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ULTRA-SOM COMPUTADORIZADO E MECANIZADO EM SOLDAS CIRCUNFERENCIAIS INSPEÇÃO LINEAR POR ZONAS

Manfred Ronald Richter

HISTÓRICO • Conceito de inspeção por zonas Pioneiramente introduzido pela RTD em 1952 introduzido e patenteado pioneiramente pela empresa holandesa RTD em 1952.

HISTÓRICO

Anos 2000

O SISTEMA DE ULTRA-SOM • • • • • •

Aparelho Sistema de registro Acoplamento Cabeçotes Padrões de calibração Operadores / Inspetores

O SISTEMA DE ULTRA-SOM •

EXEMPLOS DE SISTEMAS:

•

Ponteada (RTD)

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Ponteada (Olympus/PIPEWIZARD)

•

Ponteada (SCI)

O EQUIPAMENTO DE ULTRA-SOM DUTOS • Número adequado de canais de inspeção p/ aquisição em uma só varredura (multicanal) • Aquisição em A scan (Complete RF mode) • Linearidade de acordo com práticas reconhecidas (ASTM, BS) • Certificado de calibração ( 6 meses )

O Equipamento de Ultra-som Canais Individuais:

O Equipamento de Ultra-som

Canais Individuais:

•

Pulso-eco e transmissão-recepção

•

Posição e comprimento de “Gate” (min. 2 - amplitude e tempo decorrido)

•

Ganho

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Nível de registro (Go-no-go threshold) entre 0 e 100% FSH para amplitude e tempo decorrido.

•

Nível de registro de 0 a 100% para B scan ou “mapping”.

O Equipamento de Ultra-som Sistema de Registro • Circuito para medição de distância (perímetro) associado ao sistema de aquisição (Precisão ± 1 cm). • Delay distance para cada cabeçote. (Correção de zero) • Registro de descontinuidades e acoplamento. • Registro em TOFD ou “Mapping Display” para descontinuidades volumétricas.

O Equipamento de Ultra-som Sistema de Registro • • •

Registro do TOFD em 256 grayscale. Resolução mínima de 2 mm para registro go-no-go. Ambos lados da solda devem estar representados simetricamente.

O Equipamento de Ultra-som

Acoplante • Água limpa • Agente umectante pode ser necessário • Anti-congelante para baixas temperaturas

O Equipamento de Ultra-som

Cabeçotes • Identificação: – Fabricante, tipo, ângulo no aço, frequência, ponto de saída e dimensão do cristal. • Disposição simétrica no scanner e configuração específica para cada obra (Ø e espessura ) • Adaptação à curvatura (Ø reduzido) • Data sheet

O Equipamento de Ultra-som

Blocos de Referência/Calibração • Fabricados à partir do mesmo tubo (mesmos fabricantes/usina) • Refletores de referência posicionados de acordo com a geometria do chanfro • Refletores: - Furos de fundo plano - Entalhes • Certificados de calibração – Dimensional; – Velocidade.

O Equipamento de Ultra-som

Blocos de Referência/Calibração

O Equipamento de Ultra-som

Inspetores • Qualificados por Sistemas Independentes (EN-473, ISO-9712, ACCP) • Treinados e qualificados pelo empregador ou agência certificadora

O Equipamento de Ultra-som

Procedimento Inspeção • Prever a inspeção em uma só varredura • Deve prever a detecção de desalinhamento (HILOW) trinca de contração (central) e porosidade • Deve prever a divisão da solda em zonas ou outras formas de caracterizar e dimensionar as descontinuidades para aplicação da ECA.

O Equipamento de Ultra-som Procedimento Inspeção - Detalhar: •

• • • • •

Descrição do equipamento - Scanner - Aparelho de US - Hard e software para registro, processamento, apresentação e arquivamento dos dados. Normas de referência Documentos de controle do equipamento (calibração) Cabeçotes Nº de zonas e espessura inspecionada Ajuste de “gates” e do equipamento

O Equipamento de Ultra-som Procedimento Inspeção - (cont.): • Descrição do (s) bloco (s) de calibração - tipo, dimensões e localização de todos refletores de calibração • Intervalo e forma de registro das calibrações • Identificação de ponto de referência, direção de varredura e comprimento inspecionado. • Método de alinhamento do “scanner” • Temperatura de inspeção

