BRPI0615440B1 - Método de teste ultra-sônico e método de fabricação de cano ou tubo sem costura - Google Patents

Abstract

método de teste ultra-sônico e método de fabricação de cano ou tubo sem costura. a presente invenção refere-se a um ângulo de incidência circunferencial <244>i de uma onda ultra-sônica transmitida a partir de uma sonda ultrasônica 1 sobre um objeto de teste tubular p e um ângulo de incidência axial <225>i da onda ultra-sônica transmitida a partir da sonda ultra-sônica 1 sobre o objeto de teste tubular p que é estabelecido baseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/d do objeto de teste tubular p, de modo que ângulo interno de refração <sym>k calculado a partir do ângulo de incidência circunferencial <244>i, do ângulo de incidência axial <225>i, e da proporção de espessura para diãmetro externo t/d do objeto de teste tubular não pode ser menor do que 35<198> e não maior do que 60<198>.

Description

(54) Título: MÉTODO DE TESTE ULTRA-SÔNICO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE CANO OU TUBO SEM COSTURA (51) Int.CI.: G01N 29/04; G01N 29/24; G01N 29/26 (30) Prioridade Unionista: 26/06/2006 JP 2006-175610, 26/08/2005 JP 2005-245475 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): MASAKI YAMANO

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DE TESTE ULTRA-SÔNICO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE CANO OU TUBO SEM COSTURA .

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um método de teste ultra-sônico para detectar, por utilizar ondas ultra-sônicas, uma falha de superfície interna de um objeto de teste tubular tal como um cano ou tubo de aço e com um método para fabricar um cano ou tubo sem costura por utilizar este método de teste ultra-sônico e, mais especificamente, com um método de teste ultrasônico capaz de detectar falhas de superfície interna possuindo vários ângulos de inclinação com respeito a uma direção axial de um objeto de teste tubular com quase a mesma capacidade de detecção independente de uma proporção de espessura para diâmetros externos e de ângulos de inclinação das falhas de superfície interna do objeto de teste tubular, e com um método de fabricação de cano ou tubo sem costura utilizando este método de teste ultra-sônico.

Antecedentes da Técnica

À medida que a demanda por canos ou tubos com qualidade superior cresceu nos últimos anos, existe uma crescente tendência de que padrões de teste não destrutivos para canos ou tubos (daqui para frente referidos como canos quando julgado apropriado) estão se tornando mais rigorosos.

Por exemplo, um cano sem costura, o qual é um cano típico, é fabricado pela perfuração de um lingote com um instrumento perfurante para formar um casco oco e pela laminação do casco oco com um laminador de mandril ou coisa parecida. O cano sem costura possui falhas possuindo vários ângulos de inclinação (daqui para frente referidas como falhas inclinadas quando julgado apropriado) com respeito à direção axial.

Uma falha inclinada é acreditada como sendo causada pela deformação na direção axial de uma rachadura longitudinal originalmente existente no lingote no processo de fabricação acima ou pela transferência de uma falha existente em uma face de orientação de uma sapata de guia para manter um centro de trajeto do casco oco. Portanto, o ângulo de inclinação da falha inclinada com respeito à direção axial do cano sem costura se altera dependendo de uma diferença no diâmetro de um cano do cano sem costura ou de uma causa para a ocorrência da mesma. Ou seja, existem falhas inclinadas com vários ângulos de inclinação no cano sem costura.

Desde que existe uma tendência de condições mais apertadas de serviço dos canos sem costura de ano para ano, alta qualidade é demandada e detecção precisa das falhas inclinadas acima também é severamente demandada.

Convencionalmente, vários métodos para detectar as falhas inclinadas existentes nos canos sem costura têm sido propostas.

Na Publicação de Patente Japonesa Exposta 55-116251 (daqui para frente referida como Literatura de Patente 1), por exemplo, é proposto um método para detectar uma falha inclinada pela disposição de uma sonda ultra-sônica em uma posição e ângulo de inclinação apropriado dependendo da posição e do ângulo de inclinação da falha inclinada a ser detectada.

Entretanto, o método descrito na Literatura de Patente 1 possui um problema pelo fato de que muito tempo e recurso humano são necessários devido ao ângulo de inclinação da sonda ultra-sônica dever ser alterado cada vez de acordo com o ângulo de inclinação da falha inclinada a ser detectada. Além disso, para detectar as falhas inclinadas com vários ângulos de inclinação existindo no cano sem costura em um ciclo de trabalho de detecção de falha, como descrito acima, várias sondas ultra-sônicas devem ser proporcionadas, cada uma das quais é disposta com um ângulo de inclinação diferente. Ou seja, existem problemas pelo fato de que equipamento grande é requerido e os custos elevados são acarretados, em adição às disposições/configurações complicadas e à calibragem das sondas ultrasônicas.

Para resolver estes problemas do método descrito na Literatura de Patente 1 acima, um método de detecção de falha que aplique uma sonda ultra-sônica de série em fase na qual vários transdutores (elementos para transmitir/receber ondas ultra-sônicas) são dispostos em uma única fileira, é proposto na Publicação de Patente Japonesa Exposta 61-223553 (daqui para frente referida como Literatura de Patente 2). Mais especificamente, on- /U das ultra-sônicas de cisalhamento são propagadas dentro do cano pelo alinhamento de uma direção de disposição dos transdutores com a direção axial do cano e pela disposição da sonda ultra-sônica descentralizada a partir de um centro axial do cano. Então, de acordo com este método, as falhas inclinadas com vários ângulos de inclinação são detectadas pela alteração do ângulo de inclinação (ângulo de inclinação com respeito à direção axial do cano) das ondas ultra-sônicas transmitidas e recebidas pela sonda ultrasônica utilizando a varredura eletrônica que eletricamente controla o fuso horário de transmissão/recepção da onda ultra-sônica por cada transdutor.

Entretanto, um método da Literatura de Patente 2 possui principalmente os seguintes problemas.

A figura 1 apresenta um diagrama ilustrando um exemplo de uma relação entre o ângulo de inclinação (ângulo formado por uma direção de extensão da falha inclinada e a direção axial do cano) das falhas inclinadas e a intensidade do eco de acordo com um método de teste ultra-sônico aplicando uma sonda ultra-sônica de série em fase, verificada por um experimento conduzido pelos inventores da presente invenção. Mais concretamente, a figura 1 apresenta a intensidade de eco (intensidade relativa quando a intensidade de eco de uma falha inclinada com o ângulo de inclinação de 0° é definida como sendo 0 dB) de cada falha inclinada quando, em um estado onde uma sonda ultra-sônica de série em fase equivalente a esta descrita na Literatura de Patente 2 é disposta com uma excentricidade constante a partir do centro axial do cano, o ângulo de inclinação da onda ultrasônica é alterado pela varredura eletrônica de acordo com o ângulo de inclinação de cada falha inclinada de modo que a direção de extensão da falha inclinada e uma direção de propagação (direção de propagação vista a partir de uma direção normal de um plano tangencial do cano incluindo um ponto incidente da onda ultra-sônica) da onda ultra-sônica transmitida pela sonda ultra-sônica são ortogonais uma à outra. Os inventores da presente invenção verificaram um problema em que, como apresentado na figura 1, a intensi4 dade do eco é diferente dependendo do ângulo de inclinação da falha inclinada mesmo se a falha inclinada for do mesmo tamanho (0,5 mm em profundidade e 25 mm em comprimento).

O inventor da presente invenção verificou que este problema é causado por um fato de que se os ângulos de inclinação de ondas ultrasônicas forem alterados através da varredura eletrônica de acordo com os ângulos de inclinação das respectivas falhas inclinadas na condição onde uma excentricidade da sonda ultra-sônica de série em fase é estabelecida para um valor constante, de modo que uma direção se estendendo das falhas inclinadas pode ser ortogonal a uma direção de propagação das ondas ultra-sônicas transmitidas pelas sondas ultra-sônicas, um ângulo (ângulo interno de refração) formado por uma normal do cano em um ponto onde a onda ultra-sônica (linha central de um feixe de onda ultra-sônica) que entrou no cano alcança uma superfície interna do cano e a onda ultra-sônica (linha central do feixe de onda ultra-sônica) e um ângulo (ângulo externo de refração) formado por uma normal do cano em um ponto onde a onda ultrasônica (linha central do feixe de onda ultra-sônica) que entrou no cano alcançou uma superfície externa do cano e a onda ultra-sônica (linha central do feixe de onda ultra-sônica) varia com:

(1) excentricidades das sondas ultra-sônicas;

(2) ângulos de inclinação das ondas ultra-sônicas devido à varredura eletrônica; e (3) uma proporção de espessura (t) para diâmetro externo (D) dos canos (= t/D).

Como descrito acima, os inventores da presente invenção verificaram que o método descrito na Literatura de Patente 2 tem o problema de que a intensidade do eco é diferente dependendo do ângulo de inclinação da falha inclinada e existe uma possibilidade de que este problema possa impedir a detecção de uma falha prejudicial ou leve a uma detecção excessiva de falhas mínimas que não precisam ser detectadas.

Por outro lado, o Pedido de Patente Japonesa Exposto 2005221371 (daqui para frente referido como Literatura de Patente 3) propõe

um método de teste ultra-sônico para utilizar uma sonda ultra-sônica de série em fase na qual cada um dos transdutores possui uma inclinação axial do cano (a qual corresponde ao ângulo de inclinação da onda ultra-sônica descrito acima) de um transdutor derivado a partir de uma inclinação de uma falha (o qual corresponde ao ângulo de inclinação da falha inclinada descrita acima) e um ângulo de refração de detecção de falha (= ao ângulo externo de refração descrito acima) e um ângulo de incidência circunferencial do cano (o qual corresponde a um ângulo de incidência circunferencial do cano determinado baseado nas excentricidades descritas acima).

De acordo com o método descrito na Literatura de Patente 3, baseado em uma inclinação axial do cano e em um ângulo de incidência circunferencial do cano de cada um dos transdutores, uma falha inclinada possuindo um ângulo de inclinação específico (especialmente uma falha de superfície externa presente na superfície externa do cano) pode ser detectado muito precisamente. Entretanto, este método tem o problema de que a capacidade de detecção deteriora para uma falha inclinada possuindo um ângulo de inclinação diferente desta na hora de se projetar as sondas ultrasônicas.

