Técnica avanzada de Ultrasonido por el Método de Focalización Total para la identificación y caracterización de defectos

Autor: Carlos Álvarez, 17 agosto 2023.

El ultrasonido ha sido una herramienta fundamental en la inspección no destructiva de materiales durante décadas, permitiendo la detección, caracterización de defectos sin comprometer la integridad de los objetos inspeccionados. A medida que la tecnología avanza, surgen técnicas más sofisticadas y efectivas, y una de las más destacadas es la Técnica de Ultrasonido por Método de Focalización Total (tecnica-avanzada-de-ultrasonido-por-el-método-de-focalización-total-para-la-identificación-y-caracterización-de-defectos). Esta técnica ha revolucionado la forma en que se identifican y caracterizan defectos en una amplia gama de aplicaciones industriales, desde la fabricación hasta el mantenimiento.

 El método de focalización total (TFM) se basa en la misma metodología de orientación y focalización que la tecnología por ultrasonido multielemento (Phased Array) convencional; solo que, en este caso, la focalización se aplica en todas las partes de la región de interés (el «área TFM»), y no solo en una profundidad fija. Si bien el TFM podría aplicarse mediante la transmisión física de haces acústicos focalizados en todas las posiciones de la región de interés, el tiempo necesario para completar tal ciclo de adquisición es extremadamente largo.

¿Qué es el Ultrasonido por el Método de Focalización Total (TFM)?

El avance tecnológico en el campo de la inspección no destructiva ha revolucionado la forma en que se detectan y caracterizan defectos en materiales y componentes. Una técnica que ha ganado prominencia en este ámbito es el Ultrasonido por el Método de Focalización Total (TFM). Esta es una técnica sofisticada dentro del método de ensayo de Ultrasonido e incorporada a la técnica avanzada de Ultrasonido por Arreglo de Fases (PAUT) que ha mejorado significativamente la capacidad de detección y caracterización de defectos, así como la probabilidad de detección (POD) en aplicaciones críticas en el sector industrial.

El TFM emplea un enfoque innovador donde cada elemento del transductor es activado individualmente y la señal es recolectada por todos los elementos del mismo, siendo esta primera parte del proceso conocido como Captura de Matriz Completa (FMC).

Luego esta información es procesada por un software potente cuyos algoritmos permite el ajuste dinámico del punto focal durante el procesamiento de datos (TFM), con lo que se obtiene una imagen detallada de la estructura interna del material, permitiendo detectar defectos o discontinuidades con un incremento del POD, así como su caracterización detallada, siendo este último aspecto uno de los aportes más valiosos de la técnica.

Identificación de efectos

Uno de los aspectos más destacados del Ultrasonido TFM es su capacidad para identificar defectos con una precisión excepcional, aparte de mejorar el POD. Al realizar un ajuste dinámico del punto focal, la técnica TFM puede detectar defectos como grietas, inclusiones, porosidad y discontinuidades en materiales metálicos y no metálicos. La matriz de transductores permite una cobertura completa de la muestra, lo que resulta en una detección más confiable y exhaustiva de defectos en comparación con las técnicas convencionales de ultrasonido.

Caracterización de defectos

Además de la identificación, la caracterización de defectos precisa es esencial para comprender su naturaleza y gravedad. El Ultrasonido por TFM brinda la capacidad de evaluar la forma, el tamaño, la orientación y la ubicación de los defectos. La información recopilada a través de esta técnica permite a los ingenieros y técnicos determinar si un defecto es crítico y si puede afectar la integridad estructural o funcional de un componente. Este es uno de los ensayos que mejor permite la caracterización de defectos a la par con la radiografía. Esto es especialmente crucial en industrias como la aeroespacial, la automotriz y la de energía, donde la seguridad y el rendimiento son prioritarios.

