Tecnología EMAT

Visión general

El transductor acústico electromagnético o EMAT es una técnica de prueba ultrasónica (UT) que genera el sonido en la parte inspeccionada en lugar del transductor.

Un EMAT induce ondas ultrasónicas en un objeto de prueba con dos campos magnéticos que interactúan. Un campo de frecuencia (RF) relativamente alta generado por bobinas eléctricas interactúa con un campo estático o de baja frecuencia generado por imanes para generar una fuerza de Lorentz similar a la de un motor eléctrico.

Esta perturbación se transfiere a la red del material, produciendo una onda elástica. En un proceso recíproco, la interacción de ondas elásticas en presencia de un campo magnético induce corrientes en el circuito de la bobina EMAT receptora.

En el caso de los conductores ferromagnéticos, la magnetostricción produce tensiones adicionales que aumentan las señales a niveles mucho más altos que los que podrían obtenerse con la fuerza de Lorentz por sí sola. Se pueden generar varios tipos de ondas utilizando diferentes combinaciones de bobinas de RF e imanes.

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Como el sonido se genera en la pieza inspeccionada y no en el transductor, los EMAT tienen las siguientes ventajas en comparación con los transductores piezoeléctricos más convencionales:

• Inspección en seco. El EMAT no necesita ningún acoplador para transmitir el sonido, lo que lo hace muy adecuado para la inspección de piezas muy calientes y muy frías y para la integración en entornos automatizados.
• Impermeable a las condiciones de la superficie. Los EMAT pueden inspeccionar todos los recubrimientos y no se ven afectados por los contaminantes, la oxidación o la rugosidad.
• Despliegue más sencillo de los sensores. Al no tener cuñas ni acopladores, la ley de refracción de Snell no se aplica y el ángulo del sensor no afecta a la dirección de propagación. Esto hace que los transductores EMAT sean más fáciles de controlar y desplegar.
• Capacidad para generar modos SH. El EMAT es el único medio práctico para generar ondas cortantes con polarización horizontal (ondas SH) sin altas presiones mecánicas ni acoplantes de baja densidad que impidan el escaneo de la pieza.
• Selectividad de modo. La estructura tipo antena de la bobina EMAT, combinada con una excitación de varios ciclos, proporciona una gran especificidad en el dominio de la frecuencia, lo que permite seleccionar con precisión el modo de onda de interés, lo que es de gran importancia para la generación e interpretación de ondas guiadas.

Modos de onda

EMAT es capaz de generar todos los modos de onda utilizados en las pruebas ultrasónicas, incluidos algunos modos que son muy difíciles o poco prácticos con los transductores piezoeléctricos convencionales. La siguiente tabla proporciona una guía resumida del tipo de onda y la técnicas disponibles para las diferentes aplicaciones.

1 Generación restringida a EMAT por motivos prácticos
2 Especialmente adecuado para la generación con EMAT

Normal Beam (cero grados)

Características

• Dirección de propagación: Perpendicular a la pared de entrada.
• Configuración del sensor: pulse-echo (transmisor = receptor) o pitch-catch (transmisor => receptor).
• Modos de onda: corte ondas horizontales y longitudinales en frecuencias que van desde 500 kHz a 10 MHz. Mientras que el EMAT puede generar ondas cortantes y longitudinales a 0 grados, las ondas cortantes (horizontales) son más fáciles de generar.
• Materiales inspeccionados: metales ferromagnéticos y no ferromagnéticos.

Aplicaciones

• Medición del espesor
• Medición de corrosión y erosión.
• Detección de defectos, como inclusiones, deslaminaciones y desprendimientos.
• Medición de velocidad acústica.
• Reconocimiento de la dirección de rodadura.
• Medición de anisotropía y estrés.
• Medición de la nodularidad.
• Medición de la carga por pernos.

