PAUT: Ultrasonido con arreglo de fase para la inspección de soldaduras

PAUT (Phased Array Ultrasonic Testing) se ha consolidado como una de las técnicas más precisas y eficientes dentro de las Pruebas No Destructivas aplicadas a la inspección de soldadura. Su capacidad para revelar defectos en soldaduras mediante una exploración volumétrica con total trazabilidad digital, la posiciona como una herramienta indispensable para mantener activos confiables y seguros.

En el sector energía e industrial, donde la integridad mecánica es prioritaria, el Arreglo de fases ultrasónico permite detectar fallas, optimizar tiempos de mantenimiento y cumplir con los estándares internacionales ASME Sección V y API 1104, aportando precisión, seguridad y eficiencia a los programas de inspección industrial.

Integridad mecánica, clave de la confiabilidad

El éxito de cualquier operación energética o petroquímica depende de la capacidad para mantener sus activos en condiciones óptimas. Equipos como tuberías, recipientes, intercambiadores o calderas están sometidos a presiones, temperaturas y ciclos que exigen un control exhaustivo de su estado estructural.

Los organismos internacionales (ASME, API y ASNT) definen normas que regulan la calidad y la trazabilidad de las inspecciones, buscando prevenir incidentes y garantizar la seguridad. En este entorno, la tecnología PAUT emerge como una solución avanzada para monitorear la condición interna de materiales críticos, ofreciendo información confiable en tiempo real y fortaleciendo las estrategias de integridad mecánica.

Del desafío operativo a la solución técnica

La industria energética moderna opera sobre una red interconectada de refinerías, plantas petroquímicas y sistemas de transporte. Cada instalación depende de activos (tuberías, recipientes, intercambiadores, tanques) sometidos a temperatura, presión y ciclos de carga. En esa cadena, la soldadura es el punto donde confluyen esfuerzos, metalurgia y fabricación; un área crítica donde pueden emerger discontinuidades que escapan a la vista.

La integridad mecánica equilibra producción y seguridad bajo normas internacionales (ASME, API, ASNT). Para sostener ese equilibrio, el ecosistema de Pruebas No Destructivas avanzadas aporta evidencia técnica sin alterar el material. Ahí, el Arreglo de fases ultrasónico marca la diferencia: permite observar el interior de la unión soldada con alta resolución, rapidez y registro digital.

PAUT: Phased Array Ultrasonic Testing

¿Qué es?

El Ultrasonido con arreglo de fase es una técnica de inspección no destructiva que emplea un conjunto de elementos piezoeléctricos controlados electrónicamente dentro de una misma sonda. Su principio consiste en emitir ondas ultrasónicas dirigidas al interior del material para identificar defectos en soldaduras como grietas, porosidades, inclusiones o falta de fusión.

¿Cómo funciona?

Cada elemento del transductor se activa de manera sincronizada mediante retardos controlados, generando haces ultrasónicos que se enfocan y dirigen electrónicamente hacia diferentes zonas del material. Esta modulación permite barridos electrónicos sin mover la sonda, cubriendo grandes volúmenes y obteniendo imágenes 2D y 3D de alta resolución.

El resultado es una lectura precisa del interior del cordón de soldadura, donde la ubicación y tamaño de cada indicación se determinan con exactitud milimétrica.

¿Para qué se utiliza?

El UT con arreglo de fase se aplica ampliamente en los sectores naval, aeronáutico, petrolero, energético y nuclear, donde la integridad de los activos es crítica. Su principal campo de acción es la inspección en juntas de soldaduras en tuberías, recipientes a presión y tanques de almacenamiento, tanto en fase de fabricación como durante su mantenimiento.

Además, se utiliza para la detección temprana de grietas, incluidas HIC (Hydrogen Induced Cracking), SOHIC (Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking) y SCC (Stress Corrosion Cracking), así como en la inspección de materiales compuestos y el mapeo de corrosión en componentes metálicos.

Su capacidad de dimensionar defectos con precisión milimétrica lo convierte en una herramienta clave para calcular la vida útil restante de equipos y estructuras sometidas a fatiga, presión o corrosión, contribuyendo directamente a la confiabilidad y seguridad operacional de la planta.

