Curso de Ultrasonido Nivel I y II

Versión 001

León & Russo Ingenieros S.A.C.

CURSO NIVEL I & II ULTRASONIDO


Versión 001

CONTENIDO INTRODUCCION 1. REPASO NIVEL I 1.1 PRINCIPIOS DE ULTRASONIDO 1.2 INSPECCIÓN ULTRASÓNICA BÁSICA 1.3 FORMAS DE VIBRACIÓN ULTRASÓNICA 1.4 REFRACCIÓN Y CONVERSIÓN DE MODO 1.5 VARIABLES ULTRASÓNICAS 2. DISCONTINUIDADES EN MATERIALES 2.1 CLASIFICVACIÓN DE DISCONTINUIDADES 2.2 DISCONTINUIDADES INHERENTES 2.3 DISCONTINUIDADES EN PIEZAS FUNDIDAS 2.4 DISCONTINUIDADES DE CONFORMADO 2.5 DISCONTINUIDADES DE SOLDADURA 3. INSPECCIÓN DE SOLDADURAS POR ULTRASONIDO 3.1 INSPECCIÓN DE UN CORDÓN DE SOLDADURA 3.2 DETTECCIÓN DE DEFECTOS DE SOLDADURA 3.3 ESTIMACIÓN DEL TAMAÑO DE UNA SOLDADURA 3.4 DETERMIONACIÓN

DE

LAS

CARATERÍSTICAS

DISCONTINUIDAD 3.5 INSPECCIÓN DE TUBERÍA 4. CÓDIGOS NORMAS Y ESPECIFICACIONES 4.1 CÓDIGO 4.2 NORMAS 4.3 ESPECIFICACIONES 4.4 DEFINICIONES 4.5 ASME 4.6 AWS 4.7 API

DE

UNA

Versión 001


INTRODUCCIÓN

1. ¿Qué son las pruebas no destructivas? Las Pruebas no Destructivas son herramientas fundamentales y esenciales para el control de calidad de materiales de ingeniería, procesos de manufactura, confiabilidad de productos en servicio, mantenimiento de sistema cuya falla prematura puede ser costosa o desastrosa. Así como la mayoría de procedimientos complejos, no pueden ser definidas en pocas

palabras: “ Son el empleo de

propiedades físicas o químicas de materiales, para la evaluación indirecta de materiales sin dañar su utilidad futura”. Se identifican con las siglas: P.N.D.; y se consideran sinónimos: Ensayos no destructivos (E.N.D.), inspecciones no destructivas y exámenes no destructivos. El método de prueba no destructiva original, y el más antiguo, es la inspección visual, una extensión de ésta prueba son los líquidos penetrantes, el inicio de éstos es considerado con la técnica del aceite y el talco. A continuación se proporciona una lista de acontecimientos históricos relacionados con descubrimientos y aplicaciones de las pruebas no destructivas. 1868 Primer intento de trabajar los campos magnéticos. 1879 Hughes establece un campo de prueba 1879 Hughes estudia las Corrientes Eddy 1895 Roentgen estudia el tubo de rayos catódicos 1895 Roentgen descubre los rayos “X” 1896 Becquerel descubre los rayos “Gamma” 1900 Inicio de los líquidos penetrantes en FFCC 1911 ASTM establece el comité de la técnica de MT 1928 Uso industrial de los campos magnéticos 1930 Theodore Zuschlag patenta las Corrientes Eddy 1931 Primer sistema industrial de Corrientes Eddy instalado 1941 Aparecen los líquidos fluorescentes 1945 Dr. Floy Firestone trabaja con Ultrasonido


Versión 001

1947 Dr. Elmer Sperry utiliza industrialmente el UT 2. Falla de materiales Debemos declarar la diferencia entre productos, de acuerdo a sus aplicaciones: 9 Algunos productos son usados únicamente como decorativos, o tienen requisitos de resistencia a los esfuerzos tan bajos que son normalmente sobre diseñados, estos materiales pueden requerir la inspección solamente para asegurar que mantienen su calidad de fabricación, tal como el color y el acabado. 9 Los productos o materiales que necesitan pruebas y evaluación cuidadosa son aquellos utilizados para aplicaciones en las cuales deben soportar cargas, bajo estas condiciones la falla puede involucrar:

sacar

de

operación

y

desechar

el

producto,

reparaciones costosas, dañar otros productos y la pérdida de la vida. Se define como “Falla”, el hecho que un artículo de interés no pueda ser utilizado. Aunque un artículo fabricado es un producto, el material de ese producto puede fallar, así que los tipos de falla del material y sus causas son de gran interés. Existen dos tipos generales de falla: la primera es fácil de reconocer y corresponde a la fractura o separación en dos o más partes; la segunda es menos fácil de reconocer y corresponde a la deformación permanente o cambio de forma y/o posición. Es de gran importancia conocer el tipo de falla que pueda esperarse, para saber: 9 ¿Para qué se realiza la inspección? 9 ¿Cómo se inspecciona? 9 ¿Cómo eliminar la falla? 9 ¿Cómo reducir el riesgo de falla? Si esperamos prevenir la falla por medio del uso de pruebas no destructivas,

éstas

deben

ser

seleccionadas,

aplacadas

e

interpretadas con cuidado y basándose en el conocimiento válido de


Versión 001

los mecanismos de falla y sus causas. El propósito del diseño y aplicación de las pruebas debe ser el control efectivo de los materiales y productos, con el fin de satisfacer un servicio sin que se presente la falla prematura o daño. El conocimiento de materiales y sus propiedades es muy importante para cualquier persona involucrada con las pruebas no destructivas. La mayoría de las pruebas están diseñadas para permitir la detección de algún tipo de falla interior o exterior, o la medición de algunas características, de un solo material o grupos de materiales. La fuente de la falla puede ser: 9 Una discontinuidad 9 Un material químicamente incorrecto, o 9 Un material tratado de tal forma que sus propiedades no son adecuadas.

2.1 Discontinuidad Cualquier interrupción o variación local de la continuidad o configuración física normal de un material. Se considera discontinuidad a: cualquier cambio en la geometría, huecos, grietas, composición, estructura o propiedades. Algunas discontinuidades, como barrenos o formas de superficies, son consideradas como intencionales en el diseño, normalmente éstas no requieren ser inspeccionadas. Otras discontinuidades son inherentes en el material por su composición química o de estructura. Estas discontinuidades pueden variar ampliamente en tamaño, distribución e intensidad, dependiendo del material, el tratamiento térmico, proceso de fabricación y el medio ambiente al que están expuestos los materiales.

Se pueden clasificar como: 9 Relevantes: son aquellas que por alguna de sus características (dimensiones, forma, localización, etc.) deben ser interpretadas, evaluadas y reportadas.


Versión 001

9 No relevantes: son aquellas que por alguna de sus características se interpretan pero no se evalúan, y deben ser registradas. 9 Lineales: son aquellas que tienen una longitud mayor que tres veces su ancho. 9 Redondas: son aquellas de forma elíptica o circular y tienen una longitud igual o menor que tres veces su ancho.

2.2 Defecto Es una discontinuidad que excede los criterios de aceptación establecidos, o que podrían generar que el material o equipo falle cuando sea puesto en servicio o durante su funcionamiento.

2.3 Indicación Es la respuesta que se obtiene al aplicar algún método de pruebas no destructivas, que requiere ser interpretada para determinar su significado. Se clasifica en tres tipos: 9 Indicaciones falsas: se presentan debido a una aplicación incorrecta de la prueba. 9 Indicaciones no relevantes: producidas por acabado superficial o la configuración del material 9 Indicaciones verdaderas: producidas por discontinuidades Al aplicar una prueba no destructiva los técnicos observan en el medio de registro indicaciones, por lo que deben determinar cuales son producidas por discontinuidades.

3. Clasificación La clasificación de las pruebas no destructivas se basa en la posición donde se ubican las discontinuidades que pueden ser detectadas, por lo que se clasifican en: 1. Pruebas no destructivas superficiales 2. Pruebas no destructivas volumétricas


Versión 001

3. Pruebas no destructivas de hermeticidad

1. Pruebas no destructivas superficiales Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de P.N.D. superficiales son: VT - Inspección Visual PT - Líquidos Penetrantes MT - Partículas Magnéticas ET - Electromagnetismo

En el caso de utilizar VT y PT se tiene el alcance de detectar solamente discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie); por otro lado, con MT y ET se detectan tanto discontinuidades superficiales como subsuperficiales (debajo de la superficie pero muy cercanas a ella.

2. Pruebas no destructivas volumétricas Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de

los

materiales

inspeccionados.

Los

métodos

de

P.N.D.

volumétricos son: RT - Radiografía Industrial UT - Ultrasonido Industrial AET - emisión Acústica

Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y subsuperficiales, así como bajo ciertas condiciones, detección de discontinuidades superficiales.

3. Pruebas no destructivas de hermeticidad Proporcionan información del grado que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Los métodos de P.N.D. de hermeticidad son:


Versión 001

LT: 9 Pruebas de fuga 9 Pruebas de cambio de presión (neumática o hidrostática) 9 Pruebas de burbuja 9 Pruebas por espectrómetro de masas 9 Pruebas de fuga con rastreadores de halógeno

4. Razones para el uso de P.N.D. A continuación se mencionan algunas razones para el uso de las pruebas no destructivas: 9 Asegurar la funcionalidad y prevenir fallas prematuras de materiales durante su servicio. 9 Identificación o separación de materiales 9 Identificación de propiedades de materiales y la confiabilidad asociada con su existencia 9 Uniformidad en la producción 9 Ahorro en los costos de producción 9 Eliminar materia prima defectuosa 9 Mejoras en los sistemas de producción 9 Asegurar la calidad funcional de los sistemas en servicio, en plantas o diversos tipos de instalaciones. 9 Diagnóstico después de la falla para determinar las razones de la misma

5. Factores para la selección de las P.N.D. Es necesario considerar una serie de factores básicos en la selección de la P.N.D. 9 Tipos de discontinuidades a detectar 9 Tamaño y orientación de las discontinuidades a detectar 9 Tamaño y forma del objeto a inspeccionar 9 Características del material a ser inspeccionado

6. Calificación y certificación del personal de P.N.D.


Versión 001

Para aplicar las pruebas no destructivas se requiere: 9 La calificación del método de inspección utilizado. Las P.N.D. deben llevarse a cabo de acuerdo a procedimientos escritos, que deberían ser previamente calificados, de la empresa usuaria de las mismas. 9 La calificación del personal que realiza la inspección. Se considera que el éxito de cualquier prueba no destructiva es afectado: Principalmente por el personal que realiza, interpreta y/o evalúa los resultados de la inspección. Los técnicos que ejecutan las P.N.D. deben estar calificados y certificados. 9 La administración del procesos de calificación y del personal para asegurar resultados consistentes. Actualmente existen dos programas aceptados a escala internacional para la calificación y certificación del personal que realiza P.N.D., además de uno nacional. Estos programas son: o La Práctica Recomendad SNT-TC-1ª, editad por A.S.N.T. o La Norma DP-ISO-9712, editada por ISO o La Norma Mexicana NOM-B-482

SNT-TC-1A Es una práctica recomendad que proporciona los lineamientos para el programa de calificación y certificación del personal de ensayos no destructivos de una empresa. Es emitida por la A.S.N.T.

ASNT American Society For Nondestructive Testing (Sociedad Americana de Ensayos No Destructivos)

ISO 9712 Es una Norma Internacional que establece un sistema para la calificación y certificación, por una agencia central nacional con reconocimiento internacional, del personal que realiza pruebas no destructivas en la industria.


Versión 001

ISO International

Organization

for

Standarization

(Organización

Internacional para Normalización).

Calificación Es el cumplimiento documentado de requisitos de: escolaridad, entrenamiento, experiencia y exámenes (teóricos, prácticos y físicos); establecidos en un programa escrito (procedimiento interno de la empresa, de acuerdo a SNT-TC-1A; o norma nacional, de acuerdo con ISO-9712). Existen tres niveles básicos de calificación, los cuales pueden ser subdivididos por la empresa o el país para situaciones en las que se necesiten niveles adicionales para trabajos y responsabilidades específicas.

Niveles de Calificación

Nivel I Es el individuo calificado para efectuar calibraciones específicas, P.N.D. específicas, para realizar evaluaciones específicas, para la aceptación o rechazo de materiales de acuerdo a instrucciones escritas, y para realizar el registro de resultados. Debe recibir la instrucción o supervisión necesaria de un Nivel III o su designado.

Nivel II Es le individuo calificado para ajustar y calibrar el equipo y para interpretar y evaluar los resultados de pruebas con respecto a códigos, normas y especificaciones. Está familiarizado con los alcances y limitaciones del método y puede tener la responsabilidad asignada del entrenamiento en el lugar de trabajo de los niveles I y aprendices. Es capaz de preparar instrucciones escritas y organizar y reportar los resultados de prueba.


Versión 001

Nivel III Es el individuo calificado para ser el responsable de establecer técnicas

y

procedimientos;

interpretar

códigos,

normas

y

especificaciones para establecer el método de prueba y técnica a utilizarse para satisfacer los requisitos, debe tener respaldo práctico en tecnología de materiales y procesos de manufactura y estar familiarizado con métodos de P.N.D. comúnmente empleados; es responsable del entrenamiento y exámenes de niveles I y II para su calificación.

Capacitación Es el programa estructurado para proporcionar conocimientos teóricos y desarrollar habilidades prácticas en un individuo a fin de que realice una actividad definida de inspección.

Experiencia Práctica No se puede certificar personal que no tenga experiencia práctica en la aplicación de P.N.D., por lo que: 9 El técnico Nivel I: Debe adquirir experiencia como aprendiz. 9 El técnico Nivel II: Debe trabajar durante un tiempo como nivel I. 9 El técnico Nivel III: Debió ser aprendiz, nivel I y haber trabajado al menos uno o dos años como nivel II. Esta experiencia debe demostrarse con documentos, que deben ser mantenidos en archivos para su verificación.

Exámenes Físicos Tienen la finalidad de demostrar que el personal que realiza las P.N.D. es apto para observar adecuada y correctamente las indicaciones obtenidas. Los exámenes que se requieren son: 9 Agudeza visual lejana 9 Agudeza visual cercana


Versión 001

9 Discriminación cromática

Para los exámenes de agudeza visual el técnico debe ser capaz de leer un tipo y tamaño de letra específico a una cierta distancia; en el caso del examen de diferenciación de colores, debe ser capaz de distinguir y diferenciar los colores usados en el método en el cual será certificado.

Exámenes Los exámenes administrados para calificación de personal nivel I y II consisten en: un examen general, un específico y un práctico. De acuerdo con SNT-TC-1ª, la calificación mínima aprobatoria, de cada examen, es de 70% y, además, el promedio simple mínimo de la calificación de los tres exámenes es de 80%.

Calificación La certificación es el testimonio escrito de la calificación. La certificación del personal de pruebas no destructivas de todos los niveles es responsabilidad de la empresa contratante (de acuerdo con SNT-TC-1A) o de la agencia central (de acuerdo con ISO-9712), y estar basada en la demostración satisfactoria de los requisitos de calificación.

La certificación tiene validez temporal únicamente ISO y ASNT establecen un período de vigencia de la certificación de: 9 Tres años para los niveles I y II 9 Cenco años para los niveles III

Todo el personal de PND debe ser certificado, de acuerdo a SNT-TC-1A con uno de los siguientes criterios: 9 Evidencia de continuidad laboral satisfactoria en Pruebas no destructivas 9 Re-examinación

Versión 001


7. Inspección por Ultrasonido Principios El sonido es la propagación de energía mecánica (vibraciones) a Través de sólidos, líquidos y gases. La factibilidad con la cual viaja el sonido depende, sobre todo, de su frecuencia y la naturaleza del medio. El principio en el que se basa la inspección por ultrasonido es el hecho que materiales diferentes presentan diferentes “Impedancias Acústicas”.

Con frecuencias mayores al rango audible (16 a 20,000 ciclos/segundo) es conocido con el nombre de “Ultrasonido”, el cual se propaga a través de la mayoría de medios sólidos y líquidos, considerados como medios elásticos.

A frecuencias mayores a 100,000 ciclos/segundos, y gracias a su energía, el ultrasonido forma un haz, similar a la luz, por lo que puede ser utilizado para rastrear el volumen de un material. Un haz ultrasónico cumple con algunas de las reglas físicas de óptica por lo que puede ser reflejado, refractado, difractado y absorbido.