O Equipamento de Ultra-som Procedimento Inspeção - (cont.): • • • • • •

Controle de acoplamento e acoplante Verificações de cabeçotes e das funções do sistema Metodologia de dimensionamento Condição superficial e preparação Critério aceitação Registro de resultados

CALIBRAÇÕES E AJUSTES PARA ENSAIO Calibração Estática • Ajuste de cada cabeçote/canal individualmente • Ajuste a 80% FSH para cada canal (ganho primário)

Calibração Dinâmica • Confirmação dos ajustes com movimentação do conjunto na condição de ensaio

CALIBRAÇÃO ESTÁTICA Comprimento dos “Gates” • Cabeçotes de zona de fusão Cada gate cobrindo ± 3 mm antes do bisel até 1 mm após a linha de centro • Cabeçotes de volumétricos (enchimento) Cada gate cobrindo toda solda, desde pelo menos 1mm antes do bisel até o lado oposto da solda. (Espessuras > 12 mm podem requer mais de 1 cabeçote para esta função).

CALIBRAÇÃO ESTÁTICA Sensibilidade nos “Gates” • “Gates” de Zona de Fusão - Indicação do refletor de referência a 80% FSH • “Gates” de volumétricos

– Região de raiz: recomendado 80% FSH + 4 a 14 dB, – Região de enchimento: recomendado 80%FSH +8 a 14 dB – não podem ser gerados sinais de interferência que se confundam com indicação de descontinuidades.

CALIBRAÇÃO ESTÁTICA Nível de Avaliação (Threshold) • Tipicamente 20% FSH em todos canais. (“Gates” de zona de fusão podem usar valores mais altos 40%). É ditado pela saturação de sinais. • Normalmente definido nas normas de projeto ou ainda pelo tipo de critério de aceitação (Workmanship ou E.C.A.)

CALIBRAÇÃO ESTÁTICA Sistema de Registro • Informar o valor real das distâncias (“delays”) em relação ao zero, na direção circunferencial, de todos os cabeçotes.

EXEMPLO DE SETUP

EXEMPLO DE SETUP

CALIBRAÇÃO DINÂMICA Estabelecimento da Velocidade de Varredura Vc ≤ Wc. PRF 3

Wc = largura do menor feixe de -6dB na distância aplicável (Conforme data sheet) PRF = taxa de repetição de pulso

CALIBRAÇÃO DINÂMICA •

Na velocidade máxima estabelecida em procedimento

•

No registro, as indicações devem estar nos níveis/ valores ajustados na calibração estática: - Amplitude 80% FSH - Posição circunferencial

•

- Cada refletor deve estar posicionado em relação ao outro dentro de ± 2 mm, e em relação ao zero dentro de ± 1 cm Deve ser simulada perda de acoplamento

INSPEÇÃO DE CAMPO •

IDENTIFICAÇÃO DA SOLDA - Identificação única - Ponto zero e direção

•

•

CONDIÇÃO SUPERFICIAL - Sem interferência em no mínimo 100 mm para cada lado (solda de costura, respingos, etc) LINHA DE REFERÊNCIA (SCRIBE LINE) - FINALIDADE: orientar posicionamento do scanner em relação à linha de centro / face do nariz - Marcar antes da soldagem

INSPEÇÃO DE CAMPO Verificação de Performance •

Verificação de sensibilidade - Início dos serviços - intervalos regulares (junta a junta, cada 10 juntas etc) ou 2 horas, o que ocorrer primeiro - Variações conforme norma DNV = ± 3 dB(2000) e ± 2 dB (2007) ASTM = 70 a 99% FSH

INSPEÇÃO DE CAMPO Verificação de Performance •

Verificação da posição circunferencial dos cabeçotes: - início dos trabalhos - mensalmente

•

Manter diferença máxima de temperaturas (14º C) - Superfície x Sapata dos Cabeçotes

•

As descontinuidades devem estar sendo identificadas nas zonas de solda onde estão localizadas.