Ventajas frente al ultrasonido convencional

El Phased Array Ultrasonic Testing, combina precisión, cobertura y seguridad, posicionándose como una de las técnicas más efectivas dentro del Ultrasonido industrial. Entre sus beneficios destacan:

1. Cobertura y velocidad: Permite escanear amplias superficies en poco tiempo, manteniendo una resolución superior. Ejemplo: En la inspección de una línea de conducción, un sistema Arreglo de fases ultrasónico automatizado cubrió más de 10 metros de soldadura en menos de una hora, reduciendo el tiempo de parada programada.
2. Exactitud volumétrica: Al emitir haces ultrasónicos desde múltiples ángulos, genera imágenes transversales detalladas que aumentan la probabilidad de detectar defectos internos. Ejemplo: Durante la inspección de un cordón de raíz en un tanque de almacenamiento, el Arreglo de fases ultrasónico identificó una grieta lateral de apenas 1,5 mm que hubiera pasado inadvertida con el UT convencional.
3. Repetibilidad y trazabilidad: Los resultados se pueden reproducir con precisión y almacenar digitalmente, facilitando comparaciones históricas. Ejemplo: En un programa anual de integridad, la repetición de un escaneo Arreglo de fases ultrasónico permitió confirmar la estabilidad de una soldadura reparada, sin evidencias de propagación de defectos.
4. Adaptabilidad geométrica: Su capacidad de direccionar el haz sin mover la sonda permite evaluar zonas de difícil acceso y geometrías irregulares. Ejemplo: Un escaneo de Ultrasonido con arreglo de fase realizado en un codo de tubería de 90° detectó porosidad interna sin desmontar el tramo, aprovechando la focalización electrónica del haz.
5. Seguridad operativa: Elimina el uso de radiación y reduce la exposición del personal a entornos peligrosos. Ejemplo: En una planta petroquímica, el reemplazo de radiografía por Arreglo de fases ultrasónico permitió realizar inspecciones sin evacuar áreas adyacentes, manteniendo la producción activa.

Esta integración tecnológica proporciona imágenes internas de alta resolución, reduce tiempos de parada y ofrece una trazabilidad total, consolidándolo como la técnica más efectiva para garantizar la integridad y confiabilidad estructural de los activos industriales

Desventajas o limitaciones más relevantes

1. Alta especialización: Requiere personal certificado con formación en análisis digital, acústica y calibración por fases. Ejemplo: Ingenieros o técnicos nivel II o III, calificados bajo ASNT o ISO 9712, son necesarios para configurar correctamente el equipo y analizar los resultados.
2. Inversión inicial significativa: Los equipos, escáneres y software especializados tienen un costo más alto que la UT convencional. Ejemplo: La adquisición de un sistema Ultrasonido con arreglo de fase con software de imagen TFM puede superar los 30 000 USD, aunque su productividad reduce los costos de inspección en paradas mayores.
3. Calibración y configuración exigente: Requiere calibraciones precisas con bloques de referencia representativos del componente real. Ejemplo: Para inspeccionar una soldadura en boquilla, fue necesario fabricar un bloque de calibración con geometría idéntica al accesorio, garantizando la validez del barrido.
4. Condición superficial: Superficies con pintura, óxido o rugosidad excesiva afectan la transmisión del ultrasonido. Ejemplo: En una tubería con recubrimiento epóxico, se debió realizar una limpieza parcial para mejorar el acoplamiento y obtener una señal nítida.
5. Restricciones en materiales gruesos o atenuantes: La dispersión acústica en materiales de grano grueso o aceros austeníticos puede reducir la profundidad de inspección. Ejemplo: En un recipiente a presión de acero inoxidable, la pérdida de señal requirió complementar el ensayo con TOFD para garantizar la detección total de discontinuidades.
6. Gestión de datos voluminosos: El método genera gran cantidad de información digital que necesita software y almacenamiento adecuados. Ejemplo: Una campaña Ultrasonido con arreglo de fase con 500 escaneos generó más de 40 GB de datos, que debieron integrarse en una base central de mantenimiento predictivo.