Aplicaciones del Ultrasonido por el Método de Focalización Total (TFM)

El TFM ha encontrado una amplia variedad de aplicaciones en diversas industrias debido a su capacidad para ofrecer imágenes de alta resolución y su versatilidad en diferentes contextos para la detección y caracterización de defectos, aparte de una buena POD. Algunas de las aplicaciones clave de la TFM son:

• Inspección de Soldaduras: En la industria de la construcción y fabricación, la TFM se utiliza para inspeccionar soldaduras en estructuras metálicas. Permite la detección de grietas, inclusiones y otros defectos que podrían afectar la integridad de las uniones soldadas.
• Evaluación de Materiales Compuestos: En la industria automotriz y aeroespacial, la TFM es valiosa para evaluar materiales compuestos en componentes como alas de aviones o carrocerías de automóviles. Puede detectar defectos internos que no son visibles desde la superficie.
• Inspección de Tubos y Conductos: En la industria de petróleo y gas, la TFM es usada para inspeccionar tuberías y conductos en busca de corrosión, erosión u otros tipos de deterioro.
• Control de Calidad en Fabricación: La TFM se aplica en la fabricación de piezas y componentes para garantizar su calidad y funcionalidad, detectando defectos que podrían afectar su rendimiento.
• Investigación Científica: La TFM también tiene aplicaciones en investigación científica, como en el estudio de materiales avanzados, la caracterización de estructuras biológicas y más.

Ventajas del Ultrasonido por el Método de Focalización Total sobre técnicas Convencionales

El Ultrasonido por el Método de Focalización Total (TFM) ofrece varias ventajas significativas en comparación con las técnicas convencionales de inspección por ultrasonido:

• Resolución Mejorada: TFM utiliza algoritmos avanzados para enfocar el haz ultrasónico en múltiples puntos, generando imágenes de alta resolución con una visualización detallada de los defectos. Esta resolución mejorada mejora la POD al permitir la detección y caracterización de defectos más pequeños y superficiales que podrían pasar desapercibidos con métodos convencionales.
• Sensibilidad Mejorada: Con TFM, la energía ultrasónica se puede enfocar de manera más precisa en los defectos, lo que conduce a una mayor sensibilidad en la detección de defectos. Esto significa que incluso defectos sutiles o desafiantes se pueden detectar con mayor confiabilidad, reduciendo el riesgo de falsos negativos.
• Mejor Caracterización de Defectos: TFM permite una mejor caracterización de defectos. Esto no solo ayuda a identificar la ubicación de los defectos, sino que también permite evaluar sus formas, orientaciones y tamaños, lo que lleva a decisiones más informadas sobre la integridad del componente.
• Tiempo de Inspección Reducido: TFM puede reducir significativamente el tiempo de inspección en comparación con las técnicas convencionales. La capacidad del método para recopilar y procesar grandes cantidades de datos de manera eficiente mejora la productividad y acelera las inspecciones críticas.
• Versatilidad: TFM es aplicable a una amplia gama de materiales y estructuras, incluidos metales, compuestos y soldaduras. Su adaptabilidad a diversos escenarios de inspección lo convierte en una herramienta valiosa en numerosas industrias, como la aeroespacial, petróleo y gas, manufactura e infraestructura.

Conclusiones

La Técnica de Ultrasonido por Método de Focalización Total (TFM) ha demostrado ser una herramienta invaluable para la identificación y caracterización de defectos en una variedad de aplicaciones industriales. Su capacidad para proporcionar imágenes de alta resolución y su versatilidad en diferentes contextos hacen de esta técnica una opción imprescindible para la inspección no destructiva avanzada.

A medida que la tecnología continúa evolucionando, el TFM desempeñará un papel cada vez más importante en la garantía de la calidad y la integridad de los materiales y componentes en numerosas industrias. La integración de TFM en las prácticas de NDT ha supuesto un cambio de paradigma en la detección y evaluación de defectos.

Referencias bibliográficas

• OLYMPUS. Uso del método de focalización total para mejorar el procesamiento de imágenes por ultrasonido multielemento (Phased Array); Consultado en fecha 13 de Agosto de 2023; https://www.olympus-ims.com/es/applications/using-the-total-focusing-method-to-improve-phased-array-ultrasonic-imaging

• OLYMPUS. Preguntas formuladas frecuentemente sobre el método de focalización total (TFM); Consultado en fecha 14 de Agosto de 2023; https://www.olympus-ims.com/es/resources/faqs/frequently-asked-questions-about-tfm/

• EDDYFI. Total Focusing Method (TFM); Consultado en fecha 15 de Agosto de 2023; https://www.eddyfi.com/en/technology/total-focusing-method-tfm