Inspección Ultrasónica La inspección ultrasónica se realiza normalmente por el método básico en el cual: “La onda ultrasónica se transmite y se propaga dentro de una pieza hasta que es reflejada y regresa a un receptor, proporcionando información acerca de su recorrido basándose en la cantidad de energía reflejada y en la distancia recorrida”

Sistema de Inspección Ultrasónica Cuando se lleva a cabo una inspección por el método de ultrasonido industrial se requiere del uso de un Sistema de Inspección Ultrasónica (Figura Nº 1), que consiste de los componentes básicos mencionados a continuación: 1. Generador de la señal eléctrica, un instrumento ultrasónico.


Versión 001

2. conductor de la señal eléctrica, un cable coaxial. 3. el accesorio que convierte la señal eléctrica en mecánica y/o viceversa, transductor ultrasónico. 4. medio para transferir la energía acústica a la pieza y viceversa, acoplante acústico. 5. pieza inspeccionada.

Figura 1 EPOCH 4

El diseño de los componentes y su arreglo dependen, en primer lugar, de las características específicas de propagación de la onda ultrasónica que son utilizadas para la detección y medición de las propiedades de la pieza. Las características involucradas pueden incluir: 9 La velocidad de propagación 9 La geometría del haz 9 La energía transferida, y 9 Las pérdidas de energía

Versión 001


Antecedentes Históricos La posibilidad de utilizar las ondas ultrasónicas para realizar pruebas no destructivas fue reconocida en 1930 en Alemania por Mulhauser, Trost y Pohlman, y en Rusia por Sokoloff, quienes investigaros varias técnicas empleando ondas continuas.

Los equipos detectores de fallas fueron originalmente desarrollados, basados en el principio de la intercepción de la energía ultrasónica por discontinuidades grandes durante el paso del haz ultrasónico.

Posteriormente, esta técnica recibió el nombre del método de inspección a través, este sistema de inspección presentaba ciertas limitaciones, principalmente la necesidad de requerir acceso en ambas superficies de la pieza de prueba.

No se encontró un método práctico de inspección hasta que Firestone (E.U.A.) inventó un aparato empleando haces de ondas ultrasónicas pulsadas para obtener reflexiones de defectos pequeños, conocido como “Reflectoscopio Supersónico”, que fue mejorado por el rápido crecimiento de la instrumentación electrónica. En el mismo período en Inglaterra, Sproule desarrolló equipos de inspección ultrasónica en forma independiente.

De la misma forma que en la inspección radiográfica, al principio, los equipos fueron desarrollados para ser usados como herramientas de laboratorio y no como equipos de inspección.

Rápidamente se encontraron aplicaciones para la inspección por ultrasonido durante la producción de parte para la detección de problemas críticos de control de calidad. Entre las más importantes aplicaciones iniciales del método destaca la inspección para la detección de discontinuidades internas en forjas para rotores de motores utilizados


Versión 001

en

la

industria

aeronáutica.

Al

mismo

tiempo

se

realizaron

investigaciones fundamentales y de aplicaciones.

En la universidad de Michigan, Firestone y su grupo de trabajo investigaron los mecanismos de operación de los transductores, el uso de ondas transversales, la aplicación de las ondas superficiales o de Rayleigh, el dispositivo Raybender para la inspección por haz angular con vibración del ángulo, el empleo de la columna de retardo para la inspección en zonas cercanas a la superficie de entrada, un método de resonancia por pulsos para la medición de espesores, y varias técnicas empleando ondas de placa o de Lamb.

Otras aplicaciones importantes fueros: el desarrollo y empleo del medidor de espesores de resonancia por frecuencia modulada por Erwin; el mejoramiento de los sistemas de inspección por inmersión efectuado por Erdman; y varias técnicas ultrasónicas de visualización o graficado de discontinuidades elaboradas y aplicadas por Sproule, Erdman, Wild, Reid, Howry y otros. El desarrollo reciente del método de inspección por ultrasonido esta relacionado, en primera instancia, con lo siguiente:

1. Alta velocidad en la aplicación de sistemas automatizados de inspección. 2. instrumentos mejorados para obtener gran resolución en la detección de fallas. 3. Una mejor presentación de datos. 4. interpretación simple de los resultados. 5. Estudio avanzado de los cambios finos de las condiciones metalúrgicas. 6. análisis detallado de los fenómenos acústicos involucrados.

Durante este mismo período aquello relacionado directamente con la aplicación del método de inspección por ultrasonido ha contribuido para


Versión 001

que llegue a ser utilizado en gran escala y en el establecimiento de procedimientos y normas, particularmente en la industria aérea, eléctrica y en el campo de la energía nuclear.

Aplicaciones Ya que la inspección por el método de ultrasonido se basa en un fenómeno mecánico, es adaptable para determinar la integridad estructural de los materiales de ingeniería.

Se utiliza en el control de calidad e inspección de materiales, en diferentes ramas de la industria. Sus principales aplicaciones consisten en: 9 Detección y caracterización de discontinuidades 9 Medición de espesores, extensión y grado de corrosión 9 Determinación de características físicas, tales como: estructura metalúrgica, tamaño de grano y constantes elásticas 9 Definir características de enlaces (uniones) 9 Evaluación de la influencia de variables de proceso en el material

Ventajas Las principales ventajas del método de inspección por ultrasonido son: 9 Un gran poder de penetración, lo que permite la inspección de grandes espesores. 9 Gran

sensibilidad,

lo

que

permite

la

detección

de

discontinuidades extremadamente pequeñas. 9 Gran exactitud al determinar la posición, estimar el tamaño, caracterizar orientación y forma de las discontinuidades. 9 Se necesita una sola superficie de acceso. 9 La interpretación de los resultados es inmediata 9 No existe peligro o riesgo en la operación de los equipos 9 Los equipos son portátiles


Versión 001

9 Su aplicación no afecta en operaciones posteriores, y 9 Los

equipos

actuales

proporcionan

la

capacidad

de

almacenar información en memoria, la cual puede ser procesada

digitalmente

por

una

computadora

para

caracterizar la información almacenada.

Limitaciones Las limitaciones del método de inspección por ultrasonido incluyen las siguientes: 9 La operación del equipo y la interpretación de los resultados requiere técnicos experimentados 9 Se requiere gran conocimiento técnico para el desarrollo de los procedimientos de inspección 9 La inspección se torna difícil en superficies rugosas o partes de forma irregular, en piezas pequeñas o muy delgadas 9 Discontinuidades subsuperficiales pueden no ser detectadas 9 Durante la inspección es necesario el uso de un material acoplante, y 9 Son necesarios patrones de referencia, para la calibración del equipo y caracterización de discontinuidades.


Versión 001

1. REPASO NIVEL I

1.1 PRINCIPIOS DE ULTRASONIDO CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA ULTRASÓNICA

DEFINICIÓN Ultrasonido es el nombre dado al estudio y aplicación de ondas sónicas que se transmiten a frecuencias mayores que las que pueden ser detectadas por el oído humano, arriba de 20,000 Hz (Hertz o ciclos por segundo). En las pruebas ultrasónicas por contacto, el rango de frecuencias comúnmente usado es de 2.25 a 10 MHZ (Megahertz o millones de ciclos por segundo). En algunos casos particulares se emplean frecuencias debajo de este rango y para métodos de inmersión las frecuencias pueden ser hasta de 30 MHZ.

RELACIÓN

ENTRE

VELOCIDAD,

LONGITUD

DE

ONDA

Y

FRECUENCIA La transmisión de las ondas ultrasónicas está caracterizada por vibraciones periódicas representadas por un movimiento ondulatorio. La Figura 1 muestra un ciclo de vibración. La longitud de onda es la distancia de viaje de un ciclo, es decir, la distancia de un punto en un ciclo al mismo punto en el siguiente ciclo. La frecuencia el número de ciclos completos que pasan en un punto en la unidad de tiempo, normalmente, un segundo. De la misma manera, la distancia total de viaje por la unidad de tiempo o rapidez de desplazamiento de la vibración de las partículas o simplemente la velocidad acústica que es igual al producto de la longitud de onda por la frecuencia. Esto se expresa matemáticamente: V=λxf Donde: V: Velocidad acústica (pulg/seg o mm/seg) λ: Longitud de onda (pulgadas o mm) f: Frecuencia (ciclos/seg)


Versión 001

FIGURA 1 Ejemplos típicos del empleo de ésta ecuación, son los siguientes: a) Cuál será la longitud de onda cuando se inspecciona aluminio cuya velocidad de propagación es de 6.32x106 mm/seg y empleando una frecuencia de 5 MHZ? V=λxf Si despejamos: λ = v/f = 6.32 x 106 mm/s / 5 x 106 c/s = 1.264 mm

b) Si se considera que el tamaño equivalente de discontinuidad más pequeño

que

teóricamente

puede

ser

detectado

(∅c)

es

aproximadamente la mitad de la longitud de onda, ¿Cuál será el tamaño de discontinuidad más pequeña que se detectaría empleando la frecuencia del ejemplo anterior y en el mismo material? ∅c = λ/2 por lo tanto, si λ = 1.264 mm, entonces: ∅c = λ/2 = 1.264 mm/2 = 0.632 mm.

GENERACIÓN Y RECEPCIÓN DE VIBRACIONES ULTRASÓNICAS Las vibraciones ultrasónicas son generadas por la aplicación de pulsos eléctricos de lata frecuencia al elemento transductor (elemento o cristal piezoeléctrico) contenido dentro de una unidad de rastreo (palpador). El elemento transductor transforma la energía eléctrica en energía ultrasónica

Versión 001


(mecánica). El elemento transductor también recibe la energía ultrasónica y la transforma en energía eléctrica. Ver Figura 2.

VOLTAJE ALTERNO APLICADO A UN ELEMENTO PIEZOELÉCTRICO

FIGURA 2

La energía ultrasónica es transmitida entre el palpador y la pieza de pruebas a través de un medio acoplante tal como el aceite, agua, etc., como se muestra en la Figura 3. el propósito del acoplante es eliminar la interfase con aire entre el transductor y la superficie de la pieza de inspección ya que el aire es un pobre transmisor del ultrasonido.

FIGURA 3

INSPECCIÓN ULTRASÓNICA BÁSICA MÉTODOS POR CONTACTO Y POR INMERSIÓN En el método de inspección ultrasónica por contacto, el palpador es colocado directamente sobre la superficie de la pieza de prueba utilizando una capa delgada de acoplante, tal como aceite, agua, etc., para transmitir


Versión 001

el ultrasonido dentro del material sujeto a inspección, como se observa en la Figura 3. en el método de inmersión, la pieza de prueba está sumergida en un fluido, usualmente agua, y el ultrasonido es transmitido a través del agua hasta la pieza de prueba, ver Figura 4.

FUGURA 4

REFLEXIONES ULTRASÓNICAS El haz ultrasónico tiene propiedades similares a las del haz de luz. Por ejemplo, cuando el haz ultrasónico golpea un objeto que interrumpe su paso, la energía del haz ultrasónico es reflejada desde la superficie del objeto interruptor. El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. Si el ángulo de incidencia es normal con respecto a la superficie del objeto interruptor, el ángulo de reflexión es también normal. Si la incidencia es angular, el ángulo de incidencia con respecto a la línea normal imaginaria a la superficie del objeto interruptor es igual al ángulo de reflexión, como se observa en la Figura 5.


Versión 001

α(ALFA): ANGULO DE INCIDENCIA β(BETA): ANGULO DE REFLEXIÓN FIGURA 5

La energía reflejada puede ser recibida por un transductor. Este transductor es usualmente el mismo transductor usado para generar el haz ultrasónico, pero puede ser un segundo transductor. El transductor transforma la energía ultrasónica recibida en energía eléctrica. El instrumento ultrasónico amplifica esta energía eléctrica y la presenta como una desviación vertical en un tubo de rayos catódicos (TRC) o en una pantalla electroluminiscente en los equipos más modernos. Este equipo de presentación de pantalla es llamado “Barrido Tipo A” (A-Scan) como se observa en la Figura 6.

MÉTODO DE PRESENTACIÓN DE DATOS Existen varios métodos de presentación de datos utilizados en la inspección ultrasónica: Barrido Tipo A, Tipo B, Tipo C y Tipo 3D.

FIGURA 6


Versión 001

BARRIDO TIPO A: La presentación del barrido Tipo A fue descrita en el párrafo anterior, es el tipo de presentación más utilizada en el campo de las pruebas no destructivas. Por lo anterior, éste capítulo esta orientado hacia el análisis de los datos proporcionados por este tipo de presentación. La presentación de barrido Tipo A nos proporciona información acerca del espesor del material sujeto a inspección o la profundidad a la que se encuentra una discontinuidad y el tamaño relativo de la misma.

BARRIDO TIPO B: El método de presentación de barrido Tipo B proporciona una vista de la sección transversal de la pieza sujeta a inspección y de las discontinuidades dentro de la misma mediante el análisis de la imagen retenida en la pantalla o graficada en el barrido en un solo sentido (ver Figura 7). La presentación de barrido Tipo B es usada principalmente para obtener el perfil de la sección transversal para el monitoreo de corrosión en tuberías, calderas e intercambiadores de calor. Generalmente, es más eficaz por el método de inmersión.

FIGURA 7

FORMAS DE VIBRACIÓN ULTRASÓNICA La energía ultrasónica se propaga por medio de vibraciones de las partículas del material. La energía es transmitida de átomo a átomo por pequeños desplazamientos. La dirección en la que vibran las partículas (átomos) con respecto a la dirección de la propagación del haz ultrasónico, depende de la forma de vibración.

Versión 001


ONDAS LONGITUDINALES La forma de onda longitudinal o compresional está caracterizada por el movimiento de las partículas paralelo a la dirección de propagación del haz ultrasónico, como se observa en la Figura 9. esta forma de onda se propaga en sólidos, líquido y gases.

FIGURA 9

ONDAS DE CORTE La forma de onda de corte o transversal está caracterizada por el movimiento perpendicular de las partículas con respecto a la dirección de propagación del haz ultrasónico como se observa en la Figura 10. Las ondas de corte viajan a aproximadamente la mitad de la velocidad a la que viajan las ondas longitudinales. Las ondas de corte son introducidas en la pieza de prueba mediante el empleo de palpadores de haz angular, en el método por contacto; o angulando la dirección del haz con respecto a la interfase, cuando se emplea el método de inmersión. Los palpadores de haz angular consisten de un elemento transductor montado en una zapata de material plástico de tal manera que las ondas ultrasónicas entren a la parte de prueba con un ángulo diferente a 90º con respecto a la superficie del material sujeto a inspección. Las ondas transversales solo se transmiten en sólidos.

Versión 001


FIGURA 10

ONDAS SUPERFICIALES Las ondas superficiales o de Rayleigh son un tipo especial de ondas transversales en las que el movimiento de las partículas está confinado a una profundidad pequeña dentro del material. La Figura 11 muestra un palpador de haz angular generando ondas superficiales. Las ondas superficiales son capaces de viajar a través de extremos curvos. Las reflexiones ocurren en extremos agudos de la pieza de prueba, como por ejemplo una esquina; sin embargo también son reflejadas en zonas donde se encuentre grasas, aceites, líquidos sobre la superficie. La energía de las ondas superficiales decae rápidamente debajo de la superficie de prueba por lo que las ondas superficiales son mas adecuadas para detectar discontinuidades superficiales tales como grietas. Las ondas superficiales pueden detectar discontinuidades superficiales hasta una profundidad de aproximadamente una longitud de onda. Las ondas superficiales sólo se transmiten en sólidos. El movimiento de las partículas es elíptico. La velocidad de propagación de las ondas superficiales es aproximadamente el 90% de la velocidad de las ondas transversales en el mismo medio.


Versión 001

FIGURA 11

ONDAS DE LAMB La propagación de las ondas de Lamb o de placa ocurre cuando las ondas ultrasónicas viajan a lo largo de una pieza de prueba con espesores menores a una longitud de onda. Hay dos clases generales de ondas de Lamb: simétricas y asimétricas. Existe una posibilidad infinita de formas de cada clase de vibración en una pieza de prueba dad. La teoría muestra que la velocidad de las ondas de Lamb depende de la pieza de prueba dad. La teoría muestra que la velocidad de las ondas de Lamb depende de la forma de vibración y puede exhibir muchas velocidades diferentes.

