Curso Ultrasonido II

ULTRASONIDO NIVEL II

Msc. Demian Pereira


CAPITULO # 1 INTRODUCCION Y PRINCIPIOS FISICOS

0.- Sonido y sus propiedades fundamentales. Vibraciones mecánicas de las partículas que conforman un medio material, alrededor de una posición de equilibrio Y Proporcionan un mecanismo para el transporte de energía

0.- Sonido y sus propiedades fundamentales.

Fig. (a) Sonido producido por un diapasón

0.- Sonido y sus propiedades fundamentales. 1.- Algunas características. a.- Consiste en zonas de compresión y de rarificacion. b.- Se refleja y / o transmite cuando hay cambios en las propiedades mecánicas del medio c.- No se transmite en el vacío

0.- Sonido y sus propiedades fundamentales. d.- Tiene tres propiedades muy importantes:

Intensidad Se refiere al hecho de que el sonido lo percibamos como fuerte o débil, en base a la cantidad de energía que transporta.


Tono Es la cualidad que nos permite diferenciar entre sonido agudos o graves, depende del numero de veces que las partículas vibra por unidad de tiempo


Timbre Es la propiedad de distinguir el mismo tono, cuando el sonido es producido por objetos diferentes, es decir depende del material

ULTRASONIDO NIVEL II CAPITULO # 1 INTRODUCCION Y PRINCIPIOS FISICOS

1.- INTRODUCCION • Evaluación no destructiva de materiales significa:

Obtener información acerca del estado de una pieza manufacturada o componente en servicio sin alterar sus propiedades y/o capacidades para el cumplimiento de sus funciones

1.- INTRODUCCION • Que representa ? .- Mayor confiabilidad en productos o servicios .- Mejores diseños .-Ventajas económicas .- Menor numero de suspensiones de servicio

reparaciones

y/o

.- Mayor avance en la tecnología de materiales

1.- INTRODUCCION • Herramientas disponibles ? 1.- Convencionales .- Inspección Visual. .- Líquidos Penetrantes. .- Partículas Magnéticas. .- Corrientes Inducidas. .- Ultrasonido. .- Radiografía Industrial

Rayos X Gammagrafia

1.- INTRODUCCION • Herramientas disponibles ? 1.- No Convencionales .- Emisión Acústica. .- Análisis y monitoreo de vibraciones. .- Holografía Óptica .- Holografía acústica. .- Perdida de flujo. .- Otras.

1.1.- BREVE HISTORIA • Primeras aplicaciones Sokolov (1.935)

practicas

descritas

• Firestone® los aplica en 1.940 • Gran desarrollo instrumental desde entonces

por

1.2.- ALGUNAS APLICACIONES • Generales .- Biología

.- Comunicaciones

.- Fotografía

.- Química

.- Medicina

.- Navegación

.- Industria

.- Investigación.

• Industriales .- Colada y solidificación

.- Pulvimetalurgia

.- Tratamientos

.- Soldadura

1.2.- ALGUNAS APLICACIONES •

.- Limpieza

.- Mecanizado

.- Metrologia.

.- Defectologia

.- Otros.

1.3.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ULTRASONIDO. 1. Ventajas. • Alto poder de penetración. • Gran sensibilidad • Exactitud en la localización y evaluación de las discontinuidades • Requiere acceso a una sola cara del componente • Da indicación inmediata de la presencia de una discontinuidad

1.3.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ULTRASONIDO. 1. Ventajas. • La mayor parte del equipo es electrónica • Es automatizable. • Permite la evaluación de grandes volúmenes de material. • Portátil. • Inofensivo para el operario. • La señal puede ser procesada por un computador

1.3.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ULTRASONIDO. 2. Desventajas. • Operación básicamente manual. • Información algo difícil de interpretar. • Baja capacidad de detección y evaluación muy cerca de la superficie. • Afectada por la rugosidad superficial. • Necesidad de sustancias acoplantes. • Necesidad de Standards de comparación (Bloques)