Singularidad del transductor acústico electromagnético (EMAT)

• Seco y sin contacto. La distancia práctica de trabajo entre la bobina y la pieza (despegue) suele ser de entre 0 y 3 mm. Según el material, el equipo y el tipo de inspección, se puede lograr un mayor despegue (hasta 10 mm en el laboratorio). Ideal para entornos automatizados y calurosos.
• No se ve afectado por las condiciones de la superficie (recubrimientos, aceite, óxido).
• Mantiene las lecturas incluso cuando la cara de la sonda no está paralela a la pieza. La única restricción del ángulo entre la bobina y el sensor se debe a la pérdida de señal provocada por el despegue, por lo que, según la aplicación, la bobina o el sensor pueden inclinarse hasta 30° con respecto a la pieza y, aun así, obtener buenas señales.
• Capaz de generar energía de onda cortante (cizallamiento horizontal). Las ondas cortantes tienen aproximadamente la mitad de la velocidad de las ondas longitudinales, lo que proporciona una mejor resolución temporal (algo especialmente importante en el caso de los defectos situados junto a las paredes). Las ondas cortantes también son capaces de detectar defectos perfectamente perpendiculares a la dirección del sonido y se atenúan menos que las ondas longitudinales.
• Posibilidad de seleccionar la dirección de polarización cuando se utilizan bobinas de estilo Racetrack o Butterfly (consulte la sección Bobinas RF).
• Como el EMAT, por definición, no puede utilizar una línea de retardo (o columna de agua), hay una zona muerta de aproximadamente 4 µs (equivalente a unos 6 mm de material).
• Esta zona muerta se puede sortear cuando hay paredes paralelas confiando en el segundo rebote contra la pared para realizar la inspección.

Angled Beam (incluyendo Phase Array)

Características

• Dirección de propagación: en ángulo con respecto a la pared de entrada.
• Configuración del sensor: eco de pulsos o captura de tono, incluida la matriz en fase.
• Modos de onda: corte horizontal y corte vertical en ángulos de 10° a 80° en frecuencias que van de 500 kHz a 10 MHz.
• Materiales inspeccionados: metales ferromagnéticos y no ferromagnéticos.

Aplicaciones

• Detección de defectos.
• Medición de corrosión y erosión.
• Detección de daños y picaduras por hidrógeno.
• Inspección de soldaduras austeníticas en paredes pesadas (>0,5» o 13 mm).
• Inspección de soldaduras durante la soldadura (por ejemplo, soldadura por arco sumergido).
• Detección de defectos volumétricos.

Singularidad del transductor acústico electromagnético (EMAT)

• Seco y sin contacto (hasta 2,5 mm de elevación según la aplicación y la frecuencia). Ideal para entornos automatizados y calurosos.
• No se ve afectado por las condiciones de la superficie (recubrimientos, aceite, óxido). Capaz de inspeccionar superficies muy picadas.
• Si bien la energía vertical de cizallamiento del haz angular es fácil de generar utilizando los ángulos de refracción de los transductores piezoeléctricos (PZT), los haces angulares horizontales de cizallamiento no atraviesan acopladores de alta densidad, por lo que son difíciles de generar y se excluyen de las aplicaciones que requieren el escaneo de la sonda.
• La polaridad de la energía (vertical frente a horizontal) es importante, ya que las ondas de corte no se convierten de modo cuando chocan contra superficies paralelas a la dirección de la polarización, por lo que las ondas horizontales de corte son especialmente adecuadas para la inspección de soldaduras austeníticas y otros materiales con estructuras de grano dendrítico.
• Inspección a temperaturas de hasta 1.382 °F (750 °C).

Ondas guiadas

Características

• Dirección de propagación: paralela a la pared de entrada y dentro de los límites de las paredes superior e inferior. Se limita a un grosor de placa de aproximadamente 13 mm (0,5») para detectar defectos internos.
• Configuración del sensor: eco de pulsos o captura de tono.
• Modos de onda: Shear Horizontal a 90°, ondas Lamb y ondas Rayleigh en frecuencias que van desde 50 kHz a 10 MHz.
• Materiales inspeccionados: metales ferromagnéticos y no ferromagnéticos.

Solicitudes

• Inspección de soldaduras en placas delgadas (<0,5» o 13 mm).
• Detección de defectos en placas, tubos y varillas.
• Medición de corrosión y erosión.
• Caracterización de las propiedades del material (por ejemplo, medición de la velocidad acústica).