REFRACCIÓN Y CONVERSIÓN DE MODO LEY DE SNELL Cuando un haz de luz ultrasónico pasa de un medio a otro con diferente velocidad y con un ángulo no normal con respecto a la interfase que separa los dos medios ocurre el fenómeno conocido como refracción, ver la Figura 12. los ángulos de las ondas incidente y refractadas siguen la Ley de Snell. La Ley de Snell, como se usa en la inspección ultrasónica, se escribe como sigue: Senα Senθ

=

V1 V2


Versión 001

Donde: α = Ángulo entre la línea normal a la superficie de interfase y la onda ultrasónica incidente o la onda ultrasónica en el medio 1. θ

= Ángulo entre la línea normal a la superficie de interfase y la onda ultrasónica refractada o la onda ultrasónica en el medio 2.

V1 = Velocidad en el medio 1 V2 = Velocidad en el medio 2

FIGURA 12

Cuando un haz longitudinal incidente es normal a la superficie de la pieza de prueba (α = 0º), el haz ultrasónico longitudinal es transmitido recto en la pieza de prueba y no ocurre la refracción. Cuando se rota el ángulo de incidencia (α es incrementado), ocurre la refracción y la conversión de modo; dentro del material sujeto a inspección, la onda ultrasónica longitudinal incidente es transmitida como una onda longitudinal y una onda transversal con una dirección e intensidad variables. Los ángulos de la sondas longitudinales y transversales refractadas son determinados por la Ley de Snell. La Figura ¡· muestra la energía relativa de las ondas longitudinales, transversales y superficiales en acero para diferentes ángulos de incidencia de ondas longitudinales en plástico. Las curvas fueron obtenidas usando zapatas de plástico sobre acero.


Versión 001

Cuando θ alcanza 90º para la onda longitudinal refractada, el valor de α es conocido como SEGUNDO ANGULO CRÍTICO. A un ángulo de incidencia mayor al segundo ángulo crítico, en la pieza de prueba ya no se generan ondas transversales. Si se emplea un ángulo de incidencia ligeramente mayor al segundo ángulo crítico (5º a 10º) se generan ondas superficiales.

EJEMPLOS DE CÁLCULOS EMPLEANDO LA LEY DE SNELL a) Encontrar el primer ángulo crítico usando una zapata de plástico en aluminio. Senα

=

Senθ

V1 V2

α = ? (Primer ángulo crítico) θ = 90º al primer ángulo crítico; sen 90º = 1 V1 = Velocidad de la onda longitudinal en la zapata de plástico (Lucita) V1 = 2.68 x 106 mm/s V2 = Velocidad de la onda longitudinal en aluminio V2 = (6.32 x 106 mm/s x1) / 6.32x106 mm/s = 0.424 α = sen-1 0.424 = 25º

b) Encontrar el ángulo de incidencia en plástico para generar ondas superficiales en aluminio

Senα Senθ

=

V1 V2

α = ? (Ángulo de incidencia) θ = 90º para ondas superficiales; sen 90º =1 V1 = Velocidad de la onda longitudinal en la zapata de plástico (Lucita) V1 = 2.68x106 mm/s V2 = Velocidad de la onda superficial en aluminio = 90% de la velocidad transversal V2 = (3.13x106 mm/s x 1) / 2.82x106 mm/s = 0.9503


Versión 001

α = sen –1 0.9503 = 71.9º

VARIABLES ULTRASÓNICAS Las variables que se tratan a continuación son refractadas principalmente por el sistema de inspección ultrasónica (el instrumento, el palpador. La zapata, el medio de acoplamiento, etc.). Posteriormente se tratan las variables en la pieza de prueba. Es importante que el técnico en ultrasonido conozca los efectos de éstas variables en los resultados de la inspección ultrasónica.

REFLEXIÓN E IMPEDANCIA ACÚSTICA Cuando un haz ultrasónico incide en el límite entre dos materiales diferentes, parte de la energía es transmitida al segundo medio y parte es reflejada. El porcentaje de energía transmitida y reflejada está relacionada con las impedancias acústicas de los dos materiales. La impedancia acústica (Z) es el producto de la densidad del material (ρ) y la velocidad (v), o: Z = (ρ) x (v)

Las impedancias acústicas para diferentes materiales se encuentran en tablas. Las impedancias nos permiten calcular el porcentaje teórico de energía transmitida y reflejada en las interfases acústicas. A mayor diferencia entre las impedancias acústicas en las interfases mayor será el porcentaje de reflexión. Las siguientes fórmulas se utilizan para este cálculo: R =(Z2 – Z1)2 / (Z2 + Z1)2 %R = R x 100 T = 4Z1Z2 / / (Z2 + Z1)2 = 1 –R %T = T x 100

Donde: R : Coeficiente de reflexión

Versión 001


%R : Porcentaje de reflexión T : Coeficiente de transmisión %T : Porcentaje de transmisión Z1 : Impedancia en el medio 1 Z2 : Impedancia en el medio 2 La reflexión real frecuentemente difiere de la reflexión teórica calculada. La rugosidad superficial es una de las variables además de la impedancia acústica que afecta el porcentaje de reflexión.

FRECUENCIA Para la dirección de fallas usando el método de contacto, se utilizan generalmente frecuencias entre 2.25 y 10 MHz. Las frecuencias mas latas dentro de éste rango proporcionan una mayor sensibilidad para la dirección de discontinuidades pequeñas, pero no tienen el poder de penetración de las frecuencias mas bajas. Las frecuencias altas también son más afectadas por las discontinuidades metalúrgicas en la estructura del material. Las señales provenientes de éstas discontinuidades relevantes como, por ejemplo, grietas pequeñas.

El tamaño de la discontinuidad que puede ser detectada debe ser la consideración más importante cuando se selecciona la frecuencia. Si el tamaño de la discontinuidad de interés es grande, se debería seleccionar una frecuencia baja, como lo es 2.25 MHz. Bajo condiciones favorables, las discontinuidades deben tener una dimensión igual o mayor de la mitad de la longitud de onda, para poder ser detectadas. Por ejemplo, en la inspección con haz recto de aluminio a 2.25 MHz con una longitud de onda de 0.111, requiere de discontinuidades mínimo es de 0.025. A 10 MHz, es de 0.012.

ANCHO DE BANDA DE FRECUENCIAS Lo descrito en le párrafo anterior sobre frecuencias se refiere a la frecuencia pico usada en la inspección. En todos los casos, el instrumento ultrasónico


Versión 001

y el palpador producen una banda de energía ultrasónica que cubre un rango de frecuencias. El rango es expresado como ancho de banda.

Muchos procedimientos de inspección ultrasónica son sensibles a la frecuencia empleada y por lo tanto, y pueden ser afectados por las variaciones en el ancho de banda del sistema de inspección. Por ejemplo, ciertas inspecciones usan la pérdida de la reflexión de pared posterior como criterio de rechazo. La pérdida en la reflexión de la pared posterior puede ser causada por la dispersión del sonido provocada por discontinuidades pequeñas y por lo tanto es dependiente de la frecuencia pico y del ancho de banda de la inspección. Tanto el instrumento como el palpador afectan el ancho de banda de la inspección. Por lo tanto, cuando se desarrolla un procedimiento

con

un

instrumento

y

palpador

en

particular,

es

recomendable que se utilice el mismo modelo de instrumento y de palpador con respecto al fabricante, material del elemento transductor, material de amortiguamiento, tamaño y frecuencia cuando se realiza una inspección.

Las instrumentos ultrasónicos son construidos de tal manera que emiten impulsos al palpador y miden la respuesta en diferentes maneras con respecto al ancho de banda. Sin considerar otros factores en este momento, una banda más ancha significa una mejor resolución y un ancho de banda mas angosta significa mayor sensibilidad. Los instrumentos ultrasónicos son diseñados de tal manera que, con respecto al ancho de banda, exista un compromiso entre una buena resolución y sensibilidad. CARACTERÍSTICAS DEL HAZ ULTRASÓNICO El haz ultrasónico no se comporta como un pistón, es decir, no tiene una proyección con lados rectos con intensidad uniforme desde la cara del transductor. El haz ultrasónico se esparce conforme se aleja de la cara del transductor y varía en intensidad. El perfil del haz ultrasónico conforme viaja en el material se ha dividido en diferentes zonas por sus características.

Versión 001


ZONA MUERTA En la inspección por contacto, existe un área frente a la cara del palpador en el que no se puede hacer ningún tipo de inspección. No se puede observar la reflexión desde una discontinuidad porque el pulso inicial en la pantalla es demasiado grande. Si una discontinuidad estuviera cerca de la superficie, la energía reflejada regresaría al palpador mientras está todavía transmitiendo. La zona muerta o zona de no-inspección es inherente a todos los instrumentos ultrasónicos. En algunos tipos de equipos, la zona muerta no es demasiado obvia. Lo anterior es porque la longitud del pulso inicial puede ser disminuida electrónicamente. La longitud de la zona muerta puede ser estimada y medida en los equipos con presentación de barrido Tipo A. Después de realizar la calibración de distancia, se mide la longitud desde el cero del equipo hasta que la inflexión del pulso inicial regresa a la línea de tiempo base. En el método de inmersión la zona muerta es la longitud del pulso reflejado en la interfase entre el agua y el material sujeto a inspección. Para minimizar la longitud de la zona muerta se emplea transductores con alto amortiguamiento que emiten pulsos cortos (banda ancha).

CAMPO CERCANO Extendiéndose desde la cara del palpador existe un área que se caracteriza por las variaciones en la intensidad del haz ultrasónico. Esta área se denomina campo cercano (Zona de Fresnel). Debido a las variaciones en amplitud inherentes, esta zona no es recomendada para la inspección. En esta zona se puede detectar discontinuidades, medir espesores o conocer la profundidad a la que se encuentra una discontinuidad pero no se puede evaluar discontinuidades por comparación contra indicaciones obtenidas de reflectores conocidos a diferentes profundidades y cuando su área es menor que la del transductor. Con diámetros de elementos transductores y frecuencias más pequeñas se obtiene una longitud de campo cercano mas corta. La longitud del campo cercano, como se observa en la Figura 13, puede calcularse con la siguiente ecuación:


Versión 001

N = D2 / 4λ = D2F / 4v

Donde: N : Longitud del campo cercano (pulgadas) D : Diámetro del elemento transductor (pulgadas) λ : Longitud de onda (pulgadas) f : Frecuencia (c/s) v : Velocidad acústica (pulg/s)

En el caso de transductores no circulares el valor de “D” será aproximadamente: D ≡ LADO x 1.125 (para transductores cuadrados) D ≡ PROMEDIO DE LOS LADOS x 1.1 (para transductores rectangulares)

Sin embargo, siempre será mejor determinar la longitud del campo cercano en forma práctica.

Ejemplo: ¿Cuál será la longitud de campo cercano cuando se inspecciona acero con un palpador de ¾” ∅ y 5 Mhz de frecuencia? N= D2F / 4v N = ? (Longitud del campo cercano) D = 3/4 “ = 0.750”, por lo tanto D2 = 0.5625 pulg. cuad. F= 5 MHz = 5 x 106 c/s v = (velocidad long. del acero) = 0.2330 x 106 pulg/s N = (0.5625 pulg. cuad. x 5 x 106 c/s) / (4 x 0.2330 x 106 pulg/s) = 3.02 pulgadas.

CAMPO LEJANO La zona que se encuentra a continuación del campo cercano es llamada campo lejano (ver Figura 13 ). En el campo lejano (zona de Fraunhöfer) la


Versión 001

intensidad del haz ultrasónico decae de manera exponencial conforme la distancia desde la cara del transductor se incrementa.

FIGURA 13

DISTANCIA AMPLITUD La Figura 14 es un ejemplo de una curva de amplitud contra distancia. Note la curva irregular en el área del campo cercano. Lo importante que hay que recordar es que, cuando se inspecciona en el campo cercano, pueden ocurrir

grandes

variaciones

en

amplitud

de

las

indicaciones

de

discontinuidades de un mismo tamaño a diferentes profundidades dentro del mismo. Siempre será mejor comparar las señales de discontinuidades con las señales de los reflectores de los patrones de referencia, como por ejemplo, agujeros de fondo plano que tengan la misma distancia de viaje que la discontinuidad o bien en una zona donde se pueda predecir el tamaño equivalente de la discontinuidad por medio de la amplitud; lo anterior puede realizarse solamente en el campo lejano.

FIGURA 14

Versión 001


DIVERGENCIA DEL HAZ En el campo cercano el haz ultrasónico se propaga en línea recta desde la cara del palpador. En el campo lejano el sonido se esparce hacia fuera como se muestra en la Figura 13. A una frecuencia dada, entre mayor sea el diámetro del transductor el haz será más recto; con transductores de menor diámetro el haz tendrá una mayor divergencia. De la misma manera, con un mismo diámetro, los transductores de mayor frecuencia, tendrán una menor divergencia.

La mitad del ángulo de divergencia (α) se calcula como sigue: Sen α = 1.22λ / D = 1.22v / fD

Donde: α : La mitad del ángulo de divergencia (grados) λ : Longitud de onda (pulgadas) D : Diámetro del transductor (pulgadas) v : Velocidad acústica (pulg/seg) f : Frecuencia (c/seg)

Ejemplo: Si se inspecciona aluminio con un transductor de 5 MHz y 0.250”∅, ¿Cuál será la mitad del ángulo de divergencia? Sen α = 1.22v / fD α = ? (La mitad del ángulo de divergencia en grados) D = 0.250 pulg v = 0.249 x 106 pulg/s f = 5 MHz =5 x 106 c/s Sen α = (1.22 x 0.249 x 106 pulg/s) / (5 x 106 c/s x 0.250 pulg) = 0.2430 α = sen-1 0.2430 = 14º


Versión 001

Es importante considerar la divergencia cuando se realizan inspecciones porque, en ciertas aplicaciones, el haz ultrasónico que ha sido esparcido puede reflejarse en las paredes o extremos del componente y ocasionar una confusión en las señales del oscilogama, como se observa en la Figura 15.

FIGURA 15

HAZ ULTRASÓNICO FOCALIZADO Para algunas inspecciones por inmersión o por contacto se utiliza un haz ultrasónico focalizado. La focalización es producida empleando palpadores que contienen lentes acústicos en la cara del transductor. Los lentes acústicos, que el haz ultrasónico incide tenga una convergencia en un punto dentro del material sujeto a inspección. Este tipo de palpadores tiene una sensibilidad muy alta para discontinuidades localizadas en la distancia del punto focal debido a la concentración de energía en el mismo, pero la profundidad del material que puede ser inspeccionado también está limitada.


Versión 001

2. DISCONTINUIDADES EN LOS MATERIALES Algunos productos o materiales podemos decir que su uso es simplemente decorativo y por lo tanto su resistencia a los esfuerzos es, simplemente, inexistente aunque necesiten inspección, la cual puede concretarse a determinar las características de por ejemplo: color, pulido, estabilidad, etc. Existe otro tipo de productos y materiales que si requieren pruebas y evaluación, son aquellos que están sujetos a esfuerzos donde una falla o discontinuidad puede ser la causa de una costosa reparación, peligro para otros productos, estructuras e inclusive vidas humanas.

Si la discontinuidad presente tratara de ser detectada por métodos No Destructivos, estos deben ser seleccionados, aplicados e interpretados con cuidado y sobre la base de un conocimiento válido de los mecanismos de falla y sus causas. Es mas que evidente que el cocimiento de los materiales, propiedades y sus discontinuidades típicas, de acuerdo a su proceso de fabricación o condiciones de operación, ayudará notablemente a los técnicos en ultrasonido al realizar una prueba y tomando en cuenta que la mayoría de las técnicas de inspección son recomendadas cada una de ellas para un tipo de discontinuidades específica, el conocimiento de estas discontinuidades típicas nos ayudará a seleccionar el método mas adecuado.

CLASIFICACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES Las discontinuidades pueden ser divididas, de acuerdo a su origen y se clasifican como sigue:

1. DISCONTINUIDADES INHERENTES Son formadas normalmente cuando el metal es fundido y vaciado, a su vez se pueden subdividir en: a) De fundición primaria Son relacionados con el fundido y solidificación del lingote original de que será transformado en placas, billets, etc.


Versión 001

b) De fundición secundaria Son relacionados con el fundido, vaciado y solidificación de una pieza, normalmente son causadas por variables propias del proceso, por ejemplo: alimentación impropia, vaciado excesivo, temperatura inadecuada, gases atrapados, humedad, etc.

2. DISCONTINUIDADES DE PROCESO Las discontinuidades de este tipo son las originadas en los diferentes procesos de manufactura, por ejemplo: Forjado, fundido, maquinado, rolado, soldado, tratamiento térmico.