Adicionalmente, de acordo com o método descrito pela Literatura de Patente 3, a capacidade de detecção tende a deteriorar mais para uma falha de superfície interna do que para uma falha de superfície externa, de modo que a falha de superfície interna pode ser perdida. O inventor da presente invenção verificou que este problema é causado por um fato em que um ângulo interno de refração se torna muito grande se comparado com o ângulo externo de refração devido a proporção de espessura para diâmetro externo do cano e ao ângulo de inclinação da falha inclinada.

Além disso, Pedido de Patente Japonesa Exposto 5-249091 (daqui para frente referido como Literatura de Patente 4) propõe um método de teste ultra-sônico para detectar uma falha inclinada possuindo um ângulo de inclinação desejado na condição onde um ângulo de incidência de uma onda ultra-sônica sobre um cano é mantido constante (ou seja, um ângulo externo de refração é mantido constante) pela rotação de uma sonda ultra-sônica ao longo de uma face lateral de um cone que possui um ponto de incidência da onda ultra-sônica sobre o cano como seu vértice e uma normal neste ponto de incidência como seu eixo geométrico central.

Entretanto, o método descrito na Literatura de Patente 4 também tem um problema pelo fato de que a capacidade de detecção deteriora mais para uma falha de superfície interna do que para uma falha de superfície externa porque um ângulo interno de refração se torna muito grande se comparado com um ângulo externo de refração, o qual é um valor constante dependendo de uma proporção de espessura para diâmetro externo de um cano e de um ângulo de inclinação de uma falha inclinada.

Em outras palavras, os métodos descritos nas Literaturas de Patentes 3 e 4 possuem ambos um problema de detecção difícil devido à capacidade de detecção deteriorada de uma falha de superfície interna dependendo de uma proporção de espessura para diâmetro externo de um cano e de um ângulo de inclinação de uma falha inclinada, porque a configuração da condição de detecção de falha é baseada em um ângulo externo de refração que pode ser derivado a partir de uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica longitudinal) através de um meio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica e o cano, de uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica (onda ultrasônica de cisalhamento) através do cano, e de um ângulo de incidência da onda ultra-sônica sobre o cano de acordo com a lei de Snell.

Descrição da Invenção

Como descrito acima, o método de teste ultra-sônico convencionai tem um problema pelo fato de que a capacidade de detecção deteriora para uma falha de superfície interna presente em uma superfície interna de um cano dependendo de uma proporção de espessura para diâmetro externo do cano e de um ângulo de inclinação da falha inclinada, detecção esta na qual as falhas de superfície interna por meio do método de teste ultrasônico pode igualmente ser mais importante do que a detecção das falhas de superfície externa. Isto é porque a detecção de falhas de superfície externa incluindo inspeção visual pode ser facilmente realizada também por

quaisquer outros métodos NDI tal como o método de teste de corrente de Foucault e o método de teste de fluxo de escapamento magnético. Em contraste, a detecção de falhas de superfície interna pelo dispositivo de inspeção visual, pelo método de teste de corrente de Foucault ou pelo teste de fluxo de escapamento magnético é sujeita a ter uma necessidade de inserção de uma cabeça de sensor apropriada dentro do cano, o que leva a um problema de que o tempo de inspeção tende a ser prolongado e um mecanismo de inserção da cabeça do sensor tende a ser maior em tamanho e complicado.

É para ser observado que os problemas das tecnologias convencionais descritas acima não estão limitados a um caso onde um objeto de teste é um cano sem costura, mas são comuns ao teste ultra-sônico de todos os tipos de objetos de teste tubulares nos quais falhas inclinadas podem ocorrer, incluindo um cano soldado, tal como um cano em espiral ou um eixo de roda oco.

Para resolver estes problemas das tecnologias convencionais, a presente invenção foi desenvolvida, e é um objetivo da presente invenção proporcionar um método de teste ultra-sônico capaz de detectar falhas de superfície interna possuindo vários ângulos de inclinação com respeito a uma direção axial de um objeto de teste tubular com quase a mesma capacidade de detecção independente de uma proporção de espessura para diâmetro externo e dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna do objeto de teste tubular, e um método de fabricação do cano sem costura utilizando este método de detecção de falha.

Os inventores da presente invenção discutiram devotadamente para resolver os problemas descritos acima e, como resultado, verificaram que somente por estabelecer a condição de detecção de falhas de modo que um ângulo interno de refração não possa ser menos do que 35° e não mais do que 60°, é possível substancialmente igualar as intensidades de ecos refletidos pelas falhas de superfície interna e, por conseqüência, detectar as falhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecção independente de uma proporção de espessura para diâmetro externo e dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna de um objeto de teste tubular.

A presente invenção foi completada baseada no conhecimento descrito acima do inventor. Ou seja, como descrito na reivindicação 1, a presente invenção proporciona um método para executar teste ultra-sônico por dispor uma sonda ultra-sônica de modo a ficar voltada para uma superfície externa de um objeto de teste tubular, onde, um ângulo de incidência circunferencial ai de uma onda ultra-sônica transmitida a partir da dita sonda ultrasônica sobre o dito objeto de teste tubular e um ângulo de incidência axial βι da onda ultra-sônica transmitida a partir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto de teste tubular são estabelecidos baseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular, de modo que um ângulo interno de refração Gk calculado a partir do dito ângulo de incidência circunferencial ai, o dito ângulo de incidência axial βΐ, e a dita proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular não pode ser menor do que 35° e não maior do que 60°.

De acordo com a presente invenção, o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βί são estabelecidos baseado na proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular, de modo que o ângulo interno de refração Gk não pode ser menor do que 35° e não maior do que 60°. Portanto, é possível substancialmente igualar intensidades de ecos, refletidas por falhas de superfície interna se estendendo em uma direção ortogonal a uma direção de propagação de ondas ultra-sônicas que são determinadas pelo ângulo de incidência circunferencial ai e pelo ângulo de incidência axial βί e, por consequência, detectar as falhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecção independente de uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D e dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna de um objeto de teste tubular.

Na presente invenção, o termo ângulo interno de refração significa o ângulo Gk formado, no plano de propagação da onda ultra-sônica do objeto de teste tubular P por uma normal L2 do objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) em um ponto A da superfície interna do objeto de teste tubular P alcançado pela onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) após entrar no objeto de teste tubular P (vide figura 3 (d)). O termo ângulo de incidência circunferencial na presente invenção significa o ângulo ai formado, em um corte transversal circunferencial do objeto de teste tubular P, por uma normal L3 do objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) em um ponto incidente O da onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) (vide figura 3 (b)). Adicionalmente, o termo ângulo de incidência axial na presente invenção significa o ângulo pi formado em uma corte transversal axial do objeto de teste tubular T por uma normal L4 do objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) em um ponto incidente O da onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) (veja a figura 3 (c)).

Em um caso onde a direção na qual uma falha a ser detectada se estende é conhecida antecipadamente, como descrito na reivindicação 2, de preferência, o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial pi são estabelecidos de modo que uma direção de propagação de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o dito objeto de teste tubular, calculado a partir do dito ângulo de incidência circunferencial ai e do dito ângulo de incidência axial pi, pode ser substancialmente ortogonal a uma direção de extensão de uma falha a ser detectada, e então, pelo menos um dentre o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial pi é ajustado de modo que o dito ângulo interno de refração 0k não pode ser menor do que 35° e não mais do que 60°.

De preferência, como descrito na reivindicação 3, a dita sonda ultra-sônica surge em uma sonda ultra-sônica de série em fase na qual vários transdutores são dispostos; e por eletricamente controlar o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de uma onda ultra-sônica pelos ditos vários transdutores, pelo menos um dentre o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial pi da onda ultra-sônica transmitida para o dito objeto de teste tubular, é eletricamente ajustado.

Ao!'

De acordo com tal configuração preferida, pelo menos um dentre o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial βί pode ser ajustado facilmente e com boa capacidade de reprodução sem a utilização de um mecanismo mecânico de deflexão de ângulo. Adicionalmente, ele pode ser ajustado automaticamente por controle remoto ou de acordo com a t/D do objeto de teste tubular e assim por diante.

Como descrito acima, apesar do ângulo interno de refração 0k ser calculado a partir do ângulo de incidência circunferencial ai do ângulo de incidência axial βί e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular, especificamente, como descrito na reivindicação 4, o dito ângulo interno de refração 0k pode ser calculado pela Equação (1) seguinte:

Θ k=cos ¹ (cos 0 r-cos 0 — sin Θ r-cos Γ -sin0) · -·(1) onde um ângulo de propagação γ, um ângulo externo de refração 0r, e um ângulo φ são dados pelas Equações (2) até (4) seguintes, respectivamente:

r=tan ¹( sinft i cos0 i-sinüd (2)

0r=sin ¹({(Vs/^zVÍ)²*(sin²jSi + cos²jS i-sir^ai) J^1/2) ---(3)

0=sin ^k-sín θ ’) — Θ ’ ---(4) onde, na Equação (3) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular e Vi se refere a uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica em um meio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultrasônica e o objeto de teste tubular, k e 0' na Equação (4) acima são dados pelas Equações (5) e (6) seguintes, respectivamente.

(5) tan0' —cos γ -tan Θ r ·’·(6)

Na presente invenção, o termo ângulo de propagação significa o ângulo γ formado pela direção de propagação (direção de propagação vista a partir de uma direção normal do plano tangencial do objeto de teste tubular P incluindo o ponto incidente O da onda ultra-sônica) da onda ultrasônica (iinha central do feixe de onda ultra-sônica) tendo entrado no objeto de teste tubular P e uma tangente circunferencial L do objeto de teste tubular P passando através do ponto incidente O (vide figura 3 (a)). Adicionalmente, o termo ângulo externo de refração significa o ângulo 0r formado em um plano de propagação da onda ultra-sônica do objeto de teste tubular P, por uma normal L1 do objeto de teste tubular e a onda ultra-sônica U (linha central de um feixe de onda ultra-sônica) em um ponto B na superfície externa do objeto de teste tubular P alcançado pela onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) após entrar no objeto de teste tubular P (vide figura 3 (d)).