Singularidad del transductor acústico electromagnético (EMAT)

• Seco y sin contacto (hasta 2,5 mm de elevación según la frecuencia y el tipo de aplicación). Ideal para entornos automatizados.
• No se ve afectado por las condiciones de la superficie (recubrimientos, aceite, óxido).
• Capacidad de normalizar la señal para una autocalibración automática y continua.
• Menos sensible al posicionamiento de la sonda. Especialmente adecuado para la inspección automatizada de soldaduras.
• Capacidad de concentrar la energía en los límites exteriores o en el centro del material para ser más o menos sensible a los defectos superficiales o internos (por ejemplo, para evitar o ignorar la raíz y la corona en la inspección de soldaduras).

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Estándares industriales y códigos de calidad

Como técnica ultrasónica, EMAT se puede utilizar para cumplir con las normas ISO, AWS, API, MIL-STD y otras normas internacionales de pruebas ultrasónicas. Innerspec Technologies ya ha implementado sistemas diseñados para cumplir con lo siguiente:

• API 5CT (ISO11960) y API 5L8 para tubo y carcasa (OCTG).
• EN10160 para placa.
• MIL-STD 2154 para la inspección ultrasónica de metales forjados.
• CGA C-20 para cilindro de alta presión.

La EMAT también se menciona específicamente en varias normas y códigos ultrasónicos de la EMAT, incluidas las siguientes guías de ASTM:

• Guía estándar ASTM E1774-96 para transductores electromagnéticos acústicos (EMAT).
• Práctica estándar ASTM E1816-96 para exámenes ultrasónicos con tecnología de transductores electromagnéticos acústicos (EMAT).
• Métodos de prueba estándar ASTM E1962-98 para exámenes ultrasónicos de superficies utilizando la tecnología de transductores electromagnéticos acústicos (EMAT).
• ASTM E2929 Standard Practice for Guided Wave Testing of Above Ground Steel Piping with Magnetostrictive Transduction.

Aplicaciones EMAT

El transductor acústico electromagnético (EMAT) es un ensayo ultrasónico no destructivo (NDT) que funciona sin contacto ni acoplamiento. El sonido se genera directamente dentro del material adyacente al transductor. Esta función sin acoplantes hace que el transductor acústico electromagnético sea único para varias aplicaciones:

Haz normal (cero grados)

Características

• Dirección de propagación: Perpendicular a la pared de entrada.
• Configuración del sensor: pulse-echo (transmisor = receptor) o pitch-catch (transmisor => receptor).
• Modos de onda: corte ondas horizontales y longitudinales en frecuencias que van desde 500 kHz a 10 MHz. Mientras que el EMAT puede generar ondas cortantes y longitudinales a 0 grados, las ondas cortantes (horizontales) son más fáciles de generar.
• Materiales inspeccionados: metales ferromagnéticos y no ferromagnéticos.

Solicitudes

• Medición del espesor
• Medición de corrosión y erosión.
• Detección de defectos, como inclusiones, deslaminaciones y desprendimientos.
• Medición de velocidad acústica.
• Reconocimiento de la dirección de rodadura.
• Medición de anisotropía y estrés.
• Medición de la nodularidad.
• Medición de la carga por pernos.

Singularidad del transductor acústico electromagnético (EMAT)

• Seco y sin contacto. La distancia práctica de trabajo entre la bobina y la pieza (despegue) suele ser de entre 0 y 3 mm. Según el material, el equipo y el tipo de inspección, se puede lograr un mayor despegue (hasta 10 mm en el laboratorio). Ideal para entornos automatizados y calurosos.
• No se ve afectado por las condiciones de la superficie (recubrimientos, aceite, óxido).
• Mantiene las lecturas incluso cuando la cara de la sonda no está paralela a la pieza. La única restricción del ángulo entre la bobina y el sensor se debe a la pérdida de señal provocada por el despegue, por lo que, según la aplicación, la bobina o el sensor pueden inclinarse hasta 30° con respecto a la pieza y, aun así, obtener buenas señales.
• Capaz de generar energía de onda cortante (cizallamiento horizontal). Las ondas cortantes tienen aproximadamente la mitad de la velocidad de las ondas longitudinales, lo que proporciona una mejor resolución temporal (algo especialmente importante en el caso de los defectos situados junto a las paredes). Las ondas cortantes también son capaces de detectar defectos perfectamente perpendiculares a la dirección del sonido y se atenúan menos que las ondas longitudinales.
• Posibilidad de seleccionar la dirección de polarización cuando se utilizan bobinas de estilo Racetrack o Butterfly (consulte la sección Bobinas RF).
• Como el EMAT, por definición, no puede utilizar una línea de retardo (o columna de agua), hay una zona muerta de aproximadamente 4 µs (equivalente a unos 6 mm de material).
• Esta zona muerta se puede sortear cuando hay paredes paralelas confiando en el segundo rebote contra la pared para realizar la inspección.