1.4.- QUE ES EL ULTRASONIDO ? Son ondas mecánicas (perturbaciones) de alta frecuencia, que se propagan a través de los materiales y que son reflejadas al encontrar cambios (discontinuidades o interfases) en las propiedades elásticas de los materiales

Producción de una perturbación

1.5.-PRINCIPALES CARACTERISTICAS PR DEL ULTRASONIDO. 1.El grado de reflexión depende características elásticas de las interfases

de

las

2.- Son reflejadas en su totalidad en interfases metal – gas 3.- Las frecuencias mas empleadas se encuentran dentro del rango de 0.1 – 25 Mhz. 4.- Generan esfuerzos y tensiones inferiores al limite elástico de los materiales.

1.5.-PRINCIPALES CARACTERISTICAS PR DEL ULTRASONIDO. 5.- Primordialmente se aplican a la detección y caracterización de materiales. 6.- Proporciona información, a través de la medición de las siguientes variables: .- Tiempo de vuelo. .- Atenuación de la energía que transportan. .- Amplitud de las ondas reflejadas y transmitidas. .- Cambios en la respuesta espectral.

1.5.-PRINCIPALES CARACTERISTICAS PR DEL ULTRASONIDO. 7.- Se puede emplear en metrologia con una exactitud de 1 % 8.- Su aplicación esta regulada por códigos o normas: a.- ASME.

b.- AWS.

c.-AWWA

d.- JIS.

e.- BS.

f.- AFNOR

9.- Puede alcanzar profundidades de hasta 7 mts en Acero (Técnicas convencionales) 10.- Puede aplicarse sin detener la instalación

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO.

Producción de la información ultrasónica

f

Pulso inicial Eco de fondo Eco grieta

crack 0

2

4

6

8

UT Instrument Screen

10

plate

Production de la información ultrasónica Señal del eco de fondo.

Señal de eco de fondo y de una discontinuidad

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. 1.6.1.- Naturaleza de las ondas ultrasónicas a.- Movimiento periódico (oscilación) de las partículas dentro del material. b.- Transfiere energía entre puntos distantes.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. c.- La perturbación se propaga debido a las fuerzas interatómicas.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. d.- Los átomos que tienen movimiento están en fase

igual

estado

de

e.- La perturbación requiere tiempo para propagarse f.- No pueden propagarse en el vacío. g.- Pierden energía al propagarse (atenuación) .- Típica del material. .- Afectada por la rugosidad superficial .- Afectada por la geometría de la pieza

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. 1.6.6.- Definiciones importantes. Def. # 1.- Frecuencia (f) Numero de oscilaciones (ciclos) que efectúan los átomos por unidad de tiempo Unidades: .- Hertz (Hz) = 1 oscilación / seg .- Kilohertz (Khz) = 103 Hz. .- Megahertz (Mhz) = 103 Khz = 106 Hz

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. a.- El ultrasonido se encuentra dentro del rango de frecuencias superior a 20 Khz. b.- Se generan las siguientes bandas: .- Ultrasonido próximo. 20 – 100 Khz .- E.N.D

0.2 – 25 Mhz.

.- Microscopia acústica 100 Mhz en adelante

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. 1.6.6.- Definiciones importantes. Def. # 2.- Periodo (T) Tiempo que tardan los átomos en efectuar una oscilación Unidades: Segundos a.- Se relaciona con la frecuencia por la siguiente relación: 1

T =

f

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. 1.6.6.- Definiciones importantes. Def. # 3.- Longitud de onda (λ) Distancia que separa a los átomos que se encuentran en el mismo estado de movimiento (fase) Unidades: Nanometros =nm =10-9 mts a.- Se relaciona con el tamaño discontinuidades y el tamaño de grano.

de

las


1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. Def. # 4.- Velocidad de propagación. Es la velocidad con la cual se propagan las ondas. Unidades: mts/seg. (sistema internacional) a.- Es característica del tipo de onda. b.- Cumple la siguiente relación:

V = f λ

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. Def. # 5.- Amplitud de oscilación. Es el desplazamiento de las partículas, medido desde su posición de equilibrio en función del tiempo a.- Viene dado por la siguiente expresión: Z ( x , t ) = Z 0 sen (kx m wt

)

con w = 2 π f

k =

2π

λ

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. Z ( x , t ) = Z 0 sen (kx m wt ) con w = 2π f

k =

2π

λ

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. Def. 6.- Impedancia acústica (Z) Es la resistencia que opone un material, a la propagación de las ondas. a.- Cumple la siguiente relación. Z = ρV

donde : V = Veloc. de prop. ρ = densidad

Unidades: Presión / tiempo b.- Depende del tipo de onda.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. Def. 6.- Presión acústica (P) Amplitud del esfuerzo producido por las ondas ultrasónicas. a.- Cumple la siguiente relación. P = Z Z(t) b.- A mayor amplitud, mayor presión. c.- La cantidad de presión reflejada permite evaluar las discontinuidades

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. Def. 7.- Intensidad acústica (I) Energía transmitida por unidad de área, perpendicular a la dirección de propagación de la onda. a.- Cumple la siguiente relación.

p 2 I = 2 Z

b.- La expresión anterior es valida para incidencia normal. c.- Se relaciona con la energía acústica

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. 1.7.- Ondas ultrasónicas y sus Propiedades Son vibraciones de las partículas cuya frecuencia es superior a los 20 Khz, y que se propagan en los materiales a.- Su velocidad de propagación así como la vibración de las partículas, depende de las propiedades elásticas del material. b.- Se clasifican en base a: .- Dirección de propagación de la onda .- Vibración de las partículas.

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación a.- Clasificación en base a: .- Dirección de propagación. .- Movimiento de las partículas. b.- Tipos: .- Longitudinales .- Transversales. .- Superficiales

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 1.- Ondas Longitudinales. a.- Partículas oscilan paralelo a la dirección de propagación. b.- Son las mas rápidas

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 1.- Ondas Longitudinales. c.- Se pueden propagar en: .- Sólidos .- Gases .- Líquidos

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 2.- Ondas Transversales. a.- La oscilación de las partículas es perpendicular al a la dirección de propagación de la onda b.- Su velocidad es aproximadamente 5/9 la de las longitudinales.

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 2.- Ondas Transversales. c.- Solo se propagan en sólidos. d.- Mayor sensibilidad que las longitudinales a discontinuidades pequeñas (menor longitud de onda) e.- Pueden ser generadas con diferentes angulos.

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 3.- Ondas Superficiales. a.- Viajan por la superficie del material. b.- Alcanzan profundidades del orden de “λ”

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 3.- Ondas Superficiales. c.- Su velocidad de propagación es independiente de la frecuencia. Aproximadamente Es 11/12 la de las ondas transversales. d,.- Las ondas de Rayleigh o Lamb tienen como caso especial “Las ondas guiadas”

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 4.- Ondas de Lamb. a.- Aparecen en materiales delgados: Espesor Aprox. Igual a 3λ b.- Su velocidad depende de: .- Frecuencia

.- Espesor de la pieza

c.- Hay dos tipos básicos. .- Simétricas

.- Asimetricas

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 4.- Ondas de Lamb.

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 5.- Reflexión y transmisión en interfases. a.- Cambio en dirección de propagación de la onda, cuando esta incide en la superficie de separación entre dos materiales con “Z” diferentes b.- Hay dos casos: .- Incidencia Normal .- Incidencia Oblicua

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 5.- Reflexión y transmisión en interfases. c.- Incidencia Normal It 4 Z1.Z 2 T = = I i ( Z1 + Z 2 ) 2

I r ( Z 2 − Z1 ) 2 R= = I i ( Z1 + Z 2 ) 2

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación Ejemplo #1.- Calcule los coeficientes de Transmisión y Reflexión para una interfase AceroAire. Solución: Tomaremos los valores de impedancia de las tablas: Acero >> Z1= 46,6 x 103 kg/mt2 seg Aire >> Z2 = 0 Sustituyendo en la expresión de los coeficientes tenemos:

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación

I r ( Z 2 − Z1 ) 2 (49,629 x103 ) 2 R= = = = 1 = 100 % 2 3 I i ( Z1 + Z 2 ) (49.629 x10 )

It 4 Z1.Z 2 T= = =0 2 I i ( Z1 + Z 2 ) Conclusión: En interfases acero-aire, se refleja la totalidad del ultrasonido

REFLEXION ULTRASONICA EN INTERFASES

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 5.- Reflexión y transmisión en interfases. c.- Incidencia Oblicua

V 2 sen(αi ) = V1 sen(α r )

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 5.- Reflexión y transmisión en interfases. d.- Conversión de modos

V 2 sen(αi ) = V1 sen(α r ) Fenómeno debido a las diferencias en constantes elásticas entre dos materiales distintos

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 5.- Reflexión y transmisión en interfases. Ejemplo. Calcule el ángulo de entrada de una onda longitudinal en una interfase agua – acero, para que salga una onda transversal con un ángulo de 45° Solución: Aire: V1L= 1480 mt/seg Acero: V2T = 3.250 mt/seg La ley de Snell da: 3250 sen(α i ) = 1480 sen( 45°)

1480 x 0,7 α r = arcsen( ) = 18° 3.250

Ondas Ultrasónicas, propiedades y propagación 5.- Reflexión y transmisión en interfases. Ejemplo. Calcule el ángulo de salida para una onda transversal, en una interfase Plexiglas – acero, cuando incide una onda longitudinal con ángulo de 45° Solución: Aire: V1L= 2730 mt/seg Acero: V2T = 3.250 mt/seg. La ley de Snell da:

3250 sen(45°) = 2730 sen(α r )

3250 x 0,7 α r = arcsen( ) = 57 0 2730


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.b.- 10 Ángulo Crítico. Angulo incidente que genera solamente una onda transversal en el material

Fig. # 15.- 10 Angulo Critico


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.b.- 10 Ángulo Crítico. a.- La onda incidente, se convierte en transversal. b.- Depende de la relaciones de las velocidades en los dos materiales. c.- Ideales para evaluar uniones soldadas o geometrías complejas.


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.b.- 10 Ángulo Crítico. Ejemplo. Calcule el 10 ángulo critico para una interfase plexiglás - acero α i

Solución. Tenemos que : V1L=2730 mt/seg, V2L= 5940 mt/seg El ángulo de salida es de 90 ° Por Snell ⎛ V 1 sen (α r ) ⎞ ⎟⎟ V 2 sen (α i ) = V 1 sen (α r ) ⇒ α i = arcsen ⎜⎜ V2 ⎝ ⎠ ⎛ 2730 x1 ⎞ 0 α i = arcsen ⎜ ⎟ = 26 ⎝ 5940 ⎠


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.b.- 10 Ángulo Crítico. Ejemplo. Para el problema anterior, calcule el ángulo con el cual emerge la ondaα transversal i

Solución. Tenemos que : V1L=2730 mt/seg, V2T= 3250 mt/seg El ángulo de entrada es de 26 ° Por Snell

⎛ V 2 sen (α i ) ⎞ ⎟⎟ V 2 sen (α i ) = V 1 sen (α r ) ⇒ α r = arcsen ⎜⎜ V1 ⎝ ⎠ ⎛ 3250 x 0 , 43 ⎞ 0 α i = arcsen ⎜ ⎟ = 30 2730 ⎠ ⎝


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.b.- 10 Ángulo Crítico. Ejemplo. Para el problema anterior, calcule el ángulo incidente necesario para que produzca una onda α transversal a 45° i

Solución. Tenemos que : V1L=2730 mt/seg, V2T= 3250 mt/seg El ángulo de salida es de 45 ° Por Snell ⎛ V 1 sen (α r ) ⎞ ⎟⎟ V 2 sen (α i ) = V 1 sen (α r ) ⇒ α i = arcsen ⎜⎜ V2 ⎝ ⎠ ⎛ 2730 x 0 , 70 ⎞ 0 α i = arcsen ⎜ ⎟ = 36 3250 ⎠ ⎝


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.c.- 20 Ángulo Crítico. Angulo incidente para el cual la onda generada es superficial.