É para ser observado que o ângulo externo de refração 0r na Equação (1) acima é em função (em um caso onde Vs/Vi é estabelecido para um valor constante) do ângulo de incidência circunferencial ai e do ângulo de incidência axial βι como descrito na Equação (3). O ângulo de propagação γ na Equação (1) acima é em função do ângulo de incidência circunferencial ai e do ângulo de incidência axial βι como descrito na Equação (2) acima. Adicionalmente, o ângulo φ na Equação (1) acima é em função de k e 0', como descrito na Equação (4). Neste caso, k se refere a uma função da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular como descrito na Equação (5) acima, e 0' se refere a uma função do ângulo de propagação γ e do ângulo externo de refração 0r como descrito na Equação (6) acima. Por conseqüência, o ângulo φ é em função do ângulo de incidência circunferencial ai, do ângulo de incidência βί, e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular. Portanto, o ângulo interno de refração GkOfornecido pela Equação (1) acima é de forma resultante uma função do ângulo de incidência circunferencial ai do ângulo de incidência axial βί e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular.

&

Para resolver os problemas descritos acima, como descrito na reivindicação 5, a presente invenção também proporciona um método para executar teste ultra-sônico pela disposição de uma sonda ultra-sônica de modo a ficar voltada para uma superfície externa do objeto de teste tubular, onde um ângulo de incidência Gw de uma onda ultra-sônica transmitida a partir da dita sonda ultra-sônica sobre o dito objeto de teste tubular, e um ângulo de propagação γ da onda ultra-sônica, feito incidente sobre o dito objeto de teste tubular, são estabelecidos em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular de modo que um ângulo interno de refração Gk, calculado a partir do dito ângulo de incidência Gw, o dito ângulo de propagação γ, e a proporção de espessura para diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular, não podem ser menos do que 35° e não mais do que 60°.

De acordo com a presente invenção, o ângulo de incidência Gw e o ângulo de propagação γ são estabelecidos de acordo com a proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular, de modo que o ângulo interno de refração Gk não possa ser menor do que 35° e não mais do que 60°. Portanto, é possível substancialmente igualar as intensidades de ecos refletidos pelas falhas de superfície interna se estendendo de forma ortogonal a uma direção de propagação estabelecida (ângulo de propagação γ) de uma onda ultra-sônica e, por consequência detectar as falhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecção independente de uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D e dos ângulos de inctinação das falhas de superfície interna do objeto de teste tubular.

O termo ângulo de incidência da onda ultra-sônica sobre o objeto de teste tubular na presente invenção significa o ângulo Gw formado, no plano de propagação da onda ultra-sônica do objeto de teste tubular P, por uma normal L3 do objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) no ponto incidente O da onda ultrasônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) (vide figura 7 (d)). Adicionalmente, se um ângulo de incidência Gw for determinado, o ângulo de refração Gs é unicamente pela lei de Snell, de modo que a expressão esta13 belecer ο ângulo de incidência θνν na presente invenção é de um conceito incluindo não somente o caso de estabelecer o ângulo de incidência θνν literalmente, mas também o caso de estabelecer o ângulo de refração 0s.

Se uma direção na quai uma falha a ser detectada se estende é conhecida antecipadamente, como descrito na reivindicação 6, de preferência, o dito ângulo de propagação γ é estabelecido de modo que uma direção de propagação de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o dito objeto de teste tubular possa ser substancialmente ortogonal a uma direção de extensão de uma falha a ser detectada, e então, o dito ângulo de incidência θνν é ajustado de modo que o dito ângulo interno de refração 0k não pode ser menor do que 35° e não maior do que 60°.

Como descrito acima, apesar do ângulo interno de refração 0k ser calculado a partir do ângulo de incidência θνν, do ângulo de propagação γ, e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular, especificamente, como descrito na reivindicação 7, o dito ângulo interno de refração Ok pode ser calculado pela Equação (1) seguinte:

onde um ângulo externo de refração 0r e um ângulo φ na Equação (1) acima são dados pelas Equações (7) e (4) seguintes, respectivamente:

sin 0 r—Vs/VHsin 0 w ·· (7) 0=sin ¹(k-sin Θ ’) — Θ ’ ‘*(4) onde, na Equação (7) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular e Vi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica em um meio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica e o objeto de teste tubular, e k e θ' na Equação (4) acima são dados pelas Equações (5) e (6) seguintes, respectivamente:

tan0 ’ =cos T “tan Θ r ·^β·(6)

É para ser observado que o ângulo externo de refração Gr na Equação (1) acima é uma função (em um caso onde Vs/Vi é estabelecida para um valor constante) do ângulo de incidência θνν como descrito na Equação (7). O ângulo φ na equação (1) acima é uma função de k e Θ¹, como descrito na Equação (4). É para ser observado que k se refere a uma função da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular como descrito na Equação (5) acima, e θ' se refere a uma função do ângulo de propagação γ e do ângulo externo de refração 0r como descrito na Equação (6) acima. Por consequência, o ângulo φ é uma função do ângulo de incidência 0w, do ângulo de propagação γ e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular. Portanto, o ângulo interno de refração interna 0k dado peia Equação (1) acima é uma função do ângulo de incidência Ow, do ângulo de propagação γ e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste tubular.

Adicionalmente, para resolver os problemas acima, como descri to na reivindicação 8, a presente invenção também proporciona um método para fabricar um cano de aço sem costura, compreendendo: uma primeira etapa de perfurar um lingote para fabricar um cano de aço sem costura; e uma segunda etapa para detectar uma falha no cano de aço sem costura fabricado pela dita primeira etapa, por utilizar o método de teste ultra-sônico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 7.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é um gráfico apresentando um exemplo de uma relação entre um ângulo de inclinação de uma falha inclinada e uma intensidade de eco com um método de detecção de falha aplicando uma sonda ultrasônica convencional de série em fase.

A figura 2 é um diagrama esquemático apresentando uma configuração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

A figura 3 é uma ilustração explicativa apresentando o comportamento de propagação de uma onda ultra-sônica em um aparelho de teste ultra-sônico apresentado na figura 2.

A figura 4 é um gráfico apresentando um exemplo de uma relação entre um ângulo interno de refração e uma intensidade de eco em uma falha de superfície interna.

A figura 5 é um diagrama esquemático apresentando uma configuração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção.

A figura 6 é um diagrama esquemático apresentando uma configuração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção.

A figura 7 é um diagrama esquemático explicativo apresentando os comportamentos de propagação de uma onda ultra-sônica no aparelho de teste ultra-sônico apresentado na figura 6.

Melhor Modo para Realizar a Invenção

O dito a seguir irá descrever modalidades da presente invenção em um exemplo, onde um objeto de teste tubular é um cano tal como um cano de aço com referência aos desenhos acompanhantes de forma apropriada.

Primeira Modalidade

A figura 2 é um diagrama esquemático apresentando uma configuração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico para executar um teste ultra-sônico de acordo com a primeira modalidade da presente invenção, a figura 2A é uma vista frontal e a figura 2B é uma vista lateral. A figura 3 é uma ilustração explicativa apresentando comportamentos de propagação de uma onda ultra-sônica de um aparelho de teste ultra-sônico apresentado na figura 2, do qual, a figura 3A é uma vista em perspectiva, a figura 3B é uma vista em corte transversal circunferencial do cano, a figura 3C é uma vista em corte transversal axial do cano, e a figura 3D é uma vista em corte transversal vista ao longo de um plano de propagação das ondas ultrasônicas (isto é, plano incluindo os pontos O, A e B apresentados na figura 3A). Como apresentado na figura 2, um aparelho de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente modalidade compreende uma sonda ultra-sônica de série em fase 1 na qual vários (128, na presente modalidade) transduto16 res de faixa (cada um dos quais possui 0,75 mm por 10 mm e opera em uma freqüência oscilante de 5 MHz na presente modalidade) 11 são dispostos de forma reta, e o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 para controlar a transmissão e a recepção de ondas ultra-sônicas pela sonda ultra5 sônica 1. O aparelho de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente modalidade, adicionalmente compreende um circuito de decisão de falha 3 para detectar a presença de uma falha em um cano P por comparar uma amplitude de um eco refletido a partir do cano P (mais especificamente, eco refletido sintetizado por um circuito de síntese de forma de onda 223 descrito 10 posteriormente) com um valor limite predeterminado, e o dispositivo de saída de alarme, etc, 4. para emitir um alarme etc, predeterminado, se uma falha for detectada pelo circuito de decisão de falha 3.

A sonda ultra-sônica 1 é disposta de modo a ficar voltada para uma superfície externa do cano P por meio de um meio de acoplamento (á15 gua, na presente modalidade) de modo que os transdutores 11 podem ser dispostos ao longo de uma direção axial do cano P. A sonda ultra-sônica 1 pode ser movida horizontalmente (em uma direção indicada pela seta X na figura 2B) e fixa junto a uma posição arbitraria pela utilização de um mecanismo de posicionamento (não apresentado) que é constituído por um para2Ó fuso esférico, etc. Um ângulo de incidência circunferencial ai de uma onda ultra-sônica sob o cano P (ângulo formado por uma normal L3 do ponto O do cano P e um feixe de onda ultra-sônica U: veja figura 3B) é determinado baseado em uma posição horizontal (uma excentricidade com respeito a um centro axial do cano P no corte transversal circunferencial do cano) da sonda ultra-sônica 1 que é estabelecida pelo mecanismo de posicionamento.

O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 de acordo com a presente modalidade compreende um circuito de transmissão 21, um circuito de recepção 22, e um circuito de controle 23. O circuito de transmissão 21 compreende um pulsador 211 conectado com cada um dos transdu30 tores 11 para fornecer ao mesmo um sinal de pulso de modo que ele possa transmitir uma onda ultra-sônica, e um circuito de atraso 212 para estabelecer um tempo de atraso (tempo de atraso de transmissão) do sinal de pulso

a ser fornecido a partir de cada um dos pulsadores 211 para cada um dos transdutores 11. O circuito de recepção 22 compreende um receptor 221 conectado com cada um dos transdutores 11 para amplificar um eco refletido recebido por cada um dos transdutores 11, um circuito de atraso 222 para estabelecer um tempo de atraso (tempo de atraso de recepção) do eco refletido amplificado por cada um dos receptores 221, e um circuito de síntese de forma de onda 223 para sintetizar o eco refletido para o qual o tempo de atraso é estabelecido por cada um dos circuitos de atraso 222. O circuito de controle 23 seleciona um dentre os vários transdutores arranjados 11 que é programado para transmitir ou receber uma onda ultra-sônica e determina um tempo de atraso a ser estabelecido pelo circuito de atraso 212 ou pelo circuito de atraso 222 correspondendo a cada um dos transdutores 11 selecionados.

No dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 possuindo a configuração como descrita acima, o circuito de atraso 212 estabelece um tempo de atraso de transmissão predeterminado, para permitir alterar uma direção de propagação de uma onda ultra-sônica transmitida a partir da sonda ultra-sônica 1. Subseqüentemente, um tempo de atraso de recepção predeterminado (o qual geralmente é o mesmo que o tempo de atraso estabelecido pelo circuito de atraso 212) é estabelecido pelo circuito de atraso 222 para o eco refletido amplificado pelo receptor 221, e então suporta a síntese no circuito de síntese em forma de onda 223, desse modo permitindo seletivamente amplificar uma onda ultra-sônica que se propagou através de uma direção específica.

Em outras palavras, o controle de atraso pelos circuitos de atraso 212 e 222, de acordo com a presente modalidade, permite executar a varredura ultra-sônica elétrica desviada na direção (direção axial do cano P), na qual os transdutores 11 estão dispostos. Ou seja, através do controle de atraso pelos circuitos de atraso 212 e 222, um ângulo de incidência axial βι de uma onda ultra-sônica sobre o cano P (ângulo formado por uma normal L4 no ponto O no cano P e o feixe de onda ultra-sônica U no corte transversal axial do cano: vide figura 3C) é determinado.

Mais especificamente, o aparelho de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente modalidade possui uma configuração tal que um tempo de atraso de transmissão e um tempo de atraso de recepção que são calculados a partir de uma velocidade de propagação de uma onda ultrasônica (onda ultra-sônica longitudinal) em um meio de acoplamento (água), uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica de cisalhamento) no cano P, e uma distância da série dos transdutores 11, e assim por diante, são estabelecidos para um grupo de transdutores (grupo de transdutores dos 16 transdutores na presente modalidade) com um número predeterminado dos transdutores 11 entre os vários transdutores 11 constituindo a sonda ultra-sônica 1, desse modo transmitindo e recebendo a onda ultra-sônica desviada pelo ângulo de incidência axial βΐ de modo que as falhas podem ser detectadas. Quando um grupo de transdutores termina a detecção de falha, os outros grupos de transdutores a serem selecionados são seqüencialmente trocados para executar a varredura elétrica, desse modo aperfeiçoando uma velocidade de detecção de falha. Neste caso, se tal configuração for empregada na qual ondas ultra-sônicas podem ser transmitidas e recebidas simultaneamente pelos vários grupos de transdutores (três grupos de transdutores na presente modalidade), uma velocidade da própria varredura elétrica pode ser aperfeiçoada. Adicionalmente, por transmitir e receber a onda ultra-sônica possuindo ângulos de incidência axiais βί diferentes pelos vários grupos de transdutores selecionados, respectivamente, é possível, simultaneamente, detectar várias falhas possuindo diferentes ângulos de inclinação. É para ser observado que a presente modalidade realizou o teste ultra-sônico através de um comprimento total do cano P por de forma espiral alimentar o cano P axialmente.

É para ser observado que o aparelho de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente modalidade apresenta que um ângulo de incidência circunferencial ai e um ângulo de incidência axial βι são estabelecidos baseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P, de modo que o ângulo interno de refração Gk descrito posteriormente não pode ser menor do que 35° e não maior do que 60°. As razões para isto são descritas abaixo, mais especificamente com referência à figura 3, de forma apropriada.

Como apresentado na figura 3, ondas ultra-sônicas transmitidas a partir de cada um dos transdutores 11 da sonda ultra-sônica 1, são supostas de entrar no cano P no ponto O em sua superfície externa, refletidas no ponto A em uma superfície interna do cano P, e de alcançar o ponto B na superfície externa do cano P. Adicionalmente, é suposto que um ângulo (ângulo de propagação) formado por uma direção de propagação da onda ultrasônica que entrou através do ponto O (direção de propagação como vista a partir de uma direção de uma normal de um plano tangencial do cano T incluindo o ponto de incidência O) e por uma tangente circunferencial L do cano P passando através do ponto de incidência O, é para ser γ (daqui para frente, referido como direção de propagação γ¹¹, de forma apropriada), um ângulo externo de refração no ponto B (ângulo formado por uma normal L1 no ponto B no cano P e o feixe de onda ultra-sônica U em um plano de propagação da onda ultra-sônica apresentado na figura 3 (d)) é Gr, e um ângulo interno de refração no ponto A (ângulo formado por uma normal L2 no ponto A do cano P.e o feixe de onda ultra-sônica U no plano de propagação da onda ultra-sônica apresentado na figura 3 (d)), é Gk, então, Gk, γ e Gr são dados pelas Equações (1) até (3) seguintes, respectivamente:

0k=cos ¹(cos Θ r-cos φ —sin Θ r-cos T -sin0) '(1) =tan

sin/? j cos/Ji-sinai (2)

0r=sin \l(Vs/Vi)²· (sin²/? i+cos²/? i-sin²a i)}^1/2) ---(3)

É para ser observado que Vs na Equação (3) acima se refere a uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica se propagando através do cano P e Vi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica em um meio de acoplamento que preenche um espaço entre os transdutores 11 e o cano P. Adicionalmente, na equação 1 acima, φ se refere a um ângulo formado por uma linha reta passando através de um centro C do cano e o ponto O e uma linha reta passando através do centro C do cano, e o ponto A (o qual é igual a um ângulo formado por uma linha reta passando através do centro C do cano e o ponto A e uma linha reta passando através do centro C do cano e o ponto B) no corte transversal axial do cano apresentada na figura 3B, e dado pela Equação (4) seguinte:

φ =sin ^k-sin Θ^f) — 0 ' · (4)

Na Equação (4) acima, k e Θ¹ são dados pelas Equações (5) e (6) seguintes, respectivamente:

(5) k=

1-2 (t/D) tan0' =cos γ -tan Θ r ”*(6)

Como pode ser visto a partir das Equações (2) e (3) acima, a direção de propagação γ e o ângulo externo de refração 0r da onda ultrasônica, são cada um, em função de um ângulo de incidência circunferencial ai de uma onda ultra-sônica sobre o cano P e um ângulo de incidência axial βί da onda ultra-sônica sobre o cano P, os quais são determinados por uma excentricidade da sonda ultra-sônica 1. Adicionalmente, o ângulo interno de refração Ok dado na Equação (1) acima é em função do ângulo de incidência circunferencial ai do ângulo de incidência axial pi e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P, como derivado a partir das Equações (2) até (6) acima.

É para ser observado que como descrito acima, de acordo com um método descrito na Literatura de Patente 2, sob uma condição, de modo a proporcionar uma excentricidade constante na hora de dispor a sonda ultra-sônica na condição onde ela fica descentralizada do centro axial do cano P(ou seja, proporcionar um ângulo de incidência circunferencial ai constante sobre o cano P que é determinado baseado em uma excentricidade), somente um ângulo de inclinação de uma onda ultra-sônica com respeito à direção axial do cano P é alterado (somente o ângulo de incidência axial βί é alterado) de modo que uma direção de propagação da onda ultra-sônica po21

de ser ortogonal a uma direção na qual uma falha inclinada se estende. Neste caso, se somente o ângulo de incidência axial βΐ for alterado como derivado a partir das Equações (1) e (3) acima, cada um dentre o ângulo externo de refração 0r e o ângulo interno de refração 0k altera à medida que o ângulo de incidência axial βΐ altera, de modo que, como descrito acima, uma intensidade de eco altera com o ângulo de inclinação da falha inclinada, assim levando a uma alteração na capacidade de detecção da falha.

A figura 4 apresenta um exemplo de uma intensidade de um eco refletido por uma falha de superfície interna (possuindo uma profundidade de 0,5 mm e um comprimento de 25 mm) em um caso onde o ângulo interno de refração 0k é alterado em uma faixa entre 30° e 75°, ambos inclusivos, em um estado onde uma direção de extensão da falha de superfície interna é ortogonal à direção de propagação yde uma onda ultra-sônica transmitida a partir da sonda ultra-sônica. É para ser observado que tal alteração na intensidade do eco como apresentada na figura 4 possui a mesma tendência independente da direção de propagação γ das ondas ultra-sônicas. Como apresentado na figura 4, em uma faixa do ângulo interno de refração 0k entre 35° e 55°, ambos inclusivos, a intensidade do eco permanece substancialmente constante; entretanto, em uma faixa de 0k além de 55°, a intensidade do eco diminui monotonamente, até que ela possua um valor de não mais do que -12 dB com respeito ao seu valor de pico da intensidade do eco (quando 0k = 40°) quando 0k = 60°. É para ser observado que dados experimentais apresentados na figura 4 e dados calculados obtidos por cálculos numéricos são diferentes em uma faixa onde o ângulo de refração 0k excede 60°. Este fenômeno é considerado como sendo causado por um fato pelo qual à medida que o ângulo interno de refração 0k aumenta, um ângulo de refração 0s de ondas ultra-sônicas no cano P (ângulo formado por uma normal no ponto de incidência O no cano P e um feixe de onda ultra-sônica U no plano de propagação da onda ultra-sônica apresentado na figura 3(d)) também aumenta, de modo que, como resultado, em experimentos reais, um fator de transmissão de movimento recíproco em uma interface entre um meio de acoplamento e o cano P diminui ou as ondas são mais atenuadas à medida que elas se propagam através do cano P.

A amplificação pelo receptor 221 pode compensar uma diminuição de somente um valor máximo de -12 dB ou desse modo verdadeiramente na intensidade do eco causada por uma alteração no ângulo de refração Gk. Portanto, como pode ser visto a partir da figura 4, é necessário estabelecer tal condição na qual o ângulo interno de refração Gk pode ser 60° ou menos, de modo a obter pelo menos -12 dB de uma intensidade de eco se comparado com seu valor de pico.

