Imaging methodologies applied on phased array ultrasonic data from austenitic welds and claddings

Abstract

The increasing trend to use austenitic welded and cladded materials in critical components employed in some industrial sectors, such as the oil&gas and nuclear industries, leads to an increasing demand for their non-destructive assessment by reliable non-destructive methods. Among the methods used to access the integrity of austenitic welds and claddings are the Ultrasonic Phased Array methods, which are usually used to detect the presence and determine the position of defects. However, austenitic welds and claddings are challenging to inspect with Phased Array methods due to the anisotropy and inhomogeneity caused by their coarse grain microstructure, which is capable of increasing noise levels, misplace indications and create false indications. Therefore, the selection of an appropriate phased array method needs to take into account the method’s ability to overcome the impairment caused by anisotropy and inhomogeneity. This thesis presents two non-conventional methods based on ultrasonic phased array imaging techniques designed to assist the structural integrity assessment of components where austenitic welds and clads are present. Both proposed methods are based on the Total Focusing Method (TFM); the first approach is an expansion of the adaptive delay laws concept named Adaptive Delay Total Focusing Method (ADTFM), while the second method uses the coherence weights combined with the TFM images. From the imaging methods applied it was possible to significantly increase the quality of the ultrasonic images in comparison with the standard TFM, primarily when it was possible to combine both approaches.

A crescente tendência de utilização de materiais austeníticos soldados e cladeados em componentes críticos em alguns setores industriais, como nas indústrias de óleo&gás e nuclear, leva a um aumento na demanda sobre ensaios não-destrutivos confiáveis na avaliação de sua integridade estrutural. Dentre os métodos utilizados na inspeção de soldas cladeados austeníticos estão os métodos de ultrassom por phased array, que são normalmente utilizados na detecção e localização de defeitos. No entanto, componentes com esse tipo de microestrutura são difíceis de inspecionar por phased array devido a anisotropia e inomogeneidade causadas pela microestrutura de grãos grosseiros que costumam levar ao aumento do nível de ruído, ao deslocamento de indicações e ao surgimento de indicações falsas. Sendo assim, a seleção de um método de phased array apropriado precisa levar em conta a habilidade do método em superar os problemas causados pela anisotropia e inomogeneidade. Esta tese apresenta dois métodos de imagem por phased array ultrassônico não-convencionais pensados como formas de ajudar na determinação da integridade de componentes onde soldas e cladeados austeníticos estão presentes. Ambos os métodos tem como base o método de foco total (TFM), sendo que o primeiro é uma extensão do método de leis de atraso adaptativas chamado Método de Foco Total de Atraso Adaptativo (ADTFM) e o segundo método usa fatores de coerência associado à imagens de TFM. A partir dos métodos de imagem aplicados é possível aumentar significativamente a qualidade das imagens por ultrassom em comparação com as imagens padrão obtidas por TFM, especialmente quando foi possível utilizar ambos os métodos combinados.