INSPEÇÃO DE CAMPO Verificação de Performance • Sensibilidade de Varredura - Deve manter a mesma empregada na calibração dinâmica - Algumas vezes se adiciona ganho (p. ex.: API 1104 /DNV OS F 101(2000) requer + 4 dB)

INSPEÇÃO DE CAMPO Reinspeção •

Perda de Sensibilidade (Um ou mais canais) - repetir desde a última verificação satisfatória

•

Perda de Acoplamento (Um ou mais canais) - repetir a varredura

INSPEÇÃO DE CAMPO Controle dos Cabeçotes •

Medição periódica do desgaste

•

Relação sinal/ruído

•

Tolerâncias - Ângulo: ≤ 45o → 1o a 1,5o > 45o→ 1,5o a 2o - Desvio lateral do feixe (Squint) = 1,5o a 2o - Sinal/ruído < 6 dB em relação ao início

INSPEÇÃO DE CAMPO

•

Performance dos inspetores - Auditoria

•

Desempenho do sistema - Controle de “Setup” - Revisão registros

RELATÓRIOS • •

•

Registro permanente - Papel ou meio magnético/óptico Indicar - Ponto zero e direção varredura - Data e hora da inspeção - Nome do inspetor - Registros de cada zona de solda - B-scan ou mapping, recomenda-se o uso de cores para discriminar amplitudes O tempo de inspeção e registro deve ser menor que o de soldagem

NORMAS TÉCNICAS • PETROBRAS N-1594 F – Bastante superficial

• PETROBRAS N-2803 – Baseada na ASTM E 1961

• ASTM 1961 - 2005 - Retrata os sistemas atuais para inspeção de • •

dutos, e não requer qualificação de procedimento BS 3923 : Part 2 - 1972 - Está defasada e é muito genérica. DNV OS-F101 (Jan 2000) - É bastante detalhada e rigorosa, principalmente quando é previsto aplicação de ECA. Requer um programa de qualificação do sistema.

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS

DNV OS-F101 APPENDIX E (Jan 2000) H 400 Programa de Qualificação 1. Coleta e avaliação de dados sobre o sistema 2. Avaliação e conclusão baseados nas informações 3. Identificação e avaliação dos parâmetros significativos e sua variabilidade 4. Planejamento e definição da capacidade do programa de teste 5. Planejamento e definição da confiabilidade do programa de teste 6. Execução do programa estabelecido 7. Avaliação dos resultados obtidos

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DNV OS-F101 (Jan 2000) H 400 Programa de Qualificação (cont.) • A extensão de cada estágio pode ser reduzida em função das informações prévias. • No mínimo a qualificação deve envolver análise da documentação técnica do sistema.

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DNV OS-F101 (Jan 2000) H 500 Variáveis Essenciais • Processo Solda e Geometria chanfro • “Setup” dos cabeçotes • Refletor de referência • Sistema ( aquisição e tratamento de dados ) • Versão de “software”

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DNV OS-F101 (Jan 2000) H 600 Soldas de Teste • Descontinuidades induzidas representativas das soldas de produção • Material e geometria idênticos, inclusive nº suficiente de reparos de solda • Mínimo de 10 descontinuidades por tipo de CP • Confirmação da existência e dimensões das descontinuidades induzidas. (Rad, US manual e PM) • Inicialmente dois laudos independentes, e depois em conjunto

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS

DNV OS-F101 (Jan 2000) H 700 Teste de Qualificação • O threshold deve ser “setado” logo acima do nível de ruído • Ponto zero estampado no CP • Repetir a varredura diversas vezes, inclusive retirando e recolocando a guia do scanner. • Pelo menos um teste deve ser realizado na máxima temperatura de trabalho • Reportar, a cada 2 mm, a maior e menor amplitude do sinal de cada descontinuidade numa extensão de 15 a 20 mm

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS

DNV OS-F101 (Jan 2000) H 800 Teste de Validação • Corte transversal, macro e dimensionamento, a cada 2 mm, nas áreas escolhidas. (Dimensionam. ± 0,1mm) • A precisão no dimensionamento da altura: - min. 29 medições em descontinuidades diferentes ou partes afastadas na mesma descontinuidade - Utilizar de 10 a 20 mm de cada descontinuidade, com partes de > e < amplitude, aplicando o “salami method”

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS

DNV OS-F101 (Jan 2000) H 900 Análise dos Resultados • Precisão de dimensionamento de altura • Precisão de dimensionamento de comprimento • Capacidade de caracterização de defeitos • Repetibilidade • Se aplicável, determinação da POD para correlação de altura x amplitude