Por outro lado, já é conhecido que se o ânguio interno de refração Gk for cerca de 30° ou menos, quando uma onda ultra-sônica transversal que alcançou uma superfície interna do cano P é refletida, pelo menos 50% de sua energia é convertida a partir de um modo de onda transversal para um modo de onda longitudinal. Isto causa um problema pelo fato de que estas conversões de modo diminui uma intensidade de uma onda ultra-sônica de cisalhamento se propagando através do cano P, assim resultando em uma diminuição na capacidade de detecção de falhas de superfície externa de salto de 1,0. Para evitar tal problema e em consideração a um espalhamento no feixe de onda ultra-sônica de cerca de +2 até 5°, é necessário estabelecer tal condição, na qual o ângulo interno de refração Gk possa ser 35° ou maior, para impedir a conversão do modo de onda ultra-sônica de cisalhamento quando a onda é refletida na superfície interna do cano P.

Pelas razões descritas acima, no aparelho de teste ultra-sônico 100, de acordo com a presente modalidade, o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial pi são estabelecidos baseado na proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P, de modo que o ângulo interno de refração Gk não pode ser menos do que 35° e mais do que 60°, ambos inclusivos (de preferência, não menor do que 35° e não maior do que 55°, ambos inclusivos, onde a intensidade do eco se altera menos). Assim, é possível substancialmente igualar a intensidade de eco refletido nas falhas de superfície externa e por conseqüência detectar as falhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecção, independente da proporção de espessura para diâmetro externo VD e dos

ângulos de inclinação das falhas de superfície interna do cano P.

É para ser observado que em um caso onde uma direção de extensão de uma falha de superfície interna a ser detectada já é conhecida, somente tem que ser estabelecido o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βΐ de modo que a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o cano P possa ser substancialmente ortogonal à direção de extensão da falha a ser detectada, e então, ajustar pelo menos um dentre o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βΐ de modo que o ângulo interno de refração 0k não possa ser menor do que 35° e não maior do que 60°.

Adicionalmente, se uma configuração para alterar uma amplitude do receptor 221 baseado em uma alteração no ângulo interno de refração 0k em uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos, for empregada, é preferível que as intensidades de eco refletidas nas falhas de superfície interna possam ser igualadas ainda mais substancialmente e por conseqüência, as capacidades de detecção das falhas de superfície interna possam ser igualadas ainda mais substancialmente.

A Tabela 1 apresenta os resultados de cálculos do ângulo de propagação γ, do ângulo externo de refração 0r, e do ângulo interno de refração 0k de uma onda ultra-sônica em um caso onde o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βί no aparelho de teste ultrasônico 100 são estabelecidos para vários valores para o cano P possuindo um diâmetro externo de 190 mm e uma espessura de 11 mm (t/D s 5,8%). Nestes cálculos, as Equações (1) até (6) acima foram utilizadas. Adicionalmente, na Equação (3), Vs = 3200 m/seg (velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica de cisalhamento através do cano de aço) e Vi = 1500 m/seg (velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas longitudinais na água).

Tabela 1

	excen- tricidade (mm)	Ângulo de incidência circunferencial α i (°)	Ângulo de incidência axial β i (°)	Ângulo de propagação γ(°)	Ângulo externo de refração Θ r (°)	Ângulo interno de refração Θ k(«)
A	26	16	0	0	36	42
B	24	15	6	22	36	41
C	20	12	12	45	39	42
D	25	15	0	0	35	40
E	25	15	6	22	38	43
F	25	15	15	45	51	56
G	11	7	16	67	40	41
H	7	4	19	78	46	46

No caso de executar o teste ultra-sônico em uma falha de superfície interna, para obter ecos iguais de falha (ecos refletidos pelas falhas de superfície interna) independente dos ângulos de inclinação (= ângulo de propagação γ de uma onda ultra-sônica) das falhas de superfície interna (ou seja, para obter o ângulo interno de refração Gk igual), é ideal a partir de um ponto de vista de estabilidade de resultados de detecção de falha, ajustar e estabelecer uma excentricidade (ângulo de incidência circunferencial ai) e o ângulo de incidência axial βΐ para cada um dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna, por exemplo, como apresentado nas condições A, B e C na Tabela 1. Entretanto, esta abordagem possui deficiências de configurações difíceis e de uma necessidade de preparar várias sondas ultra-sônicas 1 para as quais diferentes excentricidades são estabelecidas em um caso onde as falhas de superfície interna possuindo diferentes ângulos de inclinação são para ser detectadas simultaneamente.

Por outro lado, se os ângulos de inclinação das falhas de superfície interna estiverem em uma faixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos (ou seja, o ângulo de propagação γ de uma onda ultra-sônica está em uma faixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos), mesmo se as excentricidades das sondas ultra-sônicas 1 forem estabelecidas constantes, é possível estabelecer o ângulo interno de refração Gk em uma faixa entre 40° e 56°, ambos inclusivos,

por de forma apropriada estabelecer a excentricidade (ângulo de incidência circunferencial ai) e o ângulo de incidência axial βΐ como apresentado nas condições D, E e F na Tabela 1. Na medida que o ângulo interno de refração 0k se altera em tal faixa, a intensidade do eco nas falhas de superfície interna se altera por tanto quanto cerca de 10 dB, como apresentado na figura 4 descrita acima, de modo que por empregar uma configuração para alterar uma amplificação do receptor 221 baseada no ângulo de propagação γ da onda ultra-sônica (baseado no ângulo de inclinação da falha de superfície interna), quase a mesma capacidade de detecção pode ser dada para as falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação na faixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos.

Adicionalmente, como descrito acima, em um caso onde uma configuração para simultaneamente transmitir e receber ondas ultra-sônicas pela utilização de três grupos de transdutores, pelo estabelecimento das condições D, E e F na Tabela 1 para o primeiro, segundo e terceiro grupos de transdutores, respectivamente, é possível simultaneamente detectar falhas de superfície interna possuindo ângulos de inclinação de 0°, 22° e 45° com a sonda ultra-sônica única 1.

A Tabela 2 apresenta resultados de cálculos do ângulo de propagação γ, do ângulo externo de refração Gr e do ângulo interno de refração Gk de uma onda ultra-sônica em um caso onde o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βΐ no aparelho de teste ultrasônico 100 são estabelecidos para vários valores para o cano P possuindo um diâmetro externo de 160 mm e uma espessura de 28 mm (t/D = 18%). É para ser observado que como no caso da Tabela 1, nestes cálculos, as Equações (1) até (6) descritas acima foram utilizadas. Adicionalmente, na Equação (3), Vs = 3200 m/seg (velocidade de propagação de uma onda ultrasônicas de cisalhamento através do cano de aço) e Vi = 1500 m/seg (velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas longitudinais na água).

Tabela 2

	excen- trici- dade (mm)	Ângulo de incidência circunferencial ai (°)	Ângulo de incidência axial βΐ (°)	Ângulo de propagaçâoy(°)	Ângulo externo de refração 6r (°)	Ângulo interno de refração Θ k(°)
A	19	12	0	0	26	41
B	19	12	5	22	28	43
C	19	12	12	45	37	51
D	11	7	16	67	39	43
E	7	4	19	78	46	48

Como apresentado nas condições A, B e C na Tabela 2, os valo-

res de uma excentricidade (ângulo de incidência circunferencial ai) e do ângulo de incidência axial βί são diferentes destes para as condições D, E e F na Tabela 1; entretanto, na medida que, por de forma apropriada estabelecer os mesmos respectivamente, os ângulos de inclinação das falhas de superfície interna situam-se em uma faixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos (ou seja, o ângulo de propagação γ de uma onda ultra-sônica se situa em uma faixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos), mesmo se as excentricidades das sondas ultra-sônicas 1 forem estabelecidas constantes, é possível estabelecer o ângulo interno de refração 6k em uma faixa entre 4Γ e 51 °, ambos inclusivos. Portanto, por empregar uma configuração para alterar uma amplificação do receptor 221 baseado no ângulo de propagação γ da onda ultrasônica (baseado no ângulo de inclinação da falha de superfície interna), quase a mesma capacidade de detecção pode ser dada para as falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação na faixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos.

Entretanto, sob quaisquer condições dadas nas Tabelas 1 e 2, se o ângulo de inclinação de uma falha de superfície interna (ângulo de propaga20 ção γ da onda ultra-sônica) assumir um valor maior de 67° (condição G na Tabela 1 ou condição D na Tabela 2) ou 78° (condição H na Tabela 1 ou condição E na Tabela 2), é necessário ajustar e estabelecer uma excentricidade (ângulo de incidência circunferencial ai) e um ângulo de incidência axial βι para cada um dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna.

Segunda Modalidade

A figura 5 é um diagrama esquemático apresentando uma configuração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico para executar um teste ultra-sônico de acordo com a segunda modalidade da presente invenção, do qual, a figura 5A é uma vista lateral e a figura 5B é uma vista frontal. Como apresentado na figura 5, um aparelho de teste ultra-sônico 100A de acordo com a presente modalidade compreende uma sonda ultra-sônica de série em fase 1A na qual vários (32 na presente modalidade) transdutores de faixa (cada um dos quais possui 0,75 mm por 10 mm e opera em uma freqüência oscilante de 5 MHz) 11 são dispostos em um formato de arcos concêntricos do cano P, e o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 para controlar a transmissão e a recepção de ondas ultra-sônicas pela sonda ultra-sônica 1A. Da mesma forma que o aparelho de teste ultra-sônico 100 de acordo com a primeira modalidade, também o aparelho de teste ultra-sônico 100A de acordo com a presente modalidade compreende um circuito de decisão de falha 3 para detectar a presença de uma falha em um cano P por comparar uma amplitude de um eco refletido a partir do cano P com um valor limite predeterminado, e o dispositivo de saída de alarme, etc., 4 para emitir um alarme, etc., predeterminado, se uma falha for detectada pelo circuito de decisão de falha 3.