3. DISCONTINUIDADES DE SERVICIO Algunas veces estas discontinuidades son producidas por otro tipo de discontinuidades presentes en el material, las cuales provocan una concentración de esfuerzos. También pueden ser originadas debido a un mal diseño de la parte donde los esfuerzos a los que el material es sometido son mayores a los esfuerzos que puede resistir.

1. DISCONTINUIDADES INHERENTES

DE FUNDICIÓN PRIMARIA Discontinuidades encontradas en lingotes. Las discontinuidades más comúnmente encontradas en lingotes son: a) Inclusiones b) Sopladuras c) Contracción d) Segregaciones


Versión 001

LINGOTE

a) INCLUSIONES Inclusiones No Metálicas Son partículas de forma irregular, de material no metálico por ejemplo: escoria, óxido, sulfuros, etc. Estas partículas quedan atrapadas en el metal fundido y se encuentran presentes en el lingote, este tipo de discontinuidades pueden ser de cualquier forma y también pueden ser superficiales o internas.

ORIGEN 1. Desplazamiento de material refractario 2. Escoriación inadecuada del metal líquido.

Inclusiones Metálicas Generalmente, son partículas metálicas de diferente densidad o material que permanecen en estado sólido y que quedan atrapadas en el metal fundido, las cuales también pueden aparecer en grandes cantidades esparcidas a través del lingote, pueden ser superficiales o internas.

Una causa que puede originar la inclusión metálica es el hecho de usar materia prima con impurezas para la obtención del lingote, pueden aparecer en materiales ferrosos y no ferrosos.


Versión 001

b) SOPLASURAS Pueden aparecer como áreas deprimidas en la superficie de la pieza fundida o del lingote. También pueden presentarse como cavidades subsuperficiales de forma redonda y alargada, se encuentran desde la superficie hasta el centro o aisladas en pequeños grupos, extendiéndose desde la superficie hacia el interior del lingote.

ORIGEN Fundamentalmente humedad excesiva del molde o lingotera, la temperatura extrema del metal hace que la humedad se evapore rápidamente originando que las presiones de éste vapor y de los demás componentes excedan las presiones del metal en alguna parte de la pieza durante la solidificación, originando cavidades lineales cuando escapan, la porosidad es formada por gas, el cual es insoluble en el metal fundido y es atrapado cuando el metal se ha solidificado. La porosidad no fusionada se atribuye a la porosidad que esta en el lingote; durante la operación de conformado es aplanada y forma lo que podríamos llamar una fisura.

c) CONTRACCIÓN Es una discontinuidad originada por las contracciones internas durante el proceso de solidificación y enfriamiento, las contracciones que sufre el metal durante la solidificación y enfriamiento es a consecuencia de lo siguiente: 9 El metal líquido se contrae cuando se enfría, de estado líquido a sólido. 9 Durante la solidificación la mayoría de los metales se contraen de 3% a 7% en volumen, a excepción del bismuto el cual se expande. 9 Durante el enfriamiento en el estado sólido.

Versión 001


ORIGEN El metal al ser vaciado en la lingotera inicia el proceso de solidificación y enfriamiento al descender la temperatura. El flujo del calor es del interior al exterior de la lingotera y se realiza a través de las paredes y el fondo; debido a que las partes más frías son las paredes, es ahí donde se inicia la solidificación por capas.

En una lingotera, al enfriarse de afuera hacia adentro, la parte superior del lingote mostrará una depresión cóncava conocida como rechupe primario. La parte superior del lingote es cubierta por óxidos y escoria, así como partículas de baja densidad. Esta zona se le conoce como cabeza caliente la cual es cortada después que el lingote se ha enfriado, para compensar la pérdida de este material se coloca en la parte superior de la lingotera una línea de ladrillos refractarios. La acción aislante de la línea de refractarios asegura un enfriamiento lento en esa zona, comparada con el resto del lingote. Considerado un tipo de lingotera con su parte superior angosta, en ella se lleva acabo el mismo patrón de solidificación y enfriamiento. Así como la formación del rechupe primario y si no se toman las precauciones debidas, al solidificar la parte de arriba dejará un pequeño volumen líquido en forma cónica, el cual al solidificarse se contraerá y eventualmente se formará una cavidad denominada rechupe secundario.

Las paredes de este tipo de rechupe estarán libres de óxido, de tal forma que en procesos subsecuentes (forma o laminado) se soldarán eliminándose la discontinuidad, sin embargo, si esta pieza es sometida a un temple existirá la posibilidad de que la discontinuidad sea abierta.

Para evitar que el volumen líquido de forma cónica quede aislado, debe emplearse un sistema de enfriamiento mediante un inserto (enfriador) que forma parte de la lingotera para que proporcione una velocidad de enfriamiento igual al resto del material o bien teniendo cuidado en el diseño de los sistemas de alimentación.


Versión 001

d) SEGREGACIÓN Es la distribución no uniforme de varios elementos durante el proceso de solidificación como son: magnesio, fósforo, cromo, etc. Generalmente, el azufre se combina con los demás elementos para formar la segregación. La segregación toma lugar en diferentes formas como resultado del proceso de la solidificación del lingote. Mientras mayor sea el tamaño del lingote es más difícil controlar la solidificación y mayor es la formación de segregaciones. El movimiento relativo que tenga el metal líquido en la lingotera hasta la solidificación, es un factor que también promueve la segregación, por ejemplo: los aceros calmados, en los cuales hay menor movimiento del metal líquido, muestra menor evidencia de segregación que los semi calmados y los efervescentes.

EXISTEN VARIOS TIPOS DE SEGREGACIONES QUE SON: 1. Segregación en A 2. Segregación en V 3. Segregación en la esquina de la lingotera 4. Segregación de sopladuras subsuperficiales

Segregación en A La segregación tiende a situarse hacia el centro de la parte superior del lingote y es menos pronunciadas hacia la parte inferior, es una cadena de azufre microscópica asociada con carbono, magnesio, fósforo, níquel, cromo, etc. El metal que solidifica primero es el más puro debido a su punto de fusión más alto, eventualmente el metal líquido mas impuro, el que contiene más aleantes, es atrapado a medida que progresa la solidificación y enfriamiento, llevándose a cado la segregación.

Este tipo de segregación generalmente está asociado con inclusiones no metálicas las cuales estuvieron en estado líquido a la temperatura del acero y que quedaron atrapadas durante la solidificación; también está

Versión 001


asociada con cavidades por contracción causadas por aislamiento del volumen segregado desde el metal líquido, las cavidades son muy pequeñas y pueden ser fácilmente eliminadas con una pequeña reducción de forja.

La segregación A es generalmente al sitio donde se produce la fisura por hidrógeno.

Segregación en V Ocurre a lo largo del lingote y es el resultado de solidificación diferencial, es decir, debido a las contracciones y el gradiente de temperatura. Está generalmente asociada con el rechupe secundario y toma su nombre por la forma de la letra “V” que adopta, y al igual que la anterior es formada por ser una de las regiones que solidifica al final y puesto que también contiene un mayor grado de concentración de elementos de aleación que el resto del material.

Segregación en la esquina del lingote Como su nombre lo indica, generalmente ocurre en la esquina, al inicio y en la parte inferior del lingote. En la mayoría de los casos es asociada con una grieta, se debe a que el líquido con mayor contenido de aleantes e impurazas es atrapado en la junta (precisamente donde crecen los cristales columnares), y crecen hacia el interior desde las caras adyacentes de la lingotera. Otra teoría se basa en el efecto de la presión ferrostática ejercida en la capa que solidifica primero que al oponer resistencia da inicio a una grieta o un desgarre el cual ya no puede ser llenado con metal líquido siendo este el caso en que la grieta es asociada con la segregación. Dos hechos dan soporte a ésta teoría: La velocidad elevada de vaciado y el vaciado a alta temperatura, de tal forma que la capa que solidifica primero debe soportar el peso del metal líquido como si fuera vaciado lentamente.


Versión 001

Segregación de sopladuras subsuperficiales Son pequeños volúmenes de material segregado, los cuales ocurren en regiones subsuperficiales del acero calmado. La segregación es formada por las reacciones de gas localizado en el material líquido causando sopladuras, las cuales son llenadas más tarde con metal líquido. Normalmente, éste tipo de segregación es asociada con inclusiones de óxido y se localiza en la región superior del lingote, pero puede ocurrir en alguna otra región y a lo largo del mismo.

Las causas pueden ser: el estado de desoxidación del metal líquido durante la carga (a menor presencia de gases, menor será la formación); la condición del molde debe estar lo mas seco posible para evitar reacciones.

DE FUNDICIÓN SECUNDARIA Discontinuidades comunes en piezas fundidas. Las discontinuidades más comunes que son originadas en piezas obtenidas por fundición son: a) Traslapes en frío b) Desgarres en caliente c) Cavidades por contracción d) Microcontracciones e) Sopladuras f) Porosidad g) Contracciones

A) TRASLAPES EN FRÍO Es una discontinuidad que puede ser superficial o subsuperficial, generalmente son depresiones con apariencia tersa y se asemejan a un traslape de forja.

Es producto de una falta de fusión que ocurre en el encuentro de dos corrientes de metal que vienen de direcciones diferentes. Las


Versión 001

causas pueden ser de un vaciado interrumpido en moldes con varias bocas de alimentación, salpicado dentro del molde o cualquier otra causa que origine la solidificación de una superficie antes de que otro metal fluya sobre ella.

B) DESGARRE EN CALIENTE Es importante recordar que la contracción es inevitable. Si existe algo se opone a la contracción entonces se desarrolla un esfuerzo el cual puede conducir al agrietamiento. El desgarre puede ser interno o cercano a la superficie y se produce debido a las diferentes velocidades de solidificación y enfriamiento que ocasiona diferentes contracciones en algunas zonas de una pieza de geometría complicada en la cual se tenga secciones gruesas y delgadas.

Cuando se inicia la solidificación, el metal es débil en sus propiedades mecánicas y se contrae si no se tiene una velocidad de solidificación y enfriamiento uniforme ocasionando una grieta entre las secciones gruesas y delgadas, lo mismo sucede en el caso de que un corazón (sirve para formar cavidades o huecos internos en una pieza) tenga un índice de colapsibilidad bastante alto, ello origina un esfuerzo que se opone a la contracción libre del metal y por lo tanto, da origen a las grietas en caliente.


Versión 001

C) CAVIDADES POR CONTRACCIÓN Son huecos en una pieza fundida causados por la falta de una fuente suplementaria para compensar la contracción volumétrica que ocurre durante la solidificación, la superficie de la cavidad puede ser ligeramente en forma de dentrita y dentada (rasgada) o puede ser ligeramente suave dependiendo de la composición del metal fundido.

D) MICROCONTRACCIONES Normalmente, son muchos hoyos superficiales y pequeños que aparecen en la entrada o boca de alimentación de la fundición. Microcontracciones también pueden ocurrir cuando el metal fundido fluye desde una sección estrecha hacia el interior de una sección grande, en el molde. Ocurre con frecuencias en fundiciones de magnesio.

DISCONTINUIDADES DE PROCESO

DE CONFORMADO Son aquellas originadas o producidas en procesos tales como rolado y forjado. Las discontinuidades más comunes e importantes son:


Versión 001

a) Laminaciones b) Costuras c) Traslapes d) Reventadas e) Copos (Fisuras por hidrógeno) a) Laminación Son discontinuidades producidas durante los procesos de conformado (laminación o rolado, extrusión, forja), producto de rechupes, poros, inclusiones y segregaciones, las cuales son elongadas y aplanadas. Son extremadamente delgadas y alineadas paralelamente a la superficie de trabajo del material y en la dirección del conformado. Estas discontinuidades pueden ser superficiales o internas.

b) Costuras Son discontinuidades superficiales en forma de líneas continuas o intermitentes a lo largo de la superficie, poco profundas y algunas veces muy apretadas (finas), paralelas al grano, algunas veces en espiral cuando están asociadas con el rodillo de rolado.

Las costuras se originan de sopladuras, grietas, desgarres, poros y contracciones que vienen en el tocho, billet o lingote.


Versión 001

DE FORJADO Las discontinuidades de forja ocurren cuando el metal es martillado o presionado para darle la forma; son el resultado de un inadecuado arreglo, disposición o control. Un control adecuado de calentamiento para el forjado es necesario para prevenir cascarilla excesiva que se origina en los contornos del metal y por pérdidas del mismo resultan huecos sobre la superficie; estos huecos son originados por la cascarilla desprendida de la superficie dando como resultado una forma inaceptable.

Algunos calentamientos causan quemaduras debido a que los constituyentes químicos del material son bajo punto de fusión.

Esta acción fusionante algunas veces reduce las propiedades mecánicas del metal y el daño es irreparable. Los traslapes de forja generalmente ocurren en forjas cerradas y son la unión de dos superficies adyacentes causadas por un incompleto llenado de metal y falta de fusión entre las superficies.

Otros defectos que pueden ser producidos en el acero forjado por un diseño inadecuado o mantenimiento de la matriz son las grietas y roturas internas. Si el material es movido anormalmente durante el forjado, estos defectos pueden ser formados sin alguna evidencia en la superficie.


Versión 001

c) Traslapes Son líneas onduladas no muy apretadas o adheridas a la superficie que generalmente penetran a la pieza con un ángulo pequeño.

El traslape es causada por que parte del metal se desliza o dobla sobre la misma superficie de la pieza, usualmente cuando una parte del metal forjado es apretado y queda fuera de entre los dos dados.

d) Reventadas La reventada de forja es una ruptura causada por temperaturas de forja inapropiadas. Las reventadas pueden ser internas o abiertas a la superficie o ambas. 9 Subsuperficial o interna 9 Abiertas a la superficie

Son producidas por: el empleo de bajas temperaturas durante el proceso de forjado, el trabajo excesivo o el movimiento del metal durante el forjado. Su apariencia es de cavidades rectas, irregulares en tamaño muy abiertas o cerradas, paralelas al grano.


Versión 001

e) Copos (Fisuración por hidrógeno) Son fisuras internas extremadamente delgadas y generalmente alineadas en paralelo con el grano; algunas veces conocidas como "grietecilla capilar o filiforme de cromo" (como es el caso de una superficie decapada y fracturada que muestra fisuras internas como áreas pequeñas, brillantes y plateadas) o como grietas capilares finas. Generalmente se encuentran en forja de acero de gran espesor, lingotes y barras.

Las causas que originan este tipo de discontinuidad son: 9 Las tensiones localizadas, producidas por la transformación efectuada. 9 Disminución de la solubilidad del hidrógeno durante el enfriamiento después del trabajo en caliente. El hidrógeno puede provenir de la humedad del medio, de la lingotera y de la caliza que es fuertemente higroscópica, o también la presencia de hidrógeno en el material.

El material con alto contenido de hidrógeno disuelto presenta fragilidad, reducción de la resistencia de la pieza forjada haciéndola apta para que una grieta se propague cuando esta se origine por impacto, fatiga o esfuerzo por corrosión. Este tipo de discontinuidad se presenta en materiales ferrosos.

GRIETAS POR TRATAMIENTO TÉRMICO Las grietas por tratamiento térmico son casi siempre causadas por la concentración de esfuerzos durante el calentamiento y enfriamiento desigual entre secciones delgadas y gruesas. Las grietas por tratamiento térmico no tienen dirección específica y empiezan normalmente en esquinas agudas, las cuales actúan como puntos de concentración de esfuerzos.

Versión 001


GRIETAS POR MAQUINADO Son un tipo de discontinuidad de proceso causadas por esfuerzos, los cuales son producidos por excesivo calentamiento local entre la herramienta y la superficie del metal.

Sus características principales pueden ser: 9 Superficiales 9 Poco profundas 9 Similares a las de tratamiento térmico (aunque no siempre) 9 Ocurren en grupos 9 Generalmente ocurren en superficies con alto tratamiento térmico, cromados, endurecimiento local, etc. 9 Sobrecalentamiento local.

DEFECTOS TÍPICOS QUE SE PRODUCEN EN SOLDADURA La mayoría de los procesos de soldadura consisten en unir dos piezas de metal para satisfacer una especificación, dibujo o cualquier otro medio en el que se establezca un requisito. En la industria, están disponibles sobre cuarenta procesos de soldadura diferentes dentro de los que se incluye a: soldadura con arco, con gas, de resistencia, etc. Sin importar el proceso, existen tres variables comunes: 9 Una fuente de calor. 9 Una fuente de protección. 9 Una fuente de elementos químicos.


