentarse una comunicación entre los transductores receptores y los emisores, que no están conectados entre sí en el sentido de reflexión. Esto es informativo para la técnica de prueba, cuando las señales que salen del transductor emisor 20 son recibidas por el transductor receptor 23, que
realmente está dirigido a las ondas de reflexión que salen del transductor emisor 21. Igualmente pueden captarse las señales del transductor emisor 20 que pasan en un transductor receptor 28. Esas señales recibidas cuyas trayectorias se indican con las flechas 29, 30 con líneas punteadas, deben clasificarse después de un tiempo de emisión y amortiguación. En especial la amortiguación en las placas o tubos recubiertos o forrados da información sobre el estado del recubrimiento o forro. La falta de recubrimiento o aquellos que se han desprendido de la superficie de la pared ferromagnética como consecuencia de la corrosión o la infiltración, conducen a una amortiguación claramente menor de la onda transversal en referencia a su longitud e indican con esto un recubrimiento dañado. La excitación electromagnética de las ondas transversales parte de los transductores emisores, que de manera conocida presentan una forma representada en las figuras 5 a 11, esto es consisten de una secuencia de filos del meandro. La forma dada se determina por las ondas transversales deseadas . Aquí las líneas conductoras largas paralelas de los filos de meandro dan una dirección principal que también es la dirección de propagación de las ondas
transversales. En las figuras 12 a 17 se representan diferentes variantes para las bobinas de inducción correspondientes. Así es importante el lograr un buen aprovechamiento del espacio dentro del campo magnético con trayectorias cortas para las ondas transversales y sus reflexiones. Asi las bobinas de inducción en las modalidades representadas en las figuras 12 a 14 pueden colocarse sobre una superficie en forma de un triangulo equilátero. Esto el colocar los transductores emisores y receptores de forma compacta en esquinas del espacio disponible entre el polo norte y el polo sur de acuerdo con la figura 6, y con un ángulo de inclinación ventajoso de aproximadamente 45° a la dirección magnética de una trayectoria de propagación de las ondas transversales así como a su reflexión. Los desvíos redondeados 31 en los conductores 32 como en la figura 12 evitan las radiaciones adicionales en alguna otra dirección, mientras que las secciones de desvío rectas 33 como las de la figura 12 producen radiaciones adicionales en dirección transversal a esas secciones de conductos 33, que eventualmente se utilizan para mediciones auxiliares. Asi pueden inducirse ondas planas de ultrasonido en el caso del paso de prueba
de un palpador a través de un tubo en dirección longitudinal del tubo, cuyas reflexiones sobre todo de las costuras de soldadura en el tubo pueden señalizar una determinación positiva. Un conducto 34 de acuerdo con la figura 14 con un giro ampliado 35 produce densidades de corriente más reducidas en las partes ensanchadas, que también allí conducen también a fuerzas de excitación electromecánicas reducidas y con esto igualmente reducen las radiaciones adicionales y con esto al igual que los retornos de maga 31 reducen las radiaciones adicionales . Las figuras 15 a 17 muestran bobinas EMAT curvas en una colocación rectangular general. En el caso de una disposición de la geometría de las bobinas 36 de acuerdo con la figura 15 puede obtenerse una compresión de impulso de pueden variar las distancias entre los conductores y con esto las longitudes de onda de forma monotónica "chirping -modulación especial de frecuencia) ya que la velocidad de las ondas transversales de mayor orden es una función de la longitud de onda. En el caso de un ancho de banda suficiente de la excitación puede obtenerse un paquete de ondas, que se extiende conjuntamente debido a la dispersión y con lo cual se
obtiene un aumento de las amplitudes. Esto es en especial util en los procesos de eco de impulsión para determinar el tiempo de duración del eco como medida de la separación entre un defecto reflejado de los transductores de transmisión y recepción. Una curvatura similar a un espejo hueco de conducto 36 en la bobina de inducción de acuerdo con la reivindicación 16 conduce a una reducción del ángulo de apertura en el haz de ondas sonoras. Con esto se reduce la zona de prueba y se precisa la localización, cuando se observa la dirección de propagación hacia arriba de acuerdo con la figura 16. En la dirección de propagación contraria se forma un desemboque que permite ampliar la zona de prueba. Una bobina de inducción de acuerdo con la figura 17 consiste de una pluralidad de espiras conductoras 38, 39 que pueden controlarse individualmente entre sí a una distancia determmable . Por medio del desplazamiento de fases entre las excitaciones individuales es posible un control de las características de radiación ("Phased Array" - arreglo en fases) , mientras que la modulación de la amplitud puede utilizarse para optimizar la forma de las señales de ondas acústicas ( "Apodisation" , "Shading", (apodización, sombreado)) .
Esas bobinas de inducción se excitan por ejemplo a una frecuencia de 500 KHz en una secuencia de 15 impulsos, correspondiendo a las ondas de ultrasonido, en especial las ondas transversales de orden superior aquí consideradas, con las cuales puede excitarse el material que se va a probar. Secuencias cortas de impulsos en ese rango de frecuencia permite trabajar con secuencias de temporización de algunos cientos de hertzios, sin que con esto se produzca una intercomunicación entre los dispositivos de prueba que se encuentran espacialmente vecinos. Con esto también en el caso de dispositivos de medición como palpadores de medición en tubos con una velocidad de movimiento de varios metros por segundos son posibles las repeticiones de medición en secuencias tan estrechas que en la dirección de movimiento de un palpador de medición de ese tipo tampoco se presentan lagunas de vigilancia.