A crescente tendência de utilização de materiais austeníticos soldados e cladeados em componentes críticos em alguns setores industriais, como nas indústrias de óleo&gás e nuclear, leva a um aumento na demanda sobre ensaios não-destrutivos confiáveis na avaliação de sua integridade estrutural. Dentre os métodos utilizados na inspeção de soldas cladeados austeníticos estão os métodos de ultrassom por phased array, que são normalmente utilizados na detecção e localização de defeitos. No entanto, componentes com esse tipo de microestrutura são difíceis de inspecionar por phased array devido a anisotropia e inomogeneidade causadas pela microestrutura de grãos grosseiros que costumam levar ao aumento do nível de ruído, ao deslocamento de indicações e ao surgimento de indicações falsas. Sendo assim, a seleção de um método de phased array apropriado precisa levar em conta a habilidade do método em superar os problemas causados pela anisotropia e inomogeneidade. Esta tese apresenta dois métodos de imagem por phased array ultrassônico não-convencionais pensados como formas de ajudar na determinação da integridade de componentes onde soldas e cladeados austeníticos estão presentes. Ambos os métodos tem como base o método de foco total (TFM), sendo que o primeiro é uma extensão do método de leis de atraso adaptativas chamado Método de Foco Total de Atraso Adaptativo (ADTFM) e o segundo método usa fatores de coerência associado à imagens de TFM. A partir dos métodos de imagem aplicados é possível aumentar significativamente a qualidade das imagens por ultrassom em comparação com as imagens padrão obtidas por TFM, especialmente quando foi possível utilizar ambos os métodos combinados. / The increasing trend to use austenitic welded and cladded materials in critical components employed in some industrial sectors, such as the oil&gas and nuclear industries, leads to an increasing demand for their non-destructive assessment by reliable non-destructive methods. Among the methods used to access the integrity of austenitic welds and claddings are the Ultrasonic Phased Array methods, which are usually used to detect the presence and determine the position of defects. However, austenitic welds and claddings are challenging to inspect with Phased Array methods due to the anisotropy and inhomogeneity caused by their coarse grain microstructure, which is capable of increasing noise levels, misplace indications and create false indications. Therefore, the selection of an appropriate phased array method needs to take into account the method’s ability to overcome the impairment caused by anisotropy and inhomogeneity. This thesis presents two non-conventional methods based on ultrasonic phased array imaging techniques designed to assist the structural integrity assessment of components where austenitic welds and clads are present. Both proposed methods are based on the Total Focusing Method (TFM); the first approach is an expansion of the adaptive delay laws concept named Adaptive Delay Total Focusing Method (ADTFM), while the second method uses the coherence weights combined with the TFM images. From the imaging methods applied it was possible to significantly increase the quality of the ultrasonic images in comparison with the standard TFM, primarily when it was possible to combine both approaches.

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[pt] Sinais ultrassônicos são amplamente utilizados na indústria para detecção de defeitos e caracterização de materiais. Neste âmbito, o método de focalização total (TFM) é comumente aplicado no pós-processamento dos dados ultrassônicos. Estes dados são adquiridos por transdutores multielementos do tipo phased array pela técnica de Captura de Matriz Completa (FMC). Embora a técnica FMC-TFM seja amplamente empregada, a energia da onda transmitida ao material é limitada pela utilização de um único elemento do transdutor, podendo fornecer uma baixa relação sinal-ruído (SNR) na imagem reconstruída. Para superar essa limitação e melhorar a qualidade das imagens TFM, propõese neste trabalho o uso da técnica Fontes Virtuais combinada com dois métodos diferentes de melhoria do SNR: Decomposição do Operador de Reversão Temporal (DORT) e Correlação Espacial de Sub-abertura (SASACI). Neste último, foram ainda propostas alterações para tornar a abordagem original mais robusta. Ambas as propostas de combinação foram aplicadas e avaliadas para melhorar as imagens de caracterização de múltiplos defeitos. Tais propostas foram avaliadas por meio de simulações e experimentos. As simulações consideraram um modelo de elementos finitos de um bloco de aço contendo quatro furos simulando defeitos volumétricos no material. Vários níveis