Versión 001

El control de estas variables es esencial y cuando alguna de ellas, por cualquier razón, se vuelve inestable se puede esperar que se presenten una variedad de discontinuidades en la soldadura.

Los defectos que se producen en soldadura, y que el técnico de ultrasonido debe poner en evidencia, pueden ser de índole diversa. Algunos son inherentes al tipo de procedimiento empleado para realizar la soldadura. Otros son comunes a casi todos los procedimientos. En ocasiones, los defectos son provocados por la inexperiencia o negligencia del soldador (posición incorrecta del electrodo, eliminación insuficiente de escorias, etc. ). En otras ocasiones los defectos se deben a que no se han ajustado en forma conveniente los parámetros del proceso (intensidad inadecuada, velocidad de desplazamiento del arco demasiado elevada, etc.). Por ultimo, hay defectos debidos a una unión deficiente (tipo de preparación inadecuada para el espesor de la placa, electrodo mal indicado para el tipo de material a soldar, etc.).

Desde el punto de vista del operario de ultrasonido, los defectos en soldadura pueden agruparse como sigue:

1. EXTERNOS 1.1 Grietas 1.1.1

Longitudinales y Transversales

1.2 Descolgamientos y Desalineamientos

2. INTERNOS 2.1 Grietas 2.1.1

Longitudinales

2.1.2

Transversales

2.1.3

De cráter

Versión 001


2.2 Falta de penetración, Falta de Fusión, Escoria y Porosidad

En cuanto a la detección de estos defectos por ultrasonido evidentemente los que debe buscar el operario son los internos. No obstante, esto no quiere decir que deben ignorarse los externos sino, muy al contrario, tener en cuenta la posibilidad de su existencia al realizar el examen de un cordón pues muchas veces su presencia puede dar origen a confusiones o errores de interpretación.

Por otro lado, de acuerdo a su posición a través de la soldadura. discontinuidades pueden agruparse como se menciona a continuación:

DISCONTINUIDADES EN EL PASO DE RAÍZ FALTA DE PENETRACIÓN Es la falta de penetración en el paso de raíz o fondeo, dejando presentes las aristas de la cara de raíz. Ocurre cuando no se alcanza la temperatura de fusión del metal base debido a diferentes razones, por ejemplo: inadecuada preparación o diseño de la junta, electrodos de grandes dimensiones (diámetro), velocidad de aplicación excesiva y corriente utilizada baja.

FALTA DE PENETRACIÓN CON DESALINEAMIENTO Es la falta de fusión de una de las caras de raíz, en el paso de raíz o fondeo, cuando las caras de raíz están desalineadas. Ocurre cuando las caras de raíz de los elementos que serán unidos no se encuentran alineadas entre ellas.

Versión 001


CONCAVIDAD EN LA RAÍZ El paso de la raíz funde ambas caras pero al centro del cordón de raíz se presenta una depresión o cavidad debida a la contracción del metal.

QUEMADA Es una depresión severa en la raíz de la soldadura, por penetración excesiva la raíz de la soldadura ha perdido parte del metal, generalmente no es alargada.

SOCAVADO INTERNO Es una ranura en el metal base alo largo del borde del cordón de raíz en la superficie interior de la soldadura.

Versión 001


FUSIÓN INCOMPLETA EN EL PASO DE RAÍZ Es la falta de fusión entre una de las caras de raíz y el material de soldadura de aporte en el paso de raíz. Presente en juntas a tope con ranura en “V” sencilla.

DESALINEAMIENTO (HIGH-LOW) Cuando los elemento soldados no se encuentran alineados entre ellos.

PENETRACIÓN EXCESIVA (EXCESO DE PENETRACIÓN) Exceso de metal de soldadura de aporte en el cordón de raíz. Se puede extender a lo largo del cordón de raíz o en zonas aisladas.

DISCONTINUIDADES EN EL PASO FINAL LLENADO INCOMPLETO Es la falta de metal de soldadura de aporte en el paso final.

Versión 001


FALTA DE FUSIÓN O FUSIÓN INCOMPLETA EN EL PASO FINAL Es la falta entre una de las caras de ranura y el material de soldadura de aporte en el paso final.

SOCAVADO EXTERNO Una ranura en el metal base a lo largo del borde del paso final, en la superficie exterior de la soldadura.

REFUERZO INADECUADO O RELLENO INSUFICIENTE Una depresión en el paso final o parte superior de la soldadura, dando como resultado un espesor menor en la soldadura que en el metal base. Se extiende a través del ancho completo del paso final.

Versión 001


REFUERZO EXCESIVO Exceso de metal de soldadura de aporte en el paso final.

DISCONTINUIDADES INTERNAS INCLUSIONES ALARGADAS (LÍNEAS DE ESCORIA) Material no metálico, escoria, óxidos metálicos y sólidos no metálicos, atrapado entre los cordones de la soldadura, en los pasos de relleno. Orientadas en dirección paralela al eje de soldadura, pueden presentarse en líneas continuas o intermitentes, sencillas o paralelas.

INCLUSIONES AISLADAS (INCLUSIONES DE ESCORIA) Material no metálico, escoria, óxidos metálicos y sólidos no metálicos, atrapado entre los cordones de la soldadura, en los pasos de relleno. Son de forma irregular, ligeramente alargadas o aisladas, distribuidas al azar en la soldadura.


Versión 001

FALTA DE FUSIÓN O FUSIÓN INCOMPLETA (ENTRE METAL DE BASE Y SOLDADURA) Es la falta de fusión entre la cara de ranura y el metal de soldadura de aporte en los pasos de relleno. Orientadas en dirección paralela al eje de la soldadura,

pueden

presentarse

en

líneas

alargadas

continuas

o

intermitentes, sencillas o paralelas.

FALTA DE FUSIÓN O FUSIÓN INCOMPLETA (ENTRE CORDONES DE SOLDADURA DE RELLENO) Es la falta de fusión entre los cordones de soldadura de aporte en los pasos de relleno. Conocida como “soldeo en frío de los cordones”, “traslape frío” y “soldadura cruda”. Orientadas en dirección paralela al eje de la soldadura, pueden presentarse al líneas alargadas continuas o intermitentes, sencillas o paralelas.

Versión 001


INCLUSIONES DE TUNGSTENO Pedazos pequeños de tungsteno atrapados entre los cordones de la soldadura, se produce cuando el electrodo de tungsteno se funde y deposita entre la soldadura. De forma irregular, agrupadas o aisladas, y localizadas en cualquier parte de la soldadura.

POROSIDAD Son huecos redondeados o ligeramente alargadas producidos por gas atrapado durante la solidificación del metal de soldadura de aporte.

Se clasifican en : 9 Porosidad individual, aislada o al azar 9 Porosidad agrupada 9 Poros túnel o agujeros de gusano 9 Porosidad en el cordón de raíz

Versión 001


GRIETAS Fracturas o roturas del metal, pueden ser del metal de base o del metal de aporte. Se producen cuando se ha excedido la resistencia del metal, por ejemplo debido a esfuerzos elevados

por cambios dimensiónales

localizados. Pueden ocurrir durante la aplicación del metal de aporte, durante el enfriamiento o particularmente en materiales duros o frágiles.

Se clasifican en: 9 Grietas longitudinales 9 Grietas transversales 9 Grietas de cráter o estrella 9 Grietas en metal de base


Versión 001

POSIBILIDAD DE DETECCIÓN DE DEFECTOS INTERNOS EN SOLDADURA MEDIANTE ULTRASONIDO Eligiendo la técnica de control por ultrasonido mas adecuada, en cada caso, puede afirmarse que casi la totalidad de los defectos internos inherentes a las soldaduras pueden ser detectados.

Veamos ahora el grado de dificultad que involucrado en la detección de cada uno de los defectos citados durante el examen de soldaduras por ultrasonido.

GRIETAS Las grietas longitudinales, que suelen darse en las uniones soldadas, son relativamente fáciles de detectar mediante ultrasonido. Las grietas transversales requieren un mayor cuidado para su detección siendo necesario buscarles con el palpador situado casi paralelo al cordón como se observa en la Figura 1, sin embargo, en ocasiones no es posible detectarlas de esta forma y entonces se


Versión 001

recurre al control mediante dos palpadores conectados en paralelo (Figura 2) funcionando ambos como emisores y receptores.

Figura 1

Figura 2

FALTA DE PENETRACIÓN Cuando la preparación de las placas a soldar es en "V' (caso muy frecuente) la falta de penetración de existir se presenta en la raíz. Si el cordón lleva preparación en "X" o "doble V" la falta de penetración suele producirse en el centro del mismo y si el ángulo de entrada del palpador es mas bien bajo (60° o 45°), debido a que las placas son gruesas puede ocurrir que, al ser el defecto vertical y muy plano, no pueda ser detectado con un solo palpador (Figura 3). Se recurre, entonces, al empleo de dos palpadores conectándose en serie, el segundo recibe (Figura 4) pudiéndose entonces detectar el defecto.

Figura 3

Figura 4

Versión 001


En algunos casos los ecos procedentes de falta de penetración, existente en la raíz de los cordones aplicados en placas de espesores más bien pequeños, pueden confundirse con los procedentes de descolgamientos, este se presenta particularmente en uniones a tope de tubos. No obstante, ninguno de los defectos suele admitirse y por lo tanto, frecuénteme, no se requiere la identificación, del tipo de defecto.

FALTA DE FUSIÓN Las faltas de fusión suelen aparecer frecuentemente en los flancos de los chaflanes de las placas, en ocasiones se producen entre pasadas, por ejemplo en la unión de tubos realizada por el procedimiento CO2, y su forma y orientación ocasionada que sea necesario un mayor cuidado en su localización mediante ultrasonido.

INCLUSIONES DE ESCORIA Este tipo de defecto es muy corriente en la soldadura eléctrica por arco manual, aunque puede darse en otros casos. Se pueden presentar en cualquier parte del cordón. En ocasiones se encuentran en la raíz y pueden ir asociadas con falta de penetración. Su detección por ultrasonido normalmente, no presenta problemas.

INCLUSIONES GASEOSAS Las mas frecuentes de estas inclusiones son los denominados poros que, debido a que son reflectores esféricos muy pequeños, requieren un cuidadoso control. Cuando están agrupados la detección es mas sencilla así como cuando son vermiculares o bien son cavidades gaseosas grandes.

En general, por ultrasonido la detección de todos estos tipos de discontinuidades esta haciéndose mas común en prácticamente todos los campos de la industria.

DISCONTINUIDADES DE SERVICIO La falla mecánica es siempre el resultado de un esfuerzo arriba de un valor critico para cada material que provoque deformación o fractura. Tales esfuerzos

Versión 001


excesivos son establecidos por la combinación de defectos del material, cargas excesivas, tipos de cargas inadecuadas o errores de diseño.

En general, los productos y estructuras pueden estar sujetos a una variedad de condiciones de servicio, por ejemplo: las cargas aplicadas pueden ser estáticas (estacionarias o fijas) o dinámicas (variables); el medio ambiente puede contribuir a la corrosión, vibración o temperaturas y presiones por arriba o debajo de las condiciones normales; el producto podría, inclusive, estar sujeto a abuso.

Bajo ciertas condiciones las discontinuidades que se cree no son de riesgo pueden cambiar y convertirse en defectos serios que pueden causar una falla desastrosa. Lo anterior ocurre debido a condiciones de servicio y puede ser por los efectos de fatiga o corrosión, especialmente, cuando son acompañadas por cargas cíclicas. Una pequeña discontinuidad que es inherente al material puede desarrollarse hasta convertirse en una grieta de concentración de esfuerzos que, bajo ciertas cargas variables, se propaga con el paso del tiempo hasta que ya no exista suficiente material sólido para soportar la carga. Como consecuencia de lo anterior se produce la falla total por fractura.

Las discontinuidades de servicio son las más importantes y criticas. Los materiales que pueden presentar defectos debido a las condiciones de funcionamiento u operación son considerados extremadamente críticos y demandan atención estrecha.

Son consideradas discontinuidades de servicio: 9 Grietas por fatiga 9 Corrosión 9 Grietas por corrosión 9 Erosión

A) GRIETAS POR FATIGA Inician en puntos de alta concentración de esfuerzos, debido a la forma del material y algunas veces son causadas por discontinuidades existentes en la

Versión 001


pieza antes de ponerla en servicio, normalmente se encuentran abiertas a la superficie. Barrenos en el material, ranuras en la superficie, discontinuidades internas y particularmente aquellas sobre o cercanas a la superficie y discontinuidades causadas por ataque de corrosión en los bordes de grano pueden ser fuentes de grietas por fatiga.

La falla por fatiga es más común de lo que podría pensarse. Se estima que en el equipo que cuenta con partes en movimiento o que se encuentran sujetas a vibración, el 90% de las fallas incluye a la fatiga de alguna forma.

B) CORROSIÓN En general, corrosión es el deterioro de metales debido a la acción química del medio circundante o contrayente, el cual puede ser un líquido, gas o la combinación de ambos. En algún grado la corrosión puede producirse sobre todos los metales, pero su efecto varia ampliamente dependiendo de la combinación del metal y el agente corrosivo. La corrosión ataca metales por acción química directa, por electrólisis (acción electroquímica) o por la combinación de ambos.

Corrosión General. La corrosión general es el tipo mas común de corrosión, se presenta en forma relativamente uniforme sobre la superficie total del metal expuesto.

Picaduras (Pitting). Otro tipo de corrosión son las picaduras, es corrosión localizada la cual corresponde a hoyos que se extienden o desarrollan hacia dentro del metal. Este tipo de corrosión es mas serio que la corrosión ligera general ya que las picaduras pueden reducir la resistencia del material y porque también son núcleos para las grietas por fatiga. En algunos materiales

Versión 001


la cantidad y profundidad de las picaduras puede incrementarse con el tiempo. El acero con corrosión uniforme expuesto a la atmósfera puede, con el paso del tiempo, desarrollar picaduras.

C) GRIETAS POR CORROSION. Un tipo serio de corrosión es creado cuando el ataque es contra los bordes de grano. Siguiendo los bordes de grano desde la superficie del material, se desarrolla una discontinuidad, un tipo de grieta. Tales grietas pueden causar la falla del material sometido a cargas estáticas debido a la reducción de la resistencia a la carga de la sección transversal. En el caso de cargas dinámicas, son fuentes de inicio de las grietas y falla por fatiga.

Agrietamiento por esfuerzo de corrosión (Stress Corrosión Cracking). Existe un tipo de corrosión ínter cristalina conocida como agrietamiento por esfuerzo de corrosión, que es de gran interés por sus efectos sobre un gran número de aleaciones comunes de varios metales utilizados en medios químicamente agresivos. En aceros de alta resistencia y aceros inoxidables austeníticos es usualmente transgranular. Para el control] del agrietamiento por esfuerzo de corrosión se necesita considerar cuatro requisitos para que se presente: una aleación susceptible; un medio agresivo y corrosivo; esfuerzos aplicados y residuales; y el tiempo.

Versión 001


3. INSPECCIÓN DE SOLDADURAS POR ULTRASONIDO Cuando un palpador angular, acoplado a un equipo de ultrasonido, se apoya sobre la superficie de una placa el haz de andas longitudinales emitido por el cristal del palpador, se refracta, al atravesar la interfase convirtiéndose en un haz de ondas transversales. Este haz se propaga en "zigzag" a través de la placa según se ve en la Fig. siguiente y si, en su camino, no encuentra ningún reflector de orientación favorable, continuará su propagación a través de la placa y en la pantalla. no habrá ninguna indicación.

Cada reflexión, la divergencia del haz va haciéndose mayor manteniéndose el máximo de presión sonora en la parte central del haz. La divergencia del palpador angular, depende de la superficie del cristal! piezo-eléctrico y de la frecuencia con que trabaja.

Imaginemos ahora que el haz de ondas transversales incide en el borde de la placa. En este caso, aparecerá un eco en la pantalla siempre que cl rango elegido en el equipo sea el adecuado, la reflexión se producirá bien cuando el haz incida en el borde inferior o bien cuando incida en el superior. El eco de máxima altura corresponderá a la reflexión de la parte central del haz en el borde inferior dc la pieza al producirse la primera reflexión. A continuación, los ecos sucesivos debidos a reflexiones en los bordes serán lógicamente de menor amplitud a medida que el palpador vaya alejándose del borde de la placa puesto que el haz, al tener que recorrer mayor camino, sufrirá una situación consiguiente mayor.