Estas limitaciones no reducen la eficacia del Ultrasonido con arreglo de fase, pero subrayan la necesidad de planificación técnica, personal competente y herramientas digitales avanzadas para aprovechar al máximo su potencial.

¿Qué defectos en soldaduras puede detectar el PAUT?

El método permite identificar una amplia variedad de defectos en juntas de soldaduras:

• Falta de fusión lateral o de raíz.
• Porosidades aisladas o agrupadas.
• Incrustaciones de escoria o inclusiones metálicas.
• Grietas térmicas o por fatiga.
• Laminaciones en el material base o en la zona afectada por el calor.

Gracias a la cobertura volumétrica del Ultrasonido con arreglo de fase, los inspectores obtienen información sobre la ubicación, tamaño y orientación de cada indicación, facilitando decisiones precisas en la aceptación o reparación de la soldadura.

Normas que regulan la aplicación del PAUT

El uso de esta tecnología de inspección ultrasónica en la inspección industrial se rige por un marco normativo internacional que asegura resultados consistentes y verificables:

• ASME Section V – Artículo 4: define los procedimientos para ensayos ultrasónicos en soldaduras, calificación de equipos y personal.
• API 1104: establece los requisitos específicos para inspeccionar uniones soldadas en ductos de transporte de hidrocarburos.
• ISO 13588 / EN ISO 17640: proporcionan lineamientos para la aplicación del ultrasonido con arreglo de fase y la evaluación de resultados.

Cumplir con estas normas garantiza trazabilidad y aceptación por parte de autoridades regulatorias, contratistas y auditores de integridad.

Perspectiva experta desde ASNT 2024

Durante la conferencia ASNT 2024, Eddyfi Technologies destacó públicamente el avance del PAUT en la inspección avanzada. Paul Hillman, Solutions Development Expert, lo expresó con claridad:

“La tecnología PAUT está permitiendo una mayor resolución y la capacidad para detectar defectos pequeños, incluso aquellos que son difíciles de encontrar con otras técnicas, como ondas guiadas.”

A continuación, se presenta el video completo de esta intervención, registrado por Inspenet:

Esta perspectiva internacional refuerza el papel del ultrasonido por fases en la evaluación de soldaduras críticas y prepara el camino para comprender el alcance real del caso de estudio presentado a continuación.

Aplicación del PAUT: caso Eddyfi Technologies

El verdadero valor del Phased Array Ultrasonic Testing se revela cuando la teoría se enfrenta a los desafíos del entorno industrial real. Un ejemplo sobresaliente es el trabajo de Eddyfi, empresa aliada de Inspenet, que aplicó esta tecnología de avanzada para resolver un problema crítico en la inspección de soldaduras de aceros inoxidables y metales disímiles: una de las pruebas más exigentes para cualquier técnica de ultrasonido.

Estas uniones, donde se combinan materiales como acero al carbono, Inconel® o acero inoxidable austenítico, presentan diferencias metalúrgicas y acústicas que dispersan el haz ultrasónico y reducen la sensibilidad de detección en métodos convencionales.

Para superar este obstáculo, Eddyfi integró Full Matrix Capture (FMC), Total Focusing Method (TFM) y Plane Wave Imaging (PWI) en su plataforma Emerald PAUT, logrando imágenes tridimensionales de alta resolución y un aumento notable en la probabilidad de detección (POD) de grietas y discontinuidades internas.

El estudio demostró que el Sistema de ultrasonido por fases no solo puede adaptarse a materiales complejos, sino también acelerar el proceso de inspección hasta en un 35 %, reduciendo los costos operativos y eliminando la necesidad de técnicas radiográficas.

Gracias a la reconstrucción digital del volumen soldado, los resultados se visualizaron en tiempo real y con trazabilidad completa, cumpliendo con las normas ASME Section V, API 1104 e ISO 13588.

Este caso de estudio consolida al Phased Array Ultrasonic Testing como una herramienta capaz de transformar la inspección en juntas de soldaduras complejas en un proceso preciso, eficiente y totalmente digital, demostrando cómo la tecnología convierte la integridad mecánica en una realidad verificable.

Lee el caso completo: “Inspección avanzada de soldaduras en aceros inoxidables y metales disímiles con PAUT” – Eddyfi Technologies.

