Phased array en TOFD

Phased array en TOFD zijn de twee ultrasone technieken die de afgelopen twintig jaar de radiografie hebben teruggedrongen op leidingwerk en dikwandige constructies. Beide leveren een beeld dat wordt opgeslagen, beide vragen geen stralingszone, en beide dekken de lasdoorsnede in een gecontroleerde scan in plaats van met de hand.

Ze meten alleen heel verschillende dingen. Phased array stuurt de bundel elektronisch en bouwt een sectorbeeld op; TOFD meet de looptijd van gebogen golven langs de uiteinden van een fout en meet daarmee de hoogte nauwkeurig. In de praktijk worden ze daarom vaak samen ingezet.

Phased array in het kort

Een phased-arrayopnemer bevat niet één piezo-element maar een rij van bijvoorbeeld 16, 32 of 64 elementen. Door die elementen met kleine tijdverschillen aan te sturen wordt de bundel elektronisch gericht en gefocusseerd. Zo kunt u zonder de opnemer te bewegen een reeks hoeken doorlopen, bijvoorbeeld van 40 tot 70 graden.

Het resultaat is een sectorscan: een waaiervormig beeld van de lasdoorsnede waarin een fout op zijn werkelijke plaats staat. Met een encoder die de positie meet wordt de scan aan de lasomtrek gekoppeld, zodat u achteraf precies weet waar een indicatie zit. ISO 13588 legt de eisen aan uitvoering en niveaus vast.

TOFD in het kort

Bij TOFD staan twee opnemers tegenover elkaar aan weerszijden van de las, een zender en een ontvanger. Tussen de laterale golf langs het oppervlak en de bodemecho ontstaat een tijdvenster. Zit daar een fout, dan buigt het geluid om de punten van die fout heen en komen er twee extra signalen binnen: één van de bovenkant en één van de onderkant.

Uit het tijdverschil tussen die twee volgt de hoogte van de fout, met een nauwkeurigheid die conventionele UT niet haalt, vaak beter dan 1 mm. Juist die hoogte is bepalend voor een breukmechanische beoordeling. ISO 10863 beschrijft de toepassing op lassen. De zwakte van TOFD zijn de dode zones vlak onder het oppervlak en bij de bodem, die met een aanvullende scan worden afgedekt.

Waarom het radiografie vervangt

Er zijn vier praktische redenen. Er is geen stralingszone nodig, dus de productie hoeft niet stil. Het resultaat is direct beschikbaar in plaats van na ontwikkelen. De hoogte van een fout wordt gemeten, wat bij radiografie onmogelijk is. En de gevoeligheid voor vlakke fouten, precies het gevaarlijke type, is aanzienlijk beter.

Daar staat tegenover dat de opstelling per lasconfiguratie moet worden ontworpen en gekwalificeerd, en dat het apparaat en de operator duurder zijn. Voor een handvol lassen loont het niet; voor een serie gelijke lassen, zoals een pijpleiding of een reeks vaten, wint het snel.

Kwalificeren van de techniek

Anders dan bij handmatige UT is de gevoeligheid van een gemechaniseerde opstelling niet vanzelfsprekend. De scanopstelling, de hoeken, de focus en de dekking worden vastgelegd in een procedure die wordt aangetoond op een proefstuk met bekende reflectoren, vaak vlakbodemgaten of ingebrachte fouten op de kritische posities.

Voor drukapparatuur en pijpleidingen wordt vaak een volledige technische rechtvaardiging geeist, met bewijs dat de opstelling de te verwachten fouten op elke diepte vindt. Dat traject hoort in de planning, niet in de week van de eerste las. Zie het ITP opstellen.

Beoordeling: amplitude of fitness for service

De klassieke route is beoordelen op amplitude en lengte tegen ISO 19285 voor phased array en ISO 15626 voor TOFD, met niveaus die aansluiten op ISO 5817. Dat is de werkwijze voor gewone constructies.

Omdat PAUT en TOFD de hoogte van een fout meten, is er ook een tweede route: beoordelen op breukmechanische aanvaardbaarheid volgens BS 7910 of API 579. Een fout die de standaardgrens overschrijdt kan dan alsnog aantoonbaar veilig zijn. Dat is de reden waarom deze technieken in de offshore en de procesindustrie zo aantrekkelijk zijn: minder reparaties zonder de veiligheid te verlagen.