Versión 001

De

lo

anterior,

se

deduce

que

se

pueden

obtener

las

reflexiones

correspondientes a los bordes, inferior y superior, de la placa sin mas que situar el palpador de forma que el haz incida principalmente en el borde inferior y después en el borde superior (después de haber sufrido una reflexión en la superficie inferior de la placa). La reflexión en le esquina inferior del borde de placa se produce a una distancia SD/2 entre el punto de salida del haz del palpador y el borde de la placa y la reflexión en esquina superior, se produce a una distancia SD, pero veamos la siguiente figura:

De la anterior se deduce, que el haz barre toda la sección transversal de la placa al desplazar el palpador entre SD/2 y SD a la distancia SD se le denomina "SALTO" y a SD/2 "MEDIO SALTO", conociendo el ángulo de entrada del palpador, y el espesor de las distancias SD y SD/2. En efecto, de la figura se deduce que:

tgθ = SD/e y por lo tanto, SD/2 = e.tgθ y SD = 2e.tgθ = e.2tgθ

Versión 001


Los palpadores angulares llevan gravado, para su ángulo de entrada, el factor 2 tgθ, por lo cual, el conocer la distancia de un salto y medio salta es cuestión, únicamente, de saber el espesor de la placa.

Supongamos que al verificar una placa con palpador angular se detecta un defecto. Este defecto producirá, si es de orientación favorable al haz, un eco en la pantalla del equipo (siguiente figura) consideremos que la posición del defecto dentro de la placa es indicada en la figura de a lado si el equipo ha sido calibrado en recorridos dc haz podemos conocer, sin mas que leer directamente en la pantalla, la distancia (DA) a la que se encuentra el defecto; ahora bien, recurriendo a sencillas expresiones de trigonometría tendremos que: Sen θ = DS/DA y cos θ = PROF/DA y por lo tanto, DS(DISTANCIA SUPERFICIAL) = DA x sen θ y, PROF(PROFUNDIDAD EN PRIMERA PIERNA) = DA x cos θ y, como θ es conocido puesto que es el ángulo de entrada del haz podremos determinar la profundidad a la cual se encuentra el defecto, medida sobre la superficie de la placa, así como profundidad "t".


Versión 001

Consideremos ahora que el defecto se localiza después de una reflexión del haz en la superficie inferior de la placa observando en la pantalla del equipo veremos que, ahora, la distancia

a la que aparece el defecto es lógicamente mayor,

teniendo en cuenta las expresiones anteriores tendremos ahora que:

A = (s1 + s2)SEN; ahora bien, s1 + s2 = s; que podemos leer directamente en la pantalla, por lo tanto, a = sSEN

El cálculo de la profundidad a la que se encuentra el defecto, en este caso, es algo más complicado y se explicará, mas adelante, con ocasión de la determinación de la profundidad de un defecto en un cordón de soldadura.

Antes de abordar la inspección de un determinado cordón de soldadura, todo técnico en ultrasonido debe conocer ciertos puntos, por ejemplo: 1. MATERIAL A EXAMINAR 2. ESPESOR DE PLACA 3. PREPARACIÓN DE LAS UNIONES DEL CORDÓN 4. PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA UTILIZADO 5. SI LA SOLDADURA HA SUFRIDO ALGÚN TRATAMIENTO TÉRMICO O NO

Versión 001


6. EXISTENCIA DE RESPALDO DE SOPORTE EN LA RAÍZ DEL CORDÓN

informarse sobre las cuestiones anteriores puede suponerle al operario una gran ayuda para la realización del examen. Veamos como puede influir en el control, el conocimiento de las anteriores cuestiones.

1. Conocer el tipo de material puede ayudarle a saber si, en !as zonas adyacentes al cordón, va a encontrar estructura de grano grueso o fino, lo que determina la frecuencia a emplear. 2. Saber cual es el espesor de la placa es siempre muy importante, pues, aparte de ayudar en la elección del :ángulo a emplear le va a servir para conocer !as distancias de brinco y medio brinco entre las cuales, ha de desplazar el palpador durante la ejecución del control. 3. Conocer la preparación de la unión ayuda de forma muy considerable a la hora de interpretar los defectos. Así, por ejemplo, si el cordón lleva preparación en "X" y la posible falta de penetración que pudiera tener este cordón, se encuentra en el centro del mismo, es decir entre las pasadas de la raíz de uno y otro lado. 4. El conocimiento de que procedimiento de soldadura se ha empleado es de gran importancia para determinar cuales son los defectos que, con mayor seguridad, se pueden encontrar. Así, el cordón se ha soldado con el procedimiento CO2 se sabe de antemano que no va a encontrar inclusiones de escoria, pues el electrodo va protegido con gas y debe, en cambio, tener en cuenta que en este tipo de soldadura los defectos mas frecuentes son inclusiones gaseosas y falta de fusión entre otros defectos. 5. A veces, en ciertos tipos dc cordones, es necesario realizar tratamientos térmicos posteriores a la soldadura. Estos tratamientos pueden originar cambios en la estructura de grano del cordón, lo cual puede influir sobre la elección de la frecuencia del palpador . 6. Por último en algunos cordones en la raíz, se sujeta con soportes de respaldo (por ejemplo en ciertas uniones de tubos). El operario debe esperar, casi con seguridad, ecos debidos a reflexiones en los mencionados respaldos lo que ha

Versión 001


de tener en cuenta a la hora de dilucidar si un eco procedente de la raíz, de un defecto real, o bien de dichos respaldos.

INSPECCIÓN DE UN CORDÓN DE SOLDADURA Supongamos que se va a inspeccionar un cordón de soldadura, mediante ultrasonido, por medio de un palpador angular, del ángulo de entrada para poder barrer toda la sección transversal del cordón será necesario desplazar el palpador entre las distancias correspondientes a medio salto y un salto, veamos la siguiente figura:

Efectivamente, desde la posición de medio salto el haz incide en la raíz del cordón. Al ir desplazando hacia atrás el palpador, el haz va barriendo paulatinamente la sección del cordón desde la raíz hasta el sobre espesor, momento en el cual el palpador se encontrará a la distancia de un salto.

Dc lo anterior se deduce que el operario que va a realizar el control tiene la certeza de barrer con cl haz del palpador todo el cordón desplazándolo entre las distancias SD/2 = e.tgθ y SD c e.tgθ ahora bien, se explicó anteriormente que el factor 2.tgθ viene marcado en el palpador, para cada ángulo de entrada de forma que con solo conocer el espesor de la placa puede hallar las mencionadas distancias. La distancia del salto y medio salto, varían considerablemente en función de los ángulos de entrada. Así por ejemplo, si se desea inspeccionar una placa de espesor igual a 20 mm, con un palpador de 70 grados cuyo factor es 55, la distancia de un salto es igual a 110 mm y la de medio salto es igual a 55 mm si en vez de este palpador se utiliza uno de 80 grados cuyo factor es 11, las distancias serán de 220 y 110 respectivamente, por el contrario, un palpador de 45 grados, cuyo factor es 2, deberá desplazarse entre 40 y 20 mm, parece lógico


Versión 001

pensar, en un principio, que con objeto de evitar desplazamientos considerables del palpador, sobre la superficie de la placa y por consiguiente facilitar la tarea al operario, deberán elegirse siempre ángulos de entrada pequeños, puesto que entonces los desplazamientos del palpador serían menores. Sin embargo, no es factible, el poder realizar inspección de soldadura, empleando siempre palpadores de pequeño ángulo, en primer lugar ocurre que, como el punto de salida del haz se encuentra aproximadamente en el centro del palpador, muchas veces resulta imposible realizar la inspección cuando la distancia de medio salto es muy pequeña pues el palpador tropieza con el sobre espesor del cordón.

Por el contrario, si para una placa de un espesor de, por ejemplo 40 mm se elige un ángulo de entrada grande, supongamos de 80 grados, la distancia del salto sería de 440 mm y la de medio salto de 220 mm así que habría que desplazar el palpador una longitud de 220 mm hacia adelante hacia atrás para poder barrer toda la sección trasversal del cordón, lo que, como hemos dicho, resultaría bastante molesto para el operario, además ocurre que el sonido ha de recorrer trayectos muy grandes hasta llegar al cordón, lo cual produce una atenuación, consiguientemente considerable, para poder detectar posibles defectos en el cordón, deberíamos amplificar al máximo o bien aumentar la potencia de emisión, lo cual trae consigo una pérdida de poder resolutivo.

En este estado de cosas, parece lógico pensar que se deban emplear palpadores de ángulo de entrada elevada para chapas de espesares medias y finos, y de ángulos de entrada bajo para soldaduras en fuertes espesores. La tabla siguiente recomienda el ángulo de utilización de cada palpador angular en función del espesor de la placa.

ESPESOR (MM)

ANGULO

FACTOR (2.TG)

RECOMENDADO -20

80

11

20-40

70

5`5

40-60

60

3´5

Mayor a

45

2

Versión 001


CÁLCULO TEÓRICO DE LA DISTANCIA Y PROFUNDIDAD DE UN DEFECTO Consideremos que, al inspeccionar un cordón de soldadura por ultrasonido, aparece un defecto, tal como se indica en la siguiente figura:

Se puede par tanto, calcular la profundidad de un defecto sin mas que considerar el espesor de la placa, y el recorrido del sonido s que nos indica el equipo. Sin embargo, veremos mas adelante que no es necesario, en la práctica, utilizar esta expresión para calcular la profundidad de un defecto. Esto fundamentalmente por los nuevos equipos digitales, que hacen este cálculo automáticamente.

LOCALIZACIÓN DE UNA DISCONTINUIDAD EN SOLDADURA Hemos visto como, para realizar la inspección de un cordón de soldadura, es necesario desplazar el palpador angular entre un salto y medio salto. No obstante, cabe preguntarse como se ha de realizar este desplazamiento, en primer lugar, hay que considerar que los defectos en el cordón pueden tener una inclinación determinada, por lo cual, a medida que desplazamos el palpador hacia adelante y hacia atrás, habrá que manipular el transductor de forma que realice un molimiento en "zigzag” de no hacerlo así, y siempre que se mantenga el palpador perpendicular dirigido hacia el cordón se obtendrán ecos únicamente de aquellos defectos que tengan orientación longitudinal a lo largo el mismo, como ya se ha dicho. El movimiento del palpador en "zigzag” permite detectar todos los defectos inclinados, veamos la siguiente figura:

Versión 001


En segundo lugar hay que tener en cuenta que algunos defectos, aparte de su inclinación respecto al eje del cordón pueden tener una orientación tal que solo constituyan buenos reflectores desde un solo lado del así que podría ser necesario el realizar la inspección desde ambos lados del cordón siempre que ello sea posible.

Por lo tanto, para tener una mayor seguridad en la detección de los defectos en soldadura, se requiera que el movimiento del palpador sobre la superficie, sea tal que nos permita localizar defectos de cualquier orientación. Par otra parte, es muy' importante realizar el ensayo, siempre que ello sea posible, desde ambos lados del cordón, pues de esta forma tendremos mayor certeza en cuanto a la localización de defectos.

DETECCIÓN DE DEFECTOS Al llevar a cabo la inspección de una soldadura par ultrasonido y con el objetivo de detectar todos los posibles defectos presentes, de acuerdo a lo mencionado anteriormente, es necesario establecer y marcar, sobre la superficie del metal base, una zona específica conocida como "ZONA DE BARRIDO".

La zona de barrido es el espacio dentro del cual se debe realizar el movimiento del transductor (Barrido ), como se muestra en la siguiente figura:

ZONA DE BARRIDO

Versión 001


Esta zona cuenta con un Límite Lejano (Distancia SD + 1 pulgada) (Para situaciones prácticas es recomendable agregar una pulgada a la distancia SD calculada) y un Limite Cercano (Distancia SD/2).

DETECCIÓN DE DEFECTOS LONGITUDINALES Para detectar la presencia de defectos orientados longitudinalmente (paralelos con respecto al eje de la soldadura), el transductor debe mantenerse perpendicular con respecto al eje de la soldadura y movido sobre la zona de barrido como sigue:

Movimiento transversal Para inspeccionar totalmente la sección transversal de la soldadura incluyendo la zona afectada por el calor, se debe realizar el desplazamiento del transductor a largo de la zona de barrido, como se indicó anteriormente desde el limite cercano y hasta el límite lejano y viceversa. Cada desplazamiento debe llevarse a cabo en combinación con un movimiento giratorio de aproximadamente 10° a 15º a cada lado de la línea central del transductor.

Movimiento lateral Este movimiento debe realizarse a todo lo largo de la junta soldada. Cada desplazamiento paralelo a la soldadura no debe ser mayor que el ancho del transductor. Es recomendable y de acuerdo con algunos requisitos específicos, que exista un traslape del 10% al 15% de la dimensión transversal del transductor con respecto a la dirección del barrido.

Debe tenerse presente que ambos movimientos deben ser adecuadamente combinados.

En la siguiente figura se ilustran los movimientos necesarios para la detección de defectos longitudinales:

Versión 001


DETECCIÓN DE DEFECTOS TRANSVERSALES Movimiento complementario Para la detección de defectos transversales el haz ultrasónico debe ser dirigido a lo largo de la longitud total de la soldadura. Si la soldadura no es preparada al ras del material base el barrido debe realizarse a ambos lados de la soldadura y a un ángulo de 15° con respecto al eje de la soldadura; si la soldadura ha sido preparada al ras del material base el barrido debe realizarse sobre la soldadura. Este movimiento se realiza como se muestra en la siguiente figura:

ESTIMACIÓN DEL TAMAÑO DE UNA DISCONTINUIDAD El llevar a cabo la estimación del tamaño de una discontinuidad demanda habilidad y experiencia del técnico, además, que el equipo funcione en óptimas condiciones, esto se debe principalmente a los problemas que pueden estar involucrados al realizar esta función. En general, el equipo, los niveles de sensibilidad y las técnicas utilizadas en la inspección de soldaduras requieren que se mantenga la atención de un técnico experimentado, no solo cuando se debe llevar a cabo la estimación del tamaño de una discontinuidad.

Existe un gran número de factores que afectan la exactitud en la estimación del tamaño de una discontinuidad, dentro de los que se incluyen:

Versión 001


a) La exactitud de la calibración, para obtener la lectura real de la distancia recorrida hasta donde se encuentra localizado el reflector dentro del material. b) El poder de resolución, del transductor. c) La condición superficial. d) La exactitud en la determinación de ángulo de refracción, del haz ultrasónico dentro del material. e) La pérdida de sensibilidad, con el incremento de distancia. f) La divergencia del haz ultrasónico, con el incremento de distancia. g) La forma de la discontinuidad, o sus características. h) La experiencia del personal.

En general, existen dos métodos para la estimación del tamaño de una discontinuidad por medio de la inspección ultrasónica:

A) Método por comparación con reflectores de referencia. Este método consiste en el uso de muescas, ranuras, barrenos laterales, la reflexión de pared posterior de la pieza o barrenos de fondo plano de diferentes dimensiones. La amplitud del eco producido por una discontinuidad es comparada con la amplitud del eco producido por el reflector de referencia.

El método por comparación con reflectores de referencia tiene sus dificultades prácticas, pero a pesar de ello ha sido y es aplicado en gran proporción en inspecciones de una gran cantidad de materiales, componentes, etc. Las dificultades involucradas en la aplicación de este método son:

1) La textura superficial de la mayoría de discontinuidades difiere grandemente comparada con los reflectores de referencia maquinados. 2) La relación angular entre la discontinuidad y el eje del haz ultrasónico es rara vez igual a la del reflector de referencia. 3) La discontinuidad puede no tener una superficie mayor o la superficie puede no ser accesible al haz ultrasónico.

Versión 001


4) A diferencia de los reflectores de referencia, las discontinuidades rara vez consisten de una superficie respaldada con aire. Su superficie puede parecerse a un grupo de pequeñas superficies orientadas al azar las cuales actúan corno reflectores dispersantes. 5) Los bordes de una discontinuidad son tales que su forma y tamaño pueden ser determinados solamente por una técnica especial entonces su comparación con un reflector de referencia llega a ser únicamente como "de referencia". 6) La amplitud de los ecos no esta relacionada con el tamaño de la discontinuidad excepto para casos especiales de reflectores tales como barrenos (discos) de fondo plano detectados con ondas longitudinales en la inspección por haz recto. De hecho, la mayoría de especificaciones para instrumentos ultrasónicos por pulso eco requieren que la amplitud de respuesta sea lineal con respecto al área de barrenos de rondo plano. La búsqueda de discontinuidades reales en soldaduras ha demostrado que la amplitud no está directamente relacionada con el tamaño de la discontinuidad para discontinuidades de fabricación.