Nota editorial: Aunque el Phased Array Ultrasonic Testing convencional puede presentar limitaciones en materiales de grano grueso o atenuantes, como los aceros inoxidables austeníticos, debido a la dispersión y pérdida de energía del haz ultrasónico, este caso de estudio de Eddyfi Technologies no contradice esta condición: la supera.

Mediante la integración de tecnologías avanzadas como Full Matrix Capture (FMC), Total Focusing Method (TFM) y Plane Wave Imaging (PWI), Eddyfi demostró que es posible mantener alta resolución, sensibilidad y profundidad de inspección incluso en uniones metalúrgicamente complejas.

Este resultado confirma que el Phased Array Ultrasonic Testing avanzado representa la evolución natural del método, ampliando su rango de aplicación en materiales difíciles y consolidándolo como una herramienta clave para la integridad mecánica moderna.

Implementación del PAUT en programas de integridad mecánica

Integrar el UT por arreglo de fases dentro de los programas de integridad mecánica requiere un enfoque estructurado:

1. Identificación de activos críticos y priorización de soldaduras según riesgo operativo.
2. Selección del método NDT adecuado, combinando Ensayo ultrasónico por arreglo de fase con TOFD o TFM según el tipo de material.
3. Calificación de personal conforme a estándares ASNT o ISO 9712.
4. Configuración y calibración de los equipos con bloques representativos.
5. Automatización y digitalización para mejorar la repetibilidad y el análisis de datos.
6. Gestión centralizada de resultados, alimentando bases de datos para mantenimiento predictivo.

Este enfoque permite que la inspección evolucione de una acción reactiva a una herramienta predictiva, maximizando la confiabilidad de los activos industriales.

Comparativa: PAUT frente a otros métodos

Técnica	Ventajas principales	Limitaciones
UT con arreglo de fase	Inspección volumétrica, sin radiación, resultados inmediatos, registro digital	Requiere personal especializado y calibración precisa
UT convencional	Económico y versátil	Menor cobertura y resolución en soldaduras complejas
Radiografía	Buen contraste para inclusiones y porosidad	Uso de radiación, tiempos de exposición largos, no apta en plantas en servicio, alto riesgo

La elección del método depende de la geometría, el tipo de defecto esperado y las condiciones de acceso, pero en la mayoría de los escenarios industriales, UT con arreglo de fase ofrece el equilibrio ideal entre precisión, seguridad y productividad.

Conclusiones

El PAUT redefine la inspección de soldadura moderna. Su capacidad para detectar defectos en soldaduras con alta resolución, sin radiación y bajo los lineamientos de ASME Section V y API 1104, lo convierte en la técnica más confiable para garantizar la integridad mecánica de los activos críticos.

Impulsado por tecnologías como las de Eddyfi Technologies, el ultrasonido industrial con arreglo de fase sigue consolidándose como una de las Pruebas No Destructivas avanzadas más eficientes, precisas y sostenibles del sector industrial.

De la industria energética al cordón de soldadura, el Ultrasonido con arreglo de fase representa la convergencia perfecta entre innovación, precisión y sostenibilidad en la gestión de activos industriales.

“Optimiza tus inspecciones: adopta PAUT y eleva la confiabilidad de tus activos”

Comparte este artículo en LinkedIn o suscríbete al boletín técnico de Inspenet para mantenerte actualizado con las innovaciones del sector energético e industrial.

Este artículo forma parte de la línea editorial de Inspenet, media partner oficial de eventos globales como GASTECH, API, AMPP, SLOM y otros.

Referencias

1. Z. Gustiani & H. Uzun. “Review of Phased Array Ultrasonic Testing of Weld Joints.” Journal of Marine and Engineering Technology, vol. 4(2), 2024, pp. 77-92
2. N. Jose & H. Azari. Implementation of Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) for Bridge Welds. Technical Report FHWA-HRT-24-010, U.S. Department of Transportation, Febrero 2024
3. E. Nicolson, E. Mohseni, D. Lines, K. M. M. Tant, G. Pierce & C. N. MacLeod. “Towards an in-process ultrasonic phased array inspection method for narrow-gap welds.” NDT & E International, vol. 144, 2024.