de ruído foram adicionados aos sinais simulados para se avaliar o desempenho das combinações propostas em um ambiente com alto nível de ruído não-correlacionado. As combinações propostas nos dados de FMC simulados mostraram que o uso da técnica Fontes Virtuais combinada com a técnica DORT foi capaz de aumentar o SNR em 21.5 dB, enquanto a combinação de Fontes Virtuais com o SASACI foi capaz de aumentar o SNR em 76.2 dB. Este último resultado está 16.3 dB acima da soma dos ganhos individuais de cada técnica, enquanto o primeiro está 7.4 dB acima. Isso indica um efeito sinérgico no aumento da qualidade da imagem para ambas as combinações. Além disso, o uso das Fontes Virtuais mostrou-se capaz de melhorar a imagem reconstruída, onde inicialmente não é possível distinguir o ruído do sinal de interesse. A avaliação experimental foi realizada sobre o bloco de aço de quatro furos com as mesmas propriedades do bloco simulado. Ao contrário da simulação, os dados coletados não estão sujeitos à altos níveis de ruído não-correlacionado. Portanto, em ambas as combinações, o emprego da técnica Fontes Virtuais não resultaram em ganhos significativamente superiores aos ganhos individuais de cada técnica. Os métodos DORT e SASACI sem Fontes Virtuais aumentaram o SNR em 7.5 dB e 75.0 dB, respectivamente, enquanto que, com o seu uso, esse aumento foi de 9.2 dB e 74.1 dB. Os resultados do SASACI, quando comparados ao DORT, se mostraram evidentemente superiores tanto na simulação quanto na avaliação experimental. Ambos os métodos proporcionaram melhoria da qualidade de imagens TFM e, portanto, promissores para serem aplicados em ensaios não destrutivos. / [en] Ultrasonic signals are widely utilized in the industry for detecting defects and material characterization. In this context, the Total Focusing Method (TFM) is commonly applied for post-processing of ultrasonic data. Those are acquired by phased array transducers through the Full Matrix Capture (FMC) technique. Although the FMC-TFM technique is widely employed, the energy of the wave transmitted to the material is limited by the utilization of a single element of the transducer, which can provide a low Signal-Noise Ratio (SNR) of the reconstructed image. To circumvent this limitation and enhance TFM image quality, this work proposes the use of the Virtual Sources technique combined with two different methods for SNR improvement: Decomposition of the Time Reversal Operator (DORT) and Spatially Averaged Sub-Aperture Correlation Imaging (SASACI). In the latter, we also propose modifications to make the original approach more robust. Both combinations were implemented, applied and evaluated for the enhancement of images for characterization of multiple defects. These proposals were all assessed through simulations and experiments. The simulations considered a finite element model of a steel block containing four holes emulating volumetric defects on the material. Several noise levels were added to the simulated signals aiming for performance assessment in an environment with high levels of non-correlated noise. The proposed combinations in the simulated FMC data showed that the utilization of the Virtual Sources technique combined with DORT increased the SNR up to 21.5 dB, while the combination of Virtual Sources with SASACI was capable of increasing SNR up to 76.2 dB. The second combination is 16.3 dB above the sum of the individual gains for each technique applied separately, while the first combination is 7.4 dB above. This implies a synergistic effect in the improvement of image quality for both proposed combinations. Moreover, the utilization of the Virtual Sources technique was capable of enhancing the reconstructed image, where it is not possible to initially distinguish the noise of the signal of interest. The experimental evaluation was realized on the four-hole steel block with the same properties of the simulated block. Unlike the simulation, the collected data were not subjected to high levels of noncorrelated noise. Thus, for both combinations, the utilization of the Virtual Sources technique did not result in significantly superior gains when compared to the individual gains obtained from each technique individually applied. The use of DORT and SASACI without Virtual Sources caused an SNR increase of 7.5 dB and 75.0 dB, respectively, while this increase was of 9.2 dB and 74.1 dB when the Virtual Sources was used in combination. The results obtained from SASACI, when compared to DORT, were evidently superior for both simulation and experimental evaluation. Both methods showed potential for improvement of TFM image quality, and thus, are promising for application in nondestructive evaluation.