Por todo lo mencionado anteriormente, el método por comparación con reflectores de referencia es mas utilizado en el ajuste de sensibilidad para la inspección ultrasónica de "campo".

El Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas es un ejemplo de la forma de ser aplicado este método. Los ecos de barrenos laterales son usados para construir Curvas de Corrección Distancia Amplitud (DAC). De esta manera los ecos de discontinuidades son reportados en términos del porcentaje de amplitud con respecto a la curva DAC. Este es un método confiable para asegurar la detección de todas las discontinuidades importantes siempre que el nivel de indicaciones registrables sea seleccionado a un porcentaje lo bastante bajo con respecto a la curva DAC.


Versión 001

USO DE BARRENOS LATERALES PARA LA CALIBRACIÓN (DE ACUERDO AL CÓDIGO ASME, BLOQUE BÁSICO)

TRAZADO DE LA CURVA DAC

B) Método por caída de amplitud. Incluye el método de caída de 6 dB (caída al 50% de amplitud). Consiste en determinar la localización de los puntos donde la amplitud de los ecos equivale a la caída de 6 dB con respecto al porcentaje máximo de altura (cuando el transductor se mueve mas alIá de la posición en la que se obtiene la máxima amplitud el eco especificado). Se podarían utilizar otros valores de decibeles, tales como caída de 20 dB, la diferencia principal es donde se consideren los límites de detección del haz ultrasónico.

Para este método la base es asumir que la indicación del reflector, como aparece sobre la pantalla del instrumento, tiene una caída de amplitud del pico a la mitad cuando la parte central del haz ultrasónico se encuentra sobre el extremo de la discontinuidad. Algunas veces llamado “'método alrededor” ya que con este método se dibuja con buena exactitud el "contorno de una discontinuidad" grande tal como una laminación. Para discontinuidades menores que la dimensión transversal del haz ultrasónico se tiene una medición con menor exactitud. La siguiente figura muestra los principios de aplicación de este método.


Versión 001

VISTA SUPERIOR DE UNA PIEZA INSPECCIONADA

CORTE A-A

CORTE B-B

INDICACIÓN EN LA POSICIÓN 1

INDICACIÓN EN LA POSICIÓN 2

DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICA DE UNA DISCONTINUIDAD La naturaleza de una discontinuidad presente en una soldadura puede ser determinada completamente en base a la experiencia del técnica al observar el comportamiento de las indicaciones sobre la pantalla del instrumento cuando el transductor es manipulado y de acuerdo como es interceptado el haz ultrasónico par la discontinuidad.

Existe una fuerte distinción entre los códigos de aceptación radiográfica de poros, oclusiones y grietas o defectos de fusión con respecto a los criterios de aceptación ultrasónica. Afortunadamente para trabajos de inspección ultrasónica de


Versión 001

materiales en servicio las .grietas son mas fácilmente detectadas e identificadas que la porosidad e inclusiones. Además, las grietas son defectos que se inician en condiciones de servicio y la porosidad, inclusiones, falta de fusión, etc. son formadas durante la fabricación.

IDENTIFICACIÓN DE POROSIDAD Un poro aislado puede ser rápida y fácilmente identificado, la siguiente figura muestra un barrido orbital, el cual indica la presencia de un reflector simétrico.

INDICACIONES SOBRE LA PANTALLA DEL INSTRUMENTO PARA LAS POSICIONES 1,2 Y 3

Es producido un eco angosto y bien definido y puede ser detectado desde cualquier dirección. La indicación aparece a la misma distancia recorrida por el haz ultrasónico y muestra así la misma amplitud sin importar la dirección.

La identificación de un grupo o cadena de poros es totalmente diferente. Las indicaciones individuales de los poros pueden ser integradas en una sola indicación en la pantalla y son fáciles de distinguir de indicaciones de inclusiones y grietas.


Versión 001

IDENTIFICACIÓN DE ESCORIA Las líneas e inclusiones de escoria producen indicaciones de mayor amplitud que las producidas por porosidad, ya que cuentan con una superficie reflectora mayor.

La inclusión puede ser identificada observando la indicación ya que es posible ver el extremo de la misma, como se muestra en la siguiente figura.

INDICACIÓN SOBRE LA PANTALLA DE INSTRUMENTO PARA LA POSICIÓN 1

INDICACIÓN SOBRE LA PANTALLA DE INSTRUMENTO PARA LA POSICIÓN 2 o 3

Una indicación de inclusión rara vez se comporta como un poro o grieta de fabricación, pero frecuentemente es difícil de distinguir de una cadena de poros alargados.

IDENTIFICACIÓN DE GRIETAS DE FABRICACIÓN Este tipo de discontinuidad es distintivamente diferente de las grietas de fatiga, tanto por su localización como por su apariencia ultrasónica. Normalmente, pero no siempre, se encuentran localizadas a la mitad del espesor de la soldadura. Su superficie puede ser descrita como dentada o múltiple. Por lo mencionado anteriormente, su indicación ultrasónica puede ser confundida con una cadena de poros o como una cadena de inclusiones puntuales cercanas y conectadas.


Versión 001

Dependiendo de su orientación y otros factores, una grieta de este tipo puede mostrar indicaciones de alta o de baja amplitud. Sin embargo, las grietas de fabricación tienen dos características que ayudan en su identificación:

1) Tienen una dimensión a través del espesor. 2) La indicación de una grieta de fabricación consiste de un grupo de varias indicaciones traslapadas, cada una con una ligera diferencia en la distancia recorrida por el haz ultrasónico dentro del material, las cuales forman un patrón ancho cuya amplitud depende de la orientación de la grieta. Esta indicación es distintivamente diferente de las indicaciones obtenidas de porosidad o inclusiones

El movimiento orbital resulta en una caída rápida de la amplitud del eco cuando se compara con la porosidad o inclusiones. La figura siguiente ilustra las grietas de fabricación.

INDICACIÓN SOBRE LA PANTALLA DEL INSTRUMENTO PARA CUALQUIERA DE LAS POSICIONES MOSTRADAS

IDENTIFICACIÓN DE GRIETAS SUPERFICIALES Las grietas superficiales son difícil de presentarse en materiales nuevos por lo tanto se asume que representan una condición relacionada con el servicio. La evidencia ultrasónica de este tipo de grietas difiere en gran proporción con respecto a las grietas de fabricación.


Versión 001

Normalmente son cerradas, tienen lados tersos y producen indicaciones ultrasónicas de una gran amplitud. Su localización ocasiona que actúen como una esquina reflectora. Esto significa que el haz ultrasónico puede ser reflejado por la superficie y por la grieta y gracias a ello produce indicaciones de por lo menos el doble de amplitud comparadas con indicaciones de discontinuidades del mismo tamaño pero localizadas a través del espesor de pared. La siguiente figura muestra la indicación producida por este tipo de discontinuidades.

POSICIÓN 1

POSICIÓN 2

POSICIÓN 3

Versión 001


CALIBRACIÓN DEL EQUIPO ULTRASÓNICO Antes dc realizar cualquier tipo de inspección por ultrasonido es necesario ajustar el equipo. En la inspección de soldaduras que normalmente se realiza con palpadores angulares, la calibración del equipo es siempre necesaria, sabemos, que para la calibración de un equipo de ultrasonido se necesitan, al menos, dos ecos de fondo. Cundo un haz de ondas transversales se propaga en "zigzag” a través de una placa si en su camino no encuentra ningún reflector, no aparecerá eco en la pantalla. Teniendo en cuanto lo anterior, haya que recurrir a encontrar, de alguna forma, por lo menos dos ecos de fondo para calibración con palpador angular. Esto, se consigue, mediante el bloque de calibración IIW o bien en las esquinas de la placa.

CALIBRACIÓN CON EL IIW Para calibrar un equipo con palpador angular mediante el bloque IIW, se sitúa el palpador sobre el bloque de tal forma, que el punto teórico de salida del haz coincida sobre la ranura de la pieza y dirigiendo el haz hacia el radio de 4 pulgadas.

Una vez en esta posición el palpador se desplaza hacia adelante y hacia atrás, hasta conseguir el eco de máxima altura en la pantalla, lo cual ocurrirá cuando el punto real de salida del haz se encuentre exactamente sobre la ranura del bloque que también coincide con el centro del círculo. Si previamente hemos elegido un rango de 5 ó 10 pulgadas velocidad de corte y la amplificación es suficiente, veremos que en la pantalla del equipo aparecen dos ecos. Sin mover el palpador de su posición, se trata ahora de situar el primer eco en 4 pulgadas y el segundo en 9 pulgadas, lo cual se consigue, mediante los centrales de velocidad y de punto cero del equipo. El eco de 9 pulgadas se produce a causa de que, parte del sonido, procedente de la primera reflexión y que no ha entrado en el palpador, se refleja en las ranuras o cortes de la pieza patrón y vuelve de nuevo hacia el sector circular de la pieza, produciéndose una segunda reflexión. En la siguiente Fig. puede observarse la forma de realizar este ajuste.

Versión 001


INSPECCIÓN DE TUBERÍA

OBJETIVO: Detección de laminaciones, grietas, corrosión y medición de espesores

Detección de Laminaciones: Cuando se inspecciona un tubo para detectar laminaciones, puede emplearse el mismo método que se utiliza para la inspección de placas, por ejemplo una prueba por puntos por el método de contacto con transductores de haz recto. La frecuencia que debe ser seleccionada depende del espesor de pared. La posibilidad de llevar a cabo la inspección de tubería está limitada, debido a la curvatura de la pieza, a diámetros que exceden 80 mm. (3.150 pulgadas) y espesores mayores de 6 mm. (0.236 pulgadas).

En general, la tubería con espesor de pared delgada puede ser inspeccionada cuando no hay contacto entre el transductor y la superficie, por ejemplo cuando se utiliza el método de inmersión. En cualquier caso el haz ultrasónico debe ser ajustado exactamente en dirección radial. La superficie del diámetro interior sirve como reflector de referencia ya que proporciona un eco claro cuando el haz es reflejado por él y no existe laminación.

Detección de Grietas: Cuando el espesor de pared excede 20 mm. (0.787 pulgadas), las grietas transversales pueden ser detectadas utilizando un transductor de haz recto colocado en el extremo del tubo. Si este método no puede ser aplicado como en el caso de la inspección de cilindros de gas, debe llevarse a cabo un barrido en dirección longitudinal con transductor de haz angular. Por ejemplo utilizando zapatas de 70° y 80º que sirven para detectar grietas localizadas en el diámetro interior cuando el espesor de pared es menor a 30 mm. (1.181 pulgadas). En tubería con espesor de pared que excede 60 mm. (2.362 pulgadas) pueden ser usadas zapatas de 45°. Maquinar la superficie de contacto de la zapata es una ventaja cuando el diámetro de la tubería es menor de 200 mm. (7.874 pulgadas).

Versión 001


En tubería con espesor de pared grueso las grietas longitudinales, que pueden ocurrir durante el proceso de fabricación o que pueden desarrollarse durante su operación y como resultado de esfuerzos de corrosión, son detectadas realizando el barrido en forma circunferencial como se muestra en la figura siguiente:

Recordemos que las zapatas para transductores de haz angular tienen líneas marcadas en ambos costados, las cuales indican el punto de entrada de la línea central del haz ultrasónico en el materia. Cuando estos transductores son usados en la inspección de placas, por ejemplo en la inspección de juntas soldadas, el haz ultrasónico viaja hacia y entre las superficies del material, ver la figura siguiente.

Sabemos que la distancia desde el punto índice de emisión hasta el punto “P” (distancia de salto ), se obtiene multiplicando el espesor de la placa por el factor de la zapata. En el caso de una zapata de 60º el factor es de 3.5, por lo que si hablamos de una placa con un espesor de 30 mm (1.181 pulgadas) la distancia al punto "P" será de 30 x 3.5 = 105 mm.

La distancia de salto es calculada utilizando el valor del espesor y del ángulo de la zapata como sigue:


Versión 001

DS = 2t Tanθ Además la distancia de recorrido del haz (distancia angular) “DA” también es de interés y se determina de la forma siguiente:

DA = t (1/cosθ)

La siguiente tabla proporciona los valores para este factor y diferentes ángulos: θ

35º

45º

60º

70º

80º

1/cosθ

1.22

1.44

2.00

2.92

5.75

Como se observa en la fig. siguiente los valores de “SD” y “DA” obtenidos para materiales planos utilizando las ecuaciones anteriores deben ser corregidos para materiales curvos, como en el caso de tubería.

Los factores “fp” y “fs” pueden ser obtenidos de la siguientes gráficas:

Versión 001


Ejemplo: En caso de inspeccionar una placa plana de 40 mm. (1.574 pu1gadas) de espesor y utilizando un ángulo de 45°, de las fórmulas para el cálculo de “SD” y "DA , se tiene: SD = 80 mm. y DA = 57 mm. Para inspeccionar una tubería con las dimensiones de 40/300 (40 mm. de espesor y 300 mm. de diámetro exterior) el valor de “SD” y “DA” deben ser multiplicados por el valor de los factores obtenidos fp = 1.86 fs = 1.32, por lo que los valores para la inspección serán de SD = 149 mm. y DA = 75 mm.

En las gráficas, las terminaciones de las curvas son obtenidas cuando la zona central del haz ultrasónico incide de tal forma que roza la superficie del diámetro interior de la tubería, como en el caso de utilizar un ángulo de 70° en la inspección de un tubo con relación de t / D= 0.03 (dimensiones de 9/300).

En aplicaciones practicas no es posible inspeccionar tubería con relaciones de t/D > 0.03 con un ángulo de 70° para realizar la detección de fallas en la superficie del diámetro interior.

Las gráficas muestran todos los ángulos de transductores para tubería con relación de espesor de pared entre diámetro exterior desde donde el haz es tangencial con la superficie del diámetro interior y hasta donde justamente es posible todavía detectar grietas longitudinales en el diámetro interior.

Una tubería con relación de t/D > 0.02 puede ser inspeccionada utilizando ángulos menores de 35°, por ejemplo: una tubería con espesor de pared de 30 mm. (1.81 pulgadas) y diámetro exterior de 150 mm. (5.905 pulgadas).

Versión 001


Tubería con espesor grueso y relación de t / D > 0.02 no puede ser inspeccionada con ángulos pequeños. La grafica muestra que un ángulo de 80° es adecuado solamente para tubos con espesor de pared muy delgado.

Para realizar la inspección de tubos y tubería existen documentos que establecen métodos adecuados y confiables, por ejemplo, de los documentos A.S.T.M. mencionaremos parte del contenido de la norma No. E213, Práctica Normalizada para el Examen Ultrasónico de Tubos y Tubería Metálica.

1. ALCANCE 1.1 Esta practica cubre un procedimiento para detectar discontinuidades en tubos y tubería metálica utilizando instrumentos ultrasónicos del tipo pulso-eco por el método de contacto o inmersión y utilizando la técnica de haz angular. Las discontinuidades artificiales consisten en ranuras longitudinales y son empleadas como referencia para la calibración del sistema de inspección ultrasónica. Si también se desea detectar grietas transversales se proporciona un procedimiento para utilizar ranuras transversales. 1.2 Esta práctica está intentada para utilizarse con productos tubulares con diámetros exteriores de aproximadamente ½ pulgada y mayores, considerando que los parámetros de la inspección cumplen y satisfacen los requisitos de la Sección 11. Estos procedimientos han sido utilizados sucesivamente para diámetros pequeños y, sin embargo, pueden ser especificados en un contrato entre las partes.

Nota: Precaución.- Se debe tener cuidado cuando el tubo o tubería inspeccionados estén cercanos o por debajo del límite especificado de ½ pulgada. Ciertas combinaciones de dimensiones del transductor, frecuencia, espesor de pared y diámetros pequeños pueden causar la generación de ondas indeseables que pueden producir resultados erróneos.

Versión 001


1.3 Esta práctica no establece criterios de aceptación, estos deben ser especificados por el usuario de las piezas o partes.