A sonda ultra-sônica 1A é disposta de modo a ficar voltada para uma superfície externa do cano P via um meio de acoplamento (água, na presente modalidade) de modo que a direção arrumada dos transdutores 11 é ao longo de uma direção circunferencial do cano P. Nesta configuração, cada um dos transdutores 11 é disposto como inclinado em uma direção axial do cano P, de modo que uma onda ultra-sônica transmitida pode ter um ângulo de incidência axial predeterminado βΐ (17° na presente modalidade). Portanto, para a sonda ultra-sônica 1A, de acordo com a presente modalidade, o ângulo de incidência axial βί de uma onda ultra-sônica a ser enviada para o cano P assume um valor fixo determinado por uma inclinação dos transdutores 11.

O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 de acordo com a presente modalidade possui a mesma configuração que esta de acordo com a primeira modalidade e assim, é capaz de varredura ultra-sônica <aJ elétrica desviada em uma direção na qual os transdutores 11 são dispostos (direção de circunferência do cano P). Ou seja, um ângulo de incidência circunferencial ai de uma onda ultra-sônica sobre o cano P é determinado através do controle de atraso pelos circuitos de atraso 212 e 222.

Mais especificamente, o aparelho de teste ultra-sônico 100A de acordo com a presente modalidade possui uma configuração tai que um tempo de atraso de transmissão e um tempo de atraso de recepção, os quais são calculados a partir de uma velocidade de propagação dê uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica longitudinal) em um meio de acoplamento (água), de uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica de cisalhamento) no cano P, de um afastamento da série dos transdutores 11, e assim por diante, são estabelecidos para os 32 transdutores da sonda ultra-sônica 1A, desse modo transmitindo e recebendo a onda ultra-sônica desviada pelo ângulo de incidência circunferencial ai de modo que falhas possam ser detectadas. Então, pela alteração das configurações do tempo de atraso de transmissão e do tempo de atraso de recepção para detectar falhas à medida que rapidamente alterando um ângulo de incidência circunferencial ai, é possível seqüencialmente detectar falhas possuindo ângulos de inclinação diferentes. É para ser observado que a presente modalidade realizou o teste ultra-sônico através de um comprimento total do cano P por alimentar em forma de espiral o cano P axialmente.

Como este da primeira modalidade, o aparelho de teste ultrasônico 100A de acordo com a presente modalidade apresenta que o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βί são estabelecidos baseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P, de modo que um ângulo interno de refração 0k dado na Equação (1) acima não possa ser menor do que 35° e não maior do que 60°. Portanto, é possível substancialmente igualar as intensidades de eco refletido em falhas de superfície interna e por conseqüência detectar as falhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecção, independente da proporção de espessura para diâmetro externo t/D e dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna do cano P.

Como a primeira modalidade, também na presente modalidade, se uma configuração para alterar uma amplitude de um receptor 221 baseado em uma alteração no ângulo interno de refração 0k em uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos, for empregada, é preferível que as intensidades de eco refletido nas falhas de superfície interna possam ser igualadas ainda mais e por conseqüência, as capacidades de detecção das falhas de superfície interna podem ser igualadas ainda mais.

A Tabela 3 apresenta os resultados de cálculos do ângulo de propagação γ, de um ângulo externo de refração 0r, e de um ângulo interno de refração 0k de uma onda ultra-sônica em um caso onde o ângulo de incidência circunferencial ai é estabelecido para vários valores (na condição onde o ângulo de incidência axial βί é fixado em 17°) no aparelho de teste ultra-sônico 100A para o cano P possuindo um diâmetro externo de 190 mm e uma espessura de 11 mm (t/D = 5,8%). Nestes cálculos, as Equações (1) até (6) descritas acima foram utilizadas. Adicionalmente, na Equação (3), Vs = 3200 m/seg (velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica de cisalhamento através do cano de aço) e Vi = 1500 m/seg (velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas longitudinais na água).

Tabela 3

	Ângulo de incidência circunferencial ai (°)	Ângulo de incidência axial βί (°)	Ângulo de propagação γ(°)	Ângulo externo de refração 9r (’)	Ângulo interno de refração Θ k (°)
A	0	17	90	39	39
B	4	17	78	40	40
C	7	17	67	43	44
D	15	17	50	55	60

Como apresentado na Tabela 3, por eletricamente alterar o ângulo de incidência circunferencial ai em uma faixa entre 0° e 15°, ambos inclusivos, na condição onde o ângulo de incidência axial βί é fixo em 17°, é possível alterar o ângulo de propagação γ de ondas ultra-sônicas em uma

faixa entre 50° e 90°, ambos inclusivos, enquanto mantendo o ângulo interno de refração 0k em uma faixa entre 39° e 60°, ambos inclusivos. Portanto, por empregar uma configuração para alterar uma amplificação do receptor 221 baseado no ângulo de propagação γ das ondas ultra-sônicas (baseado no ângulo de inclinação da falha de superfície interna), quase a mesma capacidade de detecção pode ser dada para as falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação na faixa entre 50° e 90°, ambos inclusivos.

Terceira Modalidade

Um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com ã presente modalidade possui uma configuração na qual o aparelho de teste ultrasônico 100 de acordo com a primeira modalidade apresentado na figura 2 e o aparelho de teste ultra-sônico 100A de acordo com a segunda modalidade apresentado na figura 5 são combinados. Mais especificamente, nesta configuração, a sonda ultra-sônica 1 no aparelho de teste ultra-sônico 100 e a sonda ultra-sônica 1A no aparelho de teste ultra-sônico 100A são proporcionadas lado a lado em uma direção de circunferência de um cano P ou em uma direção axial do mesmo. É para ser observado que o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 para controlar a transmissão e a recepção de ondas ultra-sônicas pela sonda ultra-sônica pode ser proporcionado separadamente para as sondas ultra-sônicas 1 e 1A ou pode ser compartilhado em uso pelas sondas ultra-sônicas 1 e 1 A.

Como descrito acima, no aparelho de teste ultra-sônico 100 de acordo com a primeira modalidade, é possível alterar um ângulo de incidência axial βϊ na condição onde uma excentricidade da sonda ultra-sônica 1 é fixa (um ângulo de incidência circunferencial ai é fixo) como apresentado nas condições D, E e F na Tabela 1 ou nas condições A, B e C na Tabela 2, desse modo detectando substancial mente de forma igual também as falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação em uma faixa entre 0° e 45°, ambos inclusivos.

Por outro lado, no aparelho de teste ultra-sônico 100A de acordo com a segunda modalidade, é possível alterar o ângulo de incidência circun31 ferencial ai na condição onde o ângulo de incidência axial pi é fixo como apresentado na Tabela 3, desse modo detectando substancialmente de forma igual também falhas de superfície interna possuindo qualquer ângulos de inclinação em uma faixa entre 50° e 90°, ambos inclusivos.

Portanto, com o aparelho de teste ultra-sônico, de acordo com a presente modalidade, feito pela combinação do aparelho de teste ultrasônico 100 com o aparelho de teste ultra-sônico 100A, é possível detectar substancialmente de forma igual também falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação em uma faixa entre 0° e 90°, ambos inclusivos. Adicionalmente, somente é necessário eletricamente alterar o ângulo de incidência circunferencial ai do aparelho de teste ultra-sônico 100A e o ângulo de incidência axial βί do aparelho de teste ultra-sônico 100 por meio do controle de atraso, para eliminar o ajuste mecânico do ângulo de incidência circunferencial ai e do ângulo de incidência axial pi, de modo que a condição de detecção de falha pode ser estabelecida de modo extremamente facil para aperfeiçoar uma eficiência da detecção de falha.

É para ser observado que por empregar tal configuração do aparelho de teste ultra-sônico de acordo com a presente modalidade, na qual as sondas ultra-sônicas 1 e as sondas ultra-sônicas 1A são proporcionadas por tanto quanto duas cada, é possível detectar substancialmente de forma igual também falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação em uma faixa entre 0° e 360°, ambos inclusivos, pelo uso, por exemplo, da seguinte disposição. Ou seja, as respectivas sondas ultra-sônicas 1 são dispostas de modo que elas podem ter sinais opostos de uma excentricidade (ângulo de incidência circunferencial ai) e também sujeitas aos controle de atraso de modo que elas podem ter sinais opostos de uma faixa na qual o ângulo de incidência axial pi de cada uma das sondas ultra-sônicas 1 é alterado. Por outro lado, as sondas ultra-sônicas 1A são dispostas de modo que elas podem ter sinais opostos do ângulo de incidência axial pi e também sujeitas ao controle de atraso, de modo que elas podem ter sinais opostos de uma faixa na qual o ângulo de incidência circunferencial βι de cada uma das sondas ultra-sônicas 1A é alterado. Portanto, é possível detectar substanci-

almente de forma igual falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação em uma faixa entre 0° e 360°, ambos inclusivos.

Adicionalmente, uma variante do aparelho de teste ultra-sônico de acordo com a presente modalidade pode empregar uma configuração tal de modo a compreender uma sonda ultra-sônica de série em fase bidimensional na qual transdutores mínimos são dispostos nas direções axial e de circunferência do cano P. Além disso, em tal configuração, é possível detectar substancialmente de forma igual também falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulos de inclinação em uma faixa entre 0° e 360°, ambos inclusivos, por se empregar uma configuração na qual o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βι são ajustados por se conduzir o controle de atraso em cada um dos transdutores, de modo que um ângulo interno de refração Ok não possa ser menor do que 35° e não maior do que 60°. ambos inclusivos, para alterar uma amplificação de um receptor 221 baseado no ângulo de propagação yda onda ultra-sônica (baseado no ângulo de inclinação da falha de superfície interna).

Quarta Modalidade

A figura 6 é um diagrama esquemático apresentado uma configuração de esboço de um aparelho de teste ultra-sônico de acordo com a quarta modalidade da presente invenção, do qual, a figura 6A é uma vista em perspectiva e a figura 6B é uma vista plana. A figura 7 é um diagrama esquemático explicativo apresentando os comportamento de propagação de ondas ultra-sônicas no aparelho de teste ultra-sônico apresentado na figura 6, do qual, a figura 7A é uma vista em perspectiva, a figura 7B é uma vista em corte transversal circunferencial do cano, a figura 7C é uma vista plana, e a figura 7D é uma vista em corte transversal ao iongo de um plano de propagação de ondas ultra-sônicas (plano incluindo os pontos O, A, e B apresentados na figura 7B). Como apresentado na figura 6, um aparelho de teste ultra-sônico 100B de acordo com a presente modalidade compreende uma sonda ultra-sônica 1B e o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2B para controlar a transmissão e a recepção de ondas ultra-sônicas pela sonda ultra-sônica 1B. O aparelho de teste ultra-sônico 100B de acordo com

a presente modalidade adicionalmente compreende um circuito de decisão de falha 3 para detectar uma falha presente em um cano P por comparar uma amplitude de um eco refletido a partir do cano P com um valor limite predeterminado, e o dispositivo de saída de alarme, etc., 4 para emitir um alarme, etc., predeterminado se uma falha for detectada pelo circuito de decisão de falha 3.

