Innovación en Inspección: Explorando el potencial de las Imágenes de Coherencia de Fase (PCI)

Autor: Ing. Carlos Álvarez, 24 octubre 2023.

Introducción

En el mundo de la inspección industrial, la búsqueda constante de tecnologías innovadoras que permitan una evaluación más precisa y eficiente de los materiales y productos es una prioridad. En este contexto, las Imágenes de Coherencia de Fase (PCI) han surgido como una técnica prometedora para una variedad de aplicaciones, tanto en el ámbito técnico como en el de la medicina.

Esta técnica es relativamente nueva dentro del método de ensayo ultrasónico que complementa el TFM y aborda algunas de sus limitaciones, es una adición a la técnica de ultrasonido por arreglo de fases (PAUT). Se basa en el concepto de preservar y utilizar la información de fase de las señales ultrasónicas recibidas. Al hacerlo, puede proporcionar información valiosa sobre la estructura que se inspecciona.

En este artículo, exploraremos una variante particularmente prometedora de las PCI, la técnica ultrasónica de Imágenes de Coherencia de Fase, y su potencial en el ámbito de la evaluación.

Principio de la técnica de Imágenes de Coherencia de Fase

En primer lugar, se normalizan los A-scans adquiridos, es decir, se ajusta o se corrige las diferencias de retraso y amplitud de los A-Scans, para luego comparar la distribución de fases de los diferentes A-scans para cada posición en la zona TFM. Para una posición determinada, cuanto mayor sea el nivel de coherencia entre los A-scans, más fuerte será la respuesta de la señal para esa posición (con un máximo de 100%).

Es decir, la intensidad de la señal está en función del nivel de coherencia, que como se explicó, se refiere a la medida de la similitud o concordancia entre las formas de onda (fase) registradas en los registros de los diferentes datos A-Scan. De esta forma, el procesamiento de las señales recibidas mediante PCI se basa de forma exclusiva en la información de fase que llevan los A-scans elementales a fin de generar una representación TFM y es independiente de la amplitud de las señales.

Discontinuidades mejor detectadas mediante PCI

Las fuentes omnidireccionales, como las porosidades, las difracciones de punta y la escoria, tienden a mostrar una alta intensidad, ya que muchos pares de emisor-receptor de la Captura de Matríz Completa (FMC) las ven aproximadamente con la misma fase. Los reflectores cuya fase tiene una fuerte dependencia direccional, como la superficie frontal, la pared posterior, delaminaciones, falta de fusión (LOF), etc., producen PCI de bajo valor, Facilitando la detección de defectos volumétricos (porosidades y escoria) y la identificación de señales difractadas en la punta de la grieta para un mejor dimensionamiento.

En la figura 1, se puede apreciar la diferencia entre las imágenes TFM y PCI al hacer uso de una sonda con incidencia normal. En la imagen TFM se aprecia las indicaciones de la superficie de entrada, de fondo y artefactos laterales o ruido. Estas indicaciones se suprimen en la imagen PCI porque las señales que la originan son incoherentes, por lo que se obtiene una imagen más limpia; lo cual, permite detectar pequeñas fallas en ausencia de ruido en el volumen del componente y cerca de la superficie de entrada.

Al suprimirse el ruido incoherente del tamaño de grano por aplicar PCI, se facilita en un gran grado la detección y evaluación del fenómeno de ataque por hidrógeno a elevadas temperaturas HTHA (ver figura 2), por lo que esta técnica es ideal en la inspección de componentes con probabilidad de gestación incipiente de este tipo de degradación del material.

Detección de daños por Sulfuro de Hidrógeno (H₂S) húmedo: Aunque también puede ser detectado mediante TFM, es difícil determinar mediante esta técnica si este tipo de discontinuidad se conecta con la superficie. Mediante PCI esto es fácil de determinar por la coherencia de las señales típicas (ver figura 3).

Aplicaciones de la técnica de Imágenes por Coherencia de Fase

La técnica de Imágenes por Coherencia de Fase sobrelleva algunas de las limitaciones del Método de Focalización Total (TFM), en función de esto es aplicado en las mismas áreas de trabajo para las siguientes tareas específicas:

• Detección de Ataque por Hidrógeno a Elevadas Temperaturas (HTHA): Las señales coherentes producidas por el microagrietamiento intergranular por HTHA hacen del PCI la mejor opción para este tipo de evaluaciones.
• Detección de daños por Sulfuro de Hidrógeno (H₂S) húmedo: Mediante esta técnica es fácil de determinar por la coherencia de las señales típicas.
• Seguimiento de grietas en servicio: La alta repetibilidad de los resultados es ideal para el monitoreo de grietas durante el servicio del componente (tuberías, equipos, etc.) al aplicar metodologías como actitud para el servicio o Fitness For Service (FFS).
• Evaluación de soldaduras: Combina las ventajas de las reflexiones de las discontinuidades pequeñas con las difracciones (tal como TOFD), y aparte requiere de menos grupos en comparación con PAUT/TFM para una misma cobertura.

Ventajas de la técnica de Imágenes por Coherencia de Fase

• Inspección de materiales de grano grueso altamente atenuantes: Ya que al estar la intensidad de la indicación en función del nivel de coherencia y no de la amplitud, y siendo las señales o ruido típico de estos materiales incoherente, el mismo se suprime de la pantalla, por lo que se pueden detectar pequeñas fallas en estos materiales.
• Detección de pequeñas fallas cerca de reflectores grandes: Al suprimirse, la indicación de las áreas grandes, tal como la superficie de entrada, la cual produce una señal incoherente, esta igual, se suprime, permitiendo detectar discontinuidades cerca de este (mayor resolución de entrada).
• Alta repetibilidad; lo cual, lo hace apropiado para seguimiento de grietas en servicio.

Desventajas de la técnica de Imágenes por Coherencia de Fase

• Costo inicial elevado por la complejidad del programa de algoritmos adicional al TFM.
• Menor velocidad de adquisición por el elevado procesamiento de data, lo cual disminuye la producción del servicio en campo.
• No requiere manipular la ganancia porque se basa en la coherencia y no de la amplitud de las señales.
• Requiere de menos grupos para cubrir un mismo volumen de material (por ejemplo: una soldadura)

Referencias bibliográficas

FREDÉDÉRIC REVERDY. Los Pros y los Contras de las Imágenes por Coherencia de Fase (PCI); Consultado en fecha 21 de octubre de 2023; https://blog.eddyfi.com/en/the-pros-and-cons-of-phase-coherence-imaging-pci

EVIDENT. Imágenes por Coherencia de Fase (PCI). Mejores Prácticas; Consultado en fecha 22 de octubre de 2023; file:///C:/Users/INSTRUC/Downloads/PCI_Getting_Started_Guide_final.pdf

TREVOR TARTAGLIA. Is Phase Coherence Imaging Right for Your Application?; Consultado en fecha 23 de octubre de 2023; https://blog.asnt.org/is-phase-coherence-imaging-right-for-your-application/