5. Bases de Aplicación 5.1 Los siguientes son artículos que deben decidirse por el usuario de las partes o piezas. 5. 1.1 Dimensiones y tipo de tubería. 5.1.2 Extensión del examen, corresponde al barrido en una o ambas direcciones en forma circular, barrido en una o ambas direcciones en forma axial, zona de la soldadura solo si es una parte soldada, movimiento en forma circular durante el barrido, etc., 5.1.3 Tiempo del examen, corresponde a (l) (Ios) punto (s) durante el proceso de fabricación en (el) (Ios) cual (es) el material debe ser examinado, 5.1.4 Condición superficial, 5.1.5 Intervalo máximo de tiempo para la calibración del instrumento ultrasónico, si es diferente a lo descrito en 12.2. 5.1.6 Tipo, dimensiones, localización, método de fabricación y número de discontinuidades artificiales que deben ser colocadas en los bloques de calibración. 5.1:7 Método (s) para medir las dimensiones de las discontinuidades artificiales y sus tolerancias, si son diferentes a las especificadas en la Sección 10, 5:1.8 Criterio para reportar y rechazar indicaciones (criterio de aceptación), 5.1.9 Limitaciones sobre las condiciones del proceso (retrabajo) utilizadas para remover las discontinuidades superficiales, si es aceptable, 5.1.10 Requisitos para mantener registros permanentes de la respuesta de cada tubo, si es aplicable, 5.1.1 Contenido del reporte de prueba, y 5.1.12 Calificación y certificación del operador, si es requerida.

10 Estándares de Calibración 10.1 Un estándar de calibración (referencia) de una longitud adecuada debe ser preparado de un tran1o de tubo o tubería del mismo diámetro nominal, espesor


Versión 001

de pared, material, superficie final y tratamiento térmico del material que será eliminado El tubo de calibración debe estar libre de discontinuidades u otras condiciones que produzcan indicaciones que puedan interferir con la detección de las ranuras de referencia . 10.2 Las ranuras de referencia longitudinales (en dirección axial) deben ser producidas en la superficie del diámetro exterior e interior del estándar.

Nota 5: Para dimensiones de diámetro interior menor a ¼ de pulgada, debe tomarse en consideración

la relación de espesor de pared contra diámetro

exterior.

10.3 Si dos o más ranuras de referencia son colocadas en el mismo extremo del estándar,

deben

estar

separadas

suficientemente

(circunferencial

o

axialmente o ambas) para prevenir interferencias i dificultades en la interpretación. 10.4 Todo el metal sobrepuesto , rebaba, etc. adyacente a las ranuras de referencia deben ser removidos. 10.4 Las dimensiones de las ranuras tales como longitud, profundidad y ancho ( y para ranuras en “V”, incluir el ángulo) deben ser seleccionadas por el usuario. La figura 2 ilustra las configuraciones de las ranuras comunes y las dimensiones que deben ser medidas (Nota. 6). La amplitud de las reflexiones de las ranuras en “V”, cuadradas y en forma de “U” de dimensiones comparables pueden variar ampliamente dependiendo del ángulo, frecuencia y modo de vibración de la onda.

Nota 6: En la Figura 2 (a), (b) y (d) 1as esquinas agudas son por su facilidad para dibujarlas, en la práctica normal de maquinado son generados radios.

10.5.1 La profundidad de la ranura debe ser un promedio medido desde la superficie circular del tubo a la profundidad máxima y mínima de la ranura. Las mediciones podrán realizarse en forma óptica. por replica o cualquier otra técnica acordada. La profundidad de la ranura debe estar entre +/0.0005 pulgadas (0.013 mm.) del valor especificado para ranuras con

Versión 001


profundidad de 0.005 pulgadas (0.13 mm.) o menores, y entre +10 y -15% del valor especificado para ranuras con profundidades mayores de 0.005 pulgadas.

Nota 7: Para superficies como roladas o escamosas, puede ser necesario modificar 10.5.1. A continuación se encuentran listadas dos modificaciones aceptables. La modificación (a) es preferida, sin embargo, la modificación (b) puede ser utilizada a menos que se especifique otra cosa. (a) La superficie del tubo puede ser acondicionada o preparada en el área de la ranura, o (b) La profundidad de la ranura debe estar entre +/-0.001 pulgadas (0.025 mm.), o +10 y -15% de la profundidad especificada. 10 que sea mayor.

10. 5.2 El ancho de la ranura debe ser tan pequeño como sea practico, pero podría no exceder dos veces la profundidad. . 10.6 Otros tipos de orientaciones de las discontinuidades de referencia pueden ser especificadas por el usuario de las piezas o partes.

11. Calibración del Aparato 11.1 Utilizando el estándar de calibración especificado en la sección 10, ajustar el equipo para producir en forma clara indicaciones identificables producidas por las ranuras localizadas en el diámetro interior y exterior. La respuesta relativa de las ranuras de la superficie del diámetro interior y exterior deben ser tan cercanamente iguales como sea posible. Utilizar la menor de las dos respuestas para establecer el nivel de rechazo. En tubos o tubería de diámetro grande o espesor de pared grueso, si la amplitud de la ranura de la superficie del diámetro interior y la ranura de la superficie del diámetro externo no pueden ser iguales debido a la distancia de recorrido en el metal y a la curvatura del diámetro interior, se puede establecer un nivel de rechazo por separado para las ranuras de la superficie del diámetro interior' del diámetro exterior.

Nota 8:La amplitud de la indicación puede no ser proporcional a la profundidad de la ranura.

Versión 001


11.2 Calibrar el equipo bajo condiciones dinámicas para simular el examen en producción. El tubo o tubería examinado y el ensamble del transductor deben tener un movimiento de translación y rotación relativo entre ellos de tal forma que un movimiento helicoidal sea descrito sobre la superficie del diámetro externo del tubo o tubería. Mantener la velocidad de rotación y translación constante entre +/10%. Barrido axial con indicador circunferencial puede ser utilizado para proporcionar la cobertura.

11.3 El movimiento debe ser tan pequeño que asegure la cobertura del 100% a la distancia y sensibilidad establecida durante la calibración.

12. Procedimiento 12.1 A menos que otra cosa sea especificada, examinar el tubo o tubería con el ultrasonido transmitido en la dirección circunferencial en condiciones idénticas a las utilizadas para la calibración (Nota 9) El examen puede ser requerido con el ultrasonido siendo transmitido en ambas direcciones circunferenciales. Si el examen es realizado en ambas direcciones, realizar el procedimiento de calibración de la Sección 11 en ambas direcciones.

Nota 9: Incluye todas las condiciones idénticas de ajuste del instrumento, movimientos mecánicos, posición del transductor, alineamiento con respecto al tubo o tubería. acoplante, y cualquier otro factor que afecte la funcionalidad del examen.

12.2 Verificar periódicamente la calibración del equipo utilizando el estándar de calibración. Realizar esta verificación antes de llevar acabo cualquier examen, antes de apagar el equipo después de llevar acabo un examen, y al menos cada 4 horas durante la operación continua del equipo. Recalibrar el equipo de acuerdo con la Sección 11 en cualquier momento que el equipo no presente una definición clara de una señal rechazable de las ranuras del estándar en el diámetro interior o exterior.

Versión 001


12.3 Para muchas dimensiones de tubería y arreglos de examen habrá una reflexión de la superficie de entrada del tubo o tubería. Esta señal puede ser observada pero no localizada dentro de una compuerta como complemento a la verificación requerida del estándar de calibración para asegurar que el equipo este funcionando adecuadamente. Si tal señal no existe, realizar la verificación de la calibración del equipo con mayor frecuencia.

12.4 En caso que el equipo no presente señales corno las descritas en 11.1 y' 12.2, reinspeccionar todos los tubos o tuberías examinados desde la última calibración aceptable después de la recalibración. 12.5 No realizar cualquier ajuste del equipo a menos que se realice el procedimiento de calibración completa como se describe en la Sección 11. 12.6 El examen debe ser aplicado al 100% del tubo o tubería a menos que se especifique otra cosa.

Nota 10: Algunos mecanismos de movimiento no permiten que se examine los extremos de la tubería. Cuando se presentan estas condiciones indicar claramente la extensión de esta condición, por cada tubo, en el reporte de examen.

Versión 001


4. CÓDIGOS, NORMAS Y ESPECIFICACIONES El técnico en ensayos no destructivos calificado como Nivel II o Nivel III debe estar familiarizado con el manejo e interpretación de códigos. normas y especificaciones que sean aplicables al método en el que esta calificado. Esto se debe a que cada inspección por ultrasonido puede estar gobernado por uno o mas procedimientos que han sido elaborados y estructurados para cumplir con reglas o criterios de estos documentos y, además, debe ser capaz de elaborar procedimientos escritos e interpretar los resultados de la inspección en función de los requisitos que serán tomados de los códigos, normas o especificaciones aplicables al producto o material inspeccionado.

La inspección ultrasónica en un componente que este regulado o que sea crítico en la industria esta cubierta por múltiples documentos. Para cumplir con el objetivo y requisitos de estos documentos, el personal debe ser capaz de entender el punto de vista que dirige lo establecido en los documentos y ser capaz de asegurar que quien realiza actividades de inspección ultrasónica, documentada en procedimientos, cumple con la variedad de códigos y normas aplicables.

La forma en la cual los requisitos se encuentran establecidos en los códigos o normas varia de documento a documento.

A continuación se proporciona una breve explicación de las diferencias entre ellos.

CÓDIGO Es el documento que define los requisitos técnicos de: materiales, procesos de fabricación, inspección, prueba y servicio; con los que debe cumplir una parte, componente o equipo.

Algunos ejemplos de códigos son: 9 ANSI / ASME Boiler and Pressure Vessel Code (Código para Recipientes a Presión y Calderas de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).

Versión 001


9 ANSI / AWS D.1.1 Structural Welding Code (Código de Soldaduras Estructurales de la Sociedad Americana de Soldadura) 9 ANSI / ASME B31 Piping Code (Código de tuberías de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos). 9 ANSI / API 570 Piping Inspection Code (Código para Inspeccin de Tuberías del Instituto Americano del Petróleo)

Los códigos se aplican o se siguen, de forma obligatoria, solo cuando asÍ se establece en un contrato de compra-venta, o en la fabricación de una parte, componente o equipo. Los códigos americanos que llevan las siglas ANSI son documentos normativos nacionales oficiales en los E.U.A.

Los códigos no se combinan o sustituyen entre si.

El Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas esta subdividido en dos secciones, para clases especificas de componentes (recipientes a presión, calderas y tuberías), y tecnología de soporte (soldadura, pruebas no destructivas y materiales).

ASME ha establecido, como parte del Código, reglas y requisitos de pruebas no destructivas, la Sección V del Código ASME tiene aplicación similar a las normas ASTM y en ocasiones utiliza algunas de ellas coma base técnica para las actividades de inspección. Ya que el Código contempla varios niveles de componentes créticos los criterios de aceptación, requisitos de personal y la definición de lo que debe ser inspeccionado se reserva para algunas otras secciones determinadas por la referencia especifica del producto, par ejemplo: la Sección III (para construcciones nucleares nuevas), la Sección VIII (para la construcción de recipientes a presión nuevos) y la Sección XI (para Inspección en servicio de instalaciones nucleares), todas definen el criterio de aceptación y la certificación del personal completamente por separado de la Sección V.

Versión 001


NORMAS (ESTÁNDARES) Son documentos que establecen y definen las reglas para: 9 Adquirir, comprar, dimensionar o juzgar un servicio, material, parte, componente o un producto. 9 Establecer: definiciones, símbolos o clasificaciones.

Algunos ejemplos de normas son: 9 Normas ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales), 9 Normas Internacionales ISO (Organización Internacional de Normalización), 9 Normas Mexicanas NMX 9 Normas Alemanas DIN 9 Normas de PEMEX (A VIII - 1, 07.3.13, etc.)

Las normas ASTM relacionadas con las pruebas no destructivas tienden a hacer énfasis en la forma en la cual deben realizarse las actividades de inspección, pero dejan el criterio de aceptación para que sea decidido entre el comprador y el vendedor del servicio.

ESPECIFICACIONES Describen, definen y establecen: 9 De forma detallada, un servicio, material o un producto. 9 Las propiedades físicas o químicas de un material. 9 La forma en la cual deben realizarse las pruebas, inspecciones, etc., y las tolerancias aplicables en los resultados, para la aceptación o rechazo. 9 Establecen la forma de realizar la compra de un servicio, material o producto.

Tienen condiciones que deben ser establecidas por el comprador o que pueden ser aplicadas por el vendedor, a su consideración.

Algunos ejemplos de especificaciones son: 9 Especificaciones API: API Spec.6A, API Spec 6D, etc. 9 Especificaciones particulares de los clientes.

Versión 001


Las especificaciones y normas solo son obligatorias por mutuo acuerdo entre comprador y vendedor.

Dentro de los términos utilizados por los documentos antes mencionados se pueden encontrar dos, los cuales son muy importantes en su uso y aplicación.

SHOULD Es el término utilizado coma recomendación, indica que el párrafo que lo contiene podría cumplirse, recomienda seguir la condición establecida.

SHALL Es el término utilizado como imperativo, indica que el párrafo que lo contiene debe cumplirse, se debe aplicar rigurosamente la información o condición establecida.

DEFINICIONES En el manejo de los códigos, normas y especificaciones es necesario manejar adecuadamente las siguientes definiciones:

PRUEBAS NO DESTRUCTIV AS Es el empleo de propiedades físicas o químicas de materiales, para la evaluación indirecta de materiales sin dañar su utilidad futura.

Se consideran sinónimos: ensayos no destructivos (E.N.D.), Inspecciones no destructivas y exámenes no destructivos..

DISCONTINUIDAD Es la interrupción de la configuración física normal de un material.

Se pueden clasificar en: Relevantes: Son aquellas que por su tamaño, forma, localización, etc. deben ser interpretadas, evaluadas y reportadas.

Versión 001


No relevantes: Son aquellas que por su tamaño, forma, localización, etc., se interpretan pero no se evalúan. Lineales: Son aquellas que tienen una longitud mayor que tres veces su ancho. Redondas: Son aquellas de forma elíptica o circular que tienen una longitud igual o menor que tres veces su ancho.

INDICACIÓN Es la respuesta que se obtiene al aplicar algún método de pruebas no destructivas y que requiere ser interpretada para determinar su significado.

Existen tres tipos: Indicaciones falsas: Se presentan debido a una aplicación incorrecta del método de inspección. Indicaciones no relevantes: Producidas por el acabada superficial a la configuración del material. Indicaciones verdaderas: Producidas por una discontinuidad.

DEFECTO Es una discontinuidad que por su longitud, localización, forma, orientación, etc., excede los criterios de aceptación establecidos; o que podría generar que el material o equipo falle cuando sea puesto en servicio o durante su funcionamiento.

INTERPRETAR Significa determinar la discontinuidad o condición que ha generado una indicación. AI aplicar una prueba no destructiva, lo que las técnicos observan son indicaciones, por lo que deben determinar cuales son producidos par una discontinuidad.

EVALUAR Es la acción de determinar si una indicación de discontinuidad cumple con un criterio de aceptación. Las indicaciones relevantes se clasifican según su dimensión, localización, forma, etc.

Versión 001


Durante la evaluación se comparan la dimensión y la forma de las indicaciones con respecto a las de indicaciones provenientes del patrón de referencia y/o los requisitos del documento que sea aplicable.

Algunos documentos que consideran la aplicaci6n de la inspecci6n por ultrasonido son: Código ASME, Sección V, Articulo 4- Métodos de examen ultrasónico para inspección en servicio. Código ASME, Sección V, Articulo 5- Métodos de examen ultrasónico para materiales y fabricación. Código AWS D1.1, Inspección ultrasónica, Parte F. ASTM Volumen 01.05 A-435, Especificación normalizada para el examen ultrasónico con haz recto de placas de acero. ASTM Volumen 01.05 A-388, Practica normalizada para el examen ultrasónico de forjas de acero grueso. ASTM Volumen 03.03 E-114, Práctica normalizada para el examen ultrasónico por pulso-eco y haz recto por el método de contacto directo. ASTM Volumen 03.03 E-164, Práctica normalizada para el examen ultrasónico por contacto directo de uniones soldadas. ASTM Volumen 03.03 E-213, Práctica normalizada para el examen ultrasónico de tubería y sistemas de tubería. ASTM Volumen 03.03 E-273, Práctica normalizada para el examen ultrasónico de soldadura longitudinal de tubería y sistemas de tubería. ASTM Volumen 03.03 E-797, Practica normalizada para la medición de espesores por el método de contacto manual.

Versión 001


Curso de Ultrasonido Nivel I y II

Recommend Documents