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.c.- 20 Ángulo Crítico. a.- Difíciles de generar con este método. b.- Útil en la generación de “Ondas Guiadas” c.- Pueden evaluar condición superficial en geometrías complejas. d.- Reflejadas por bordes rectos.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.c.- Reflexión de 61o Es la conversión casi total de una onda longitudinal en otra transversal, cuando incide sobre una interfase aire - acero con un Angulo cercano a los 61o a.- Genera indicaciones confusas. b.- Debe tomarse en cuenta. c.- Hay normas que rechazan el uso de sensores de 60o

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO. 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.2.c.- Reflexión de 61o

Fig. # 16.- Reflexión de 610


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.3.- Difracción. Capacidad de rodear obstáculos, cuyas dimensiones son del orden de la longitud de onda. a.- Puede suceder cuando hay: .- Poros muy pequeños. .- Inclusiones


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.3.- Difracción. b.- Se rodea la discontinuidad y hay poca reflexión. c.- Si hay irregularidad en interfases o superficies comparable a la longitud de onda, esta bordea la superficie o interfase y no se refleja (hay aplicaciones en perfilometria superficial)


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.- Características del Haz Ultrasónico Es la región del material en la cual se propaga el ultrasonido. a.- Es modificada por la interacción del ultrasonido con el material. Se producen tres zonas .- Zona muerta (Campo cercano) .- Zona de transición. .- Campo lejano


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano. Se debe la interferencia de las ondas producida por el cristal del palpador R2 R 2 − R1 =

R1

nλ 2

n = impar ⇒ Destructiv a


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano. a.La presión acústica comportamiento irregular

tiene

Fig. # 17.- Haz Ultrasonico


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano.

Fig. # 18.- Distribución de presiones


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano. b.No es posible discontinuidades (Zona muerta)

detectar

Fig. # 19.- Distribución de presión en Campo Cercano (N)


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano. c.- Su extensión depende entre otras cosas de: .- Palpador.

.- Material

d.- Se puede determinar por la siguiente ec. Para palpadores con cristal circular. N

=

D 2 4 λ

D = Diámetro del palpador λ= Longitud de onda


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano. Ejemplo: Calcule el campo cercano para un palpador circular normal de 20 mm de diámetro y Frecuencia de 2 Mhz para Acero inoxidable. Paso # 1.- Se calcula “λ”

mt 5630 V seg V = fλ ⇒ λ = = = 2,8 mm 6 1 f 2 x 10 seg


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano. Paso # 2.- Se calcula “N”

D2 ( 20 mm ) 2 N = = ≈ 36 mm 4λ 4 ( 2 , 8 mm )

e.- Se puede corregir mediante diámetro efectivo del palpador D2

2 = 0.94D eff

el

Campo Cercano


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano. e.- Para un palpador angular se tiene: Vlp D2 N= − Pd Donde : Pd = Long. del Perspex. 4λ Vat Vlp = Veloc . Ondas Long . en Perspex . Vat = Veloc . Ondas Trans . en Acero .


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.1- Campo cercano. e.- Para un palpador angular con cristal rectangular se tiene: N =

V 1 . 3 L t At 0 . 97 f − Pd lp 4V t V at

Donde : Pd = Long. del Perspex.

LT = Long . del cristal . At = Ancho Cristal V at = Veloc . Ondas Trans . en material .

El campo cercano disminuye detectabilidad subsuperficial.

la


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.2- Campo Lejano. Es aquella región situada aproximadamente a 3N del palpador a.- Se conoce como zona de Fraunhoffer b.- La presión sonica se estabiliza. Máxima en el centro y disminuye hacia los lados c.- La intensidad sonora disminuye como:

Campo Sónico


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.2- Campo Lejano. I (r ) =

