Inspeção automatizada com ultrassom phased array : eficiência e sensibilidade na detecção de descontinuidades em aços especiais

Abstract

Os Ensaios Não Destrutivos desempenham um papel fundamental na indústria mundial por permitir realizar inspeções e avaliações de materiais e estruturas sem comprometer sua integridade. Dentre os diversos métodos disponíveis o ensaio de ultrassom se destaca por sua precisão na detecção de descontinuidades internas, sendo amplamente utilizado em setores que possuem uma complexidade nas aplicações de seus materiais, promovendo que as inspeções sejam cada vez mais criteriosas, havendo demanda de atendimento a especificações de normas mais restritas. Esse método possibilita a inspeção em tempo real, fornece medições precisas da localização dos defeitos, onde a sua utilização em processos industriais reduz custos com falhas inesperadas, aumentando a confiabilidade dos produtos e a segurança operacional. Para atendimento desses rigorosos critérios, é imprescindível utilizar técnicas de inspeção mais tecnológicas, como a técnica conhecida por phased array ou varredura de fases, possibilitando que as inspeções ocorram em linhas automáticas, de forma a garantir uma inspeção confiável devido ao incremento da sua capacidade de detecção de defeitos pelo processamento virtual dos sinais recebidos, detectando as inclusões existentes em alta velocidade de inspeção com a mínima incidência de indicações falsas. Os ensaios foram realizados em barras de aço maciço com diâmetros de 30 mm e 52 mm, contendo defeitos artificiais do tipo FBH, SDH e notch com diferentes comprimentos, sob diferentes configurações de velocidade de inspeção e avanço por disparo. O desempenho do sistema foi avaliado por meio de curvas ROC, utilizando a métrica AUC. Os resultados indicaram desempenho excelente para a detecção de descontinuidades com comprimento ≥ 2 mm, com valores de AUC iguais a 1,00 para defeitos com comprimento de 2mm em regiões subsuperficiais, bem como para defeitos de 10 e 30mm no núcleo das barras. Para defeitos com comprimento de 1mm, observou-se redução significativa da sensibilidade em determinadas configurações, com AUC inferiores a 0,30. De modo geral, a técnica de ultrassom Phased Array apresentou elevada confiabilidade e potencial de aplicação em inspeções automatizadas de alta velocidade, desde que associada a uma parametrização adequada.

Non-Destructive Testing plays a fundamental role in global industry by enabling the inspection and evaluation of materials and structures without compromising their integrity. Among the various available methods, ultrasonic testing stands out for its accuracy in detecting internal discontinuities and is widely applied in sectors where material applications are complex, leading to increasingly stringent inspection requirements and compliance with more restrictive standards. This method enables real-time inspection and provides accurate measurements of defect locations; its application in industrial processes reduces costs associated with unexpected failures, thereby increasing product reliability and operational safety. To meet these rigorous requirements, it is essential to employ more advanced inspection techniques, such as phased array ultrasonic testing, which allows inspections to be performed on automated lines, ensuring reliable inspection through enhanced defect detection capability achieved by virtual processing of the received signals, enabling the detection of inclusions at high inspection speeds with minimal false indications. The tests were conducted on solid round steel bars with diameters of 30 mm and 52 mm, containing artificial defects with different lengths, under various inspection speed and advanceper-pulse configurations. System performance was evaluated using ROC curves and the Area Under the Curve (AUC) metric. The results indicated excellent performance for the detection of discontinuities with lengths ≥ 2 mm, with AUC values equal to 1.00 for defects with a length of 2 mm in subsurface regions, as well as for defects with lengths of 10 mm and 30 mm located at the bar core. For defects with a length of 1 mm, a significant reduction in sensitivity was observed under certain configurations, with AUC values below 0.30. Overall, phased array ultrasonic testing demonstrated high reliability and strong potential for application in high-speed automated inspection systems, provided that appropriate parameterization is applied.