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS

DNV OS-F101 (Jan 2000) H 1000 Relatório da Qualificação • Comentários da avaliação técnica - H 400 • Descrição dos CP’s e testes efetuados, inclusive sensibilidade empregada • Variáveis essenciais • Registros de cada descontinuidade e macrografia • Comentários da análise dos dados • Conclusão

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS

PETROBRÁS N-1594 F • Qualificado se a calibração puder ser efetuada • Apresentar resultados satisfatórios em CP’s com descontinuidades, representativos da obra/peça a ser inspecionada • Requalificar se alterar material, aparelho, cabeçote, técnica, calibração do aparelho e calibração de sensibilidade

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS

Programa adotado pela Petrobras • Análise/comentário do procedimento • Teste em no mínimo 2 CP de mesmo ∅, espessura e processo de soldagem, contendo descontinuidades induzidas • Radiografia ( opcional + US manual) de cada CP • Se aplicável ECA, estabelecimento de altura x amplitude, via macrografia nos pontos de maior amplitude. • Performance sistema/inspetor em campo - 1.º km • Acompanhamento periódico (campo ou via setup)

RECOMENDAÇÕES

• Associação de ToFD ao Pulso-eco já é praticamente consolidado. • Soldagem por eletrodo revestido, chanfro em’”V”, obrigatório ToFD ou a duplicidade de canais de PE na raiz (2 canais com cabeçotes de ângulos diferentes). • Não fixar a cinta guia sobre revestimento de coal-tar.

• (Continua)

SISTEMAS - OBRAS ESPECIAIS

•

Obra especial (SCI)

•

Obra especial (UT Quality)

Sistemas de Inspeção

Computadorizado e Mecanizado

Computadorizado / Mecanizado

Sistema Computadorizado

Sistema Computadorizado

DIREÇÃO DE VARREDURA

Computadorizado / Mecanizado

TRANSCANADA PIPELINE 1989

SOLDAGEM AUTOMATIZADA US – AUTOMATIZADO CRITÉRIO ALTERNATIVO

Computadorizado / Mecanizado

ULTRA-SOM AUTOMATIZADO GASBOL - 1996

Computadorizado / Mecanizado

ULTRA-SOM AUTOMATIZADO GASYRG/BOLÍVIA - 2000

Computadorizado / Mecanizado

•Sistemas Computadorizados

(Técnicas usuais) ToFD Ondas de Creep Pulso-Eco

Computadorizado / Mecanizado

• ToFD

Sistema Computadorizado Manual

Sistema Computadorizado Mecanizado em Canteiro de doublejoint

(obra terrestre) Sistema Computadorizado Mecanizado na ponteada

(obra terrestre) Sistema Computadorizado Mecanizado na ponteada

(Obra Offshore) Sistema Computadorizado Mecanizado em obra de de reeling

(Obra Offshore)

Reeling

CALIBRAÇÃO DO SISTEMA SOLDA DIVIDIDA EM ZONAS

BLOCO DE CALIBRAÇÃO

Registro de Calibração

Registro Junta Reprovada Offshore

Registro de Resultados Meio Magnético/Óptico/Papel

DESALINHAMENTO DESALINHAMENTO

Red. Espes.

OFFSHORE

1,1 mm 20 mm >100%

0,6 mm

545 mm 70%

CANTEIRO

CALIBRAÇÃO DINÂMICA

viewers

INSPEÇÃO AUTOMÁTICA Phased Array

PHASED ARRAY - Princípios

PIPEWIZARD PULSO-ECO / ToFD / PHASED ARRAY

Phased Phasedprobe probe multiplos multiplos cabeçotes cabeçotes

Resultados do US na obra do GASBOL Indice reparos rad x us - Bolívia

Ind. acum.RAD Ind. acum.US

%

juntas

Indice acumulado US -Trecho IV (MAG)

%

Ind. US acum.

juntas

Indice acumulado - Trecho VIII - Eletrodo

Ind.acum.US

%

juntas

AVALIAÇÃO RESULTADOS •

•

Qualidade Convencional – API 1104 (Simplificado) Amplitude sinal maior do que 40% Aberto à superfície - comprimento máx. = 25mm Interno à solda – comprimento máx. = 50mm ECA

DIMENSIONAMENTO • Erros de medida.

DETECTABILIDADE

DETECTABILIDADE

DETECTABILIDADE

FIM

OBRIGADO !!! • MANFRED RONALD RICHTER • [email protected] • (12) 3928-6716