Angled Beam(incluyendo Phased Array)

Características

• Dirección de propagación: en ángulo con respecto a la pared de entrada.
• Configuración del sensor: eco de pulsos o captura de tono, incluida la matriz en fase.
• Modos de onda: corte horizontal y corte vertical en ángulos de 10° a 80° en frecuencias que van de 500 kHz a 10 MHz.
• Materiales inspeccionados: metales ferromagnéticos y no ferromagnéticos.

Solicitudes

• Detección de defectos.
• Medición de corrosión y erosión.
• Detección de daños y picaduras por hidrógeno.
• Inspección de soldaduras austeníticas en paredes pesadas (>0,5» o 13 mm).
• Inspección de soldaduras durante la soldadura (por ejemplo, soldadura por arco sumergido).
• Detección de defectos volumétricos.

Singularidad del transductor acústico electromagnético (EMAT)

• Seco y sin contacto (hasta 2,5 mm de elevación según la aplicación y la frecuencia). Ideal para entornos automatizados y calurosos.
• No se ve afectado por las condiciones de la superficie (recubrimientos, aceite, óxido). Capaz de inspeccionar superficies muy picadas.
• Si bien la energía vertical de cizallamiento del haz angular es fácil de generar utilizando los ángulos de refracción de los transductores piezoeléctricos (PZT), los haces angulares horizontales de cizallamiento no atraviesan acopladores de alta densidad, por lo que son difíciles de generar y se excluyen de las aplicaciones que requieren el escaneo de la sonda.
• La polaridad de la energía (vertical frente a horizontal) es importante, ya que las ondas de corte no se convierten de modo cuando chocan contra superficies paralelas a la dirección de la polarización, por lo que las ondas horizontales de corte son especialmente adecuadas para la inspección de soldaduras austeníticas y otros materiales con estructuras de grano dendrítico.
• Inspección a temperaturas de hasta 1.382 °F (750 °C).

Ondas guiadas

Características

• Dirección de propagación: paralela a la pared de entrada y dentro de los límites de las paredes superior e inferior. Se limita a un grosor de placa de aproximadamente 13 mm (0,5») para detectar defectos internos.
• Configuración del sensor: eco de pulsos o captura de tono.
• Modos de onda: Shear Horizontal a 90°, ondas Lamb y ondas Rayleigh en frecuencias que van desde 50 kHz a 10 MHz.
• Materiales inspeccionados: metales ferromagnéticos y no ferromagnéticos.

Solicitudes

• Inspección de soldaduras en placas delgadas (
• Detección de defectos en placas, tubos y varillas.
• Medición de corrosión y erosión.
• Caracterización de las propiedades del material (por ejemplo, medición de la velocidad acústica).

Singularidad del transductor acústico electromagnético (EMAT)

• Seco y sin contacto (hasta 2,5 mm de elevación según la frecuencia y el tipo de aplicación). Ideal para entornos automatizados.
• No se ve afectado por las condiciones de la superficie (recubrimientos, aceite, óxido).
• Capacidad de normalizar la señal para una autocalibración automática y continua.
• Menos sensible al posicionamiento de la sonda. Especialmente adecuado para la inspección automatizada de soldaduras.
• Capacidad de concentrar la energía en los límites exteriores o en el centro del material para ser más o menos sensible a los defectos superficiales o internos (por ejemplo, para evitar o ignorar la raíz y la corona en la inspección de soldaduras).