A sonda ultra-sônica 1B é disposta para ficar voltada para uma superfície externa do cano P via um meio de acoplamento (água, na presente modalidade). Mais especificamente, a sonda ultra-sônica 1B possui uma configuração tal que sua direção de diâmetro principal (direção x na figura 6B) corra ao longo de uma direção axial do cano P, e sua direção de diâmetro secundário (direção y na figura 6B) corra ao longo de uma direção da circunferência do cano P, e seu centro S0 possa circular ao longo de um elipsóíde S que fica voltado para um centro axial do cano P de modo a manter um ponto de incidência O de uma onda ultra-sônica transmitida sobre o cano P em uma posição específica. É para ser observado que um mecanismo, não apresentado, para permitir que a sonda ultra-sônica 1B circule ao longo do elipsóide S, pode ser fabricado como uma estrutura comparativamente simples pela utilização de elementos mecânicos bem-conhecidos e portanto, sua descrição detalhada não é incluída neste documento.

O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2B de acordo com a presente modalidade compreende um pulsador conectado com os transdutores na sonda ultra-sônica 1B para fornecer um sinal de pulso de modo a ter os transdutores transmitindo uma onda ultra-sônica, e um receptor conectado com os transdutores para amplificar um eco refletido recebido por este transdutor.

De acordo com o aparelho de teste ultra-sônico 100B possuindo a configuração acima, uma falha no cano P é detectada pela fixação da sonda ultra-sônica 1B junto a uma posição predeterminada em uma trajetória circular ao longo do elipsóide S de modo que uma direção na qual a falha a ser detectada se estende pode ser substancialmente ortogonal a uma direção de propagação de uma onda ultra-sônica transmitida a partir da sonda ultra-sônica 1B. Por conseqüência, falhas possuindo uma inclinação específica podem ser detectadas. É para ser observado que a presente modalidade realizou teste ultra-sônico através de um comprimento total do cano P por de forma em espiral alimentar o cano P axialmente.

Como nos casos da primeira até a terceira modalidades, o aparelho de teste ultra-sônico 100B de acordo com a presente modalidade apresenta que um ângulo de incidência Gw e um ângulo de propagação γ são estabelecidos baseado em uma proporção de espessura para diâmetro eterno t/D do cano P de modo que um ângulo interno de refração Gk dado na Equação (1) acima não pode ser menos do que 35° e não mais dó que 60°, ambos inclusivos. As razões para isto são descritas abaixo mais especificamente com referência à figura 7 de forma apropriada.

Como apresentado na figura 7, ondas ultra-sônicas transmitidas a partir da sonda ultra-sônica 1B são supostas como entrando no cano P no ponto O em sua superfície externa, refletidas no ponto A em uma superfície interna do cano P, e alcançam o ponto B na superfície externa do cano P. Adicionalmente, é suposto que um ângulo (ângulo de propagação) formado por uma direção de propagação da onda ultra-sônica que entrou através do ponto O (direção de propagação como vista a partir de uma direção de uma normal de um plano tangencial do cano P incluindo o ponto de incidência O) e uma tangente circunferencial L do cano P passando através do ponto de incidência O, é para ser γ (daqui para frente também referido como direção de propagação y de forma apropriada), um ângulo externo de refração no ponto B (ângulo formado por uma normal L, no ponto B no cano P e o feixe de onda ultra-sônica U em um plano de propagação de onda ultra-sônica apresentado na figura 7D), é Gr, e um ângulo interno de refração no ponto A (ângulo formado por uma normal L2 no ponto A no cano P e o feixe de onda ultra-sônica U no plano de propagação de onda ultra-sônica apresentado na figura 7D), é Gk. Adicionalmente, é suposto que um ângulo de incidência de uma onda ultra-sônica sobre o cano P (ângulo formado por uma normal L3 no ponto de incidência O no cano P e um feixe de onda ultra-sônica de préincidência em um plano de propagação de onda ultra-sônica apresentado na figura 7D) é 9we um ângulo de refração da onda ultra-sônica sobre o cano P (ângulo formado pela normal L3 no ponto de incidência O no cano P e o feixe de onda ultra-sônica de pós-incidência U no plano de propagação de onda ultra-sônica apresentado na figura 7D) é 9s.

As ondas ultra-sônicas feitas incidentes sobre o cano P no ângulo de incidência 9w possuem comportamentos de propagação geométricos ópticos. Ou seja, as ondas ultra-sônicas feitas incidentes sobre o cano P no ângulo de incidência 0w se propagam através do cano P em um ângulo de refração 0s determinado pela lei de Snell. Então, como pode ser derivado geometricamente, o ângulo externo de refração 0r se torna igual ao ângulo de refração 9s. Ou seja, a Equação (7) seguinte é estabelecida:

sinΘ r=Vs/Vrsin Θ w “*(7)

Na Equação (7) acima, é para ser observado que Vs se refere a uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica propagando através do cano P e Vi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultrasônica em um meio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica 1B e o cano P.

Adicionalmente, como pode ser derivado a partir das Equações (7) e (4) até (6) descritas acima, o ângulo interno de refração 9k dado na Equação (1) acima é em função do ângulo de incidência 0w, do ângulo de propagação γ, e de uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P. Adicionalmente, ele é minimizado para ser igual ao ângulo externo de refração 0r (= ângulo de refração 0s) quando a direção de propagação γ da onda ultra-sônica concorda com uma direção axial do cano P (ou seja, o ângulo de propagação γ = 90°) e maximizado quando a direção de propagação γ da onda ultra-sônica concorda com uma direção de circunferência do cano P (ou seja, o ângulo de propagação γ = 0°), assim sendo dado pelas Equação (8) seguinte:

1-2 (t/D) ) -(8)

Neste caso, se a proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P for cerca de vários por centos, uma diferença entre o ângulo interno de refração 0k e o ângulo externo de refração 0r calculada pela Equação (8) acima é limitada a cerca de 10° ou menos. Portanto, uma diferença entre um ângulo interno de refração 0k no caso de detectar uma falha de superfície externa se estendendo na direção axial do cano P (a ser detectada por uma onda ultra-sônica cuja direção de propagação γ concorda com a direção circunferencial do cano P) e um ângulo interno de refração 0k no caso de detectar uma falha de superfície interna se estendendo na direção de circunferência do cano P (a ser detectada por uma onda ultra-sônica cuja direção de propagação γ concorda com a direção axial do cano P) é limitada a cerca de 10°, assim eliminando diferenças significativas na capacidade de detecção de ambas falhas de superfície interna. Entretanto, se t/D do cano P se tornar 15% ou mais, o ângulo interno de refração 0k calculado pela Equação (8) acima se torna maior do que o ângulo externo de refração Gr por tanto quanto 20° (ou seja, o ângulo interno de refração 0k aumenta por tanto quanto 20° por girar a direção de propagação γ da direção axial para a direção de circunferência do cano P), desse modo altamente deteriorando a capacidade de detecção para as falhas de superfície interna se estendendo na direção axial do cano P. De forma similar, a capacidade de detecção para as falhas de superfície interna possuindo um ângulo de inclinação entre a direção axial e a direção de circunferência do cano P também deteriora à medida que o ângulo interno de refração 0k aumenta.

Para suprimir a deterioração na capacidade de detecção para falhas de superfície interna que é causada por uma variação no ângulo interno de refração 0k descrita acima, elas podem ser detectadas com um ângulo interno de refração 0k de tal modo a substancialmente igualar as intensidades de eco refletido nas falhas de superfície interna independente dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna (independente da direção de propagação γ da onda ultra-sônica). Tal faixa do ângulo interno de refração 0k não é menor do que 35° e não mais do que 60° como apresentado na figura 4 (de preferência, não menor do que 35° e não mais do que

55° para suprimir uma alteração na intensidade do eco). Portanto, no aparelho de teste ultra-sônico 100B de acordo com a presente modalidade, o ângulo de incidência Ow e o ângulo de propagação γ são estabelecidos baseado na proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P, de modo que o ângulo interno de refração 0k não possa ser menos do que 35° e não mais de 60°, ambos inclusivos (de preferência, não menos do que 35° e não mais do que 55°, ambos inclusivos, para suprimir uma alteração na intensidade do eco). Mais especificamente, o ângulo de propagação γ é estabelecido por circular a sonda ultra-sônica 1B ao longo do elipsóide S de modo que uma direção na qual uma falha a ser detectada se estende possa ser substancialmente ortogonal a uma direção de propagação de uma onda ultra-sônica que é transmitida a partir da sonda ultra-sônica 1B. Adicionalmente, por estabelecer um formato do elipsóide S (diâmetro principal, diâmetro secundário, e distância entre o ponto de incidência O da onda ultra-sônica e o elipsóide S), o ângulo de incidência 0w é estabelecido. Portanto, é possível substancialmente igualar as intensidades de eco refletido nas falhas de superfície interna e por conseqüência detectar as falhas de superfície interna com quase a mesma capacidade de detecção independente da proporção de espessura para diâmetro externo t/D e dos ângulos de inclinação das falhas de superfície interna do cano P.

Adicionalmente, se uma configuração para alterar uma amplitude do receptor 221 baseado em uma alteração no ângulo interno de refração 0k em uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos, for empregada, é preferível que as intensidades de eco refletido nas falhas de superfície interna possam ser ainda mais igualadas e por conseqüência, a capacidade de detecção das falhas de superfície interna pode ser ainda mais igualada.

O dito a seguir irá descrever um método para determinar um formato do elipsóide S (diâmetro principal, diâmetro secundário, e distância entre o ponto de incidência O da onda ultra-sônica e o elipsóide S). Como apresentado na figura 6, se for suposto que o diâmetro principal do elipsóide S é 2x, seu diâmetro secundário é 2y, e a distância entre o ponto de incidência O da onda ultra-sônica e o elipsóide S é h, um ângulo de incidência 0w (referido como 0w1) de uma onda ultra-sônica que é transmitida quando a sonda ultra-sônica 1B é colocada no diâmetro principal do elipsóide S e um ângulo de incidência 0w (referido como 0w2) da onda ultra-sônica que é transmitida quando a sonda ultra-sônica 1B é colocada no diâmetro secundário do elipsóide S, são dados pelas seguintes Equações (9) e (10), respectivamente:

lá

8w1=tan^-1(xZh) ‘(9) 0w2=tan ¹(y/h) ---(10)

Com isto, o formato do elipsóide S (x, y, h) é determinado baseado na t/D do cano P sujeito à detecção de falha de modo que os ângulos de incidência Θνν1 e 0w2 dados pelas Equações (9) e (10) acima podem satisfazer a Equação (11) seguinte e de modo que o ângulo interno de refração 0k, calculado a partir dos ângulos de incidência 0w1 e 0w2, respectivamente, possa se situar em uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos.

sin Θ w2 = sin Θ wl · {1 —2 (t/D)) ---(11)

Na presente modalidade, a proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P foi igual a 11% e o formato do elipsóide S (x, y, h) foi determinado de modo que o ângulo de incidência 0w1 dado pela Equação (9) acima possa ser cerca de 18° e o ângulo de incidência 0w2 dado pela Equação (10) acima possa ser cerca de 14°. Tais ângulos de incidência 0w1 e 0w2 podem satisfazer a Equação (11) acima e causar que o ângulo interno de refração 0k dado pela Equação (1) acima se situe entre 35° e 60°, ambos inclusivos.

A Tabela 4 apresenta resultados de cálculos do ângulo de propagação γ, do ângulo de incidência 0w, do ângulo externo de refração 0r e do ângulo interno de refração 0k da onda ultra-sônica em um caso onde a sonda ultra-sônica 1B no aparelho de teste ultra-sônico 100B foi circulada ao longo do elipsóide S cujo formato foi determinado como descrito acima. Neste cálculos, as Equações (1) e (4) até (7) descritas acima foram utilizadas. Adicíonalmente, na Equação (7), Vs = 3200,/seg (velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica de cisalhamento através do cano de aço) e Vi = 1500 m/seg (velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas longitudinais na água).

Tabela 4

Ângulo de propagação γ(°)	Ângulo de incidência Θ w(°)	Ângulo externo de refração Θ r (°)	Ângulo interno de refração Θ k (°)
90	18	42	42
60	17	38	41
30	15	33	42
0	14	31	42

Como apresentado na Tabela 4, é possível não somente manter, em um ângulo de inclinação de uma falha de superfície interna em uma faixa entre 0° e 90°, ambos inclusivos, (por conseqüência, a faixa do ângulo de propagação γ da onda ultra-sônica entre 0° e 90°, ambos inclusivos), um ângulo interno de refração Gk em uma faixa entre 35° e 60°, ambos inclusivos, mas também manter o mesmo em um valor quase constante. Apesar da Tabela 4 apresentar somente o caso do ângulo de propagação yda onda ultrasônica estando em uma faixa entre 0° e 90°, na verdade é possível manter o ângulo interno de refração Gk em um valor quase constante na condição onde o ângulo de propagação γ está em uma faixa entre 0° e 360°. Portanto, é possível substancialmente igualar as capacidades de detecção para falhas de superfície interna possuindo quaisquer ângulo de inclinação na faixa entre 0° e 360°.

Claims (4)

REIVINDICAÇÕES

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Angulo de inclinaçAo de uma falha (*)

1. Método para executar teste ultra-sônico, que compreende as etapas de:

dispor uma sonda ultra-sônica (1, 1A) de modo a ficar voltada 5 para uma superfície externa de um objeto de teste tubular (P);

estabelecer um ângulo de incidência circunferencial ai de uma onda ultra-sônica para ser transmitida a partir da dita sonda ultra-sônica (1, 1A) sobre o dito objeto de teste tubular (P) e um ângulo de incidência axial βί da onda ultra-sônica para ser transmitida a partir da dita sonda ultra-sônica

10 (1, 1A) sobre o dito objeto de teste tubular (P) baseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular (P), de modo que um ângulo interno de refração 0k calculado a partir do dito ângulo de incidência circunferencial ai, o dito ângulo de incidência axial bi, e a dita proporção de espessura para diâmetro externo t/D do objeto de teste

15 tubular (P) seja não menor do que 35°e não maior d o que 60° transmitir uma onda ultra-sônica para o dito objeto de teste tubular (P) a partir da dita sonda ultra-sônica (1, 1A) na qual o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial bi são estabelecidos;

20 receber um eco refletido a partir do dito objeto de teste tubular (P) pela dita sonda ultra-sônica (1, 1A); e detectar uma falha no dito objeto de teste tubular (P) baseado no eco refletido a partir do dito objeto tubular (P), caracterizado pelo fato de que

25 a sonda ultra-sônica (1, 1A) vem em uma sonda ultra-sônica de série em fase na qual vários transdutores (11) são dispostos, e na etapa de estabelecer o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial bi, por eletricamente controlar o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de uma onda ul30 tra-sônica pelos ditos vários transdutores (11), pelo menos um dentre o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial bi da onda ultra-sônica a ser transmitida para o dito objeto de teste tubular (P)

Petição 870170088777, de 17/11/2017, pág. 4/10 é eletricamente ajustado.

2/7

-2 (t/D) tan Θ ’ =cos γ -tan Θ r ·’·(6)

5. Método de teste ultra-sônico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo de propagação γ é estabelecido de modo que uma direção de propagação de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o dito objeto de teste tubular (P) seja substancialmente ortogonal a uma direção de extensão de uma falha a ser detectada, e então o dito ângulo de incidência qw é ajustado de modo que o dito ângulo interno de refração qk seja não menos do que 35°e não mais do que 60°

6. Método para fabricar um cano ou tubo sem costura, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma primeira etapa de perfurar um lingote para fabricar um cano ou tubo de aço sem costura; e uma segunda etapa para detectar uma falha no cano ou tubo sem costura, fabricado pela dita primeira etapa, por utilizar o método de teste ultra-sônico como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

17/11/2017, pág. 7/10

-2(t/D) tan Θ ’ =cos Γ-tan Θ r · ·· (6)

4. Método para executar teste ultra-sônico, compreendendo as etapas de:

dispor uma sonda ultra-sônica (1, 1B) de modo a ficar voltada para uma superfície externa de um objeto de teste tubular (P);

estabelecer um ângulo de incidência 0w de uma onda ultrasônica para ser transmitida a partir da dita sonda ultra-sônica (1, 1B) sobre o dito objeto de teste tubular (P), e um ângulo de propagação g da onda ultrasônica para ser feito incidente sobre o dito objeto de teste tubular (P) baseado em uma proporção de espessura para diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular (P) de modo que um ângulo interno de refração 0k, calculado a partir do dito ângulo de incidência 0w, do dito ângulo de propagação g, e da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do dito objeto de teste tubular (P), seja não menos do que 35°e não mais do que 60° transmitir uma onda ultra-sônica para o dito objeto de teste tubular (P) a partir da dita sonda ultra-sônica (1, 1B) na qual o dito ângulo de incidência 0w e o dito ângulo de propagação g são estabelecidos;

receber um eco refletido a partir do dito objeto de teste tubular (P) pela dita sonda ultra-sônica (1, 1B);

detectar uma falha no dito objeto de teste tubular (P) baseado no eco refletido a partir do dito objeto tubular (P); e processar o sinal recebido para detectar uma falha no objeto de teste tubular (P), caracterizado pelo fato de que a etapa de estabelecer o dito ângulo de incidência 0w e o dito ângulo de propagação g resulta do posicionamento da sonda ultra-sônica (1, 1B) de modo que o dito ângulo interno de refração 0k calculado pela seguinte Equação (1) seja não menor que 35°e não maior q ue 60°

0k —cos \cos 0 r*cos0 —sin Θ r-cos 7'sin 0 ) ·^-·(1) onde um ângulo externo de refração 0r e um ângulo φ na Equa17/11/2017, pág. 6/10 ção (1) acima são dados pelas seguintes Equações (7) e (4), respectivamente:

sin Θ r=Vs/VÍ“SÍn Θ w ---(7) φ =sín ¹(k-sin Θ ’) — Θ ’ »»«(4) onde, na Equação (7) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular e Vi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultrasônica em um meio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica e o objeto de teste tubular, e k e θ' na Equação (4) acima são dados pelas seguintes Equações (5) e (6), respectivamente:

k= (5)

. 2 .1/2,

0r=sin ({(Vs/Vi) -(sin β ί + cos 0i'sin Ofi)} ) (3)

0”sin (k-sin0’)^_0’ (4) onde, na Equação (3) acima, Vs se refere a uma velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica se propagando através do objeto de teste tubular e Vi se refere a uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica em um meio de acoplamento que preenche um espaço entre a sonda ultra-sônica e o objeto de teste tubular, k e θ' na Equação (4) acima são dados pelas seguintes Equações (5) e (6), respectivamente.

17/11/2017, pág. 5/10 (5)

• ² o .

2. Método de teste ultra-sônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial βί são estabelecidos de modo que uma direção de propagação de uma onda ultra-sônica feita incidente sobre o dito objeto de teste tubular (P) calculada a partir do ângulo de incidência circunferencial ai e do dito ângulo de incidência axial bi seja substancialmente ortogonal a uma direção de extensão de uma falha a ser detectada, e então pelo menos um dentre o dito ângulo de incidência circunferencial ai e o dito ângulo de incidência axial bi é ajustado de modo que o dito ângulo interno de refração 0k seja não menos do que 35° e não mais do que 60°

3/7

3. Método de teste ultra-sônico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo interno de refração 0k é calculado pela seguinte Equação (1):

_-ç

0k —cos (cos 0 r-cos0 — sin 0 r-cos r-sin0 ) ---(1) onde um ângulo de propagação g, um ângulo externo de refração 0r, e um ângulo φ são dados pelas seguintes Equações (2) até (4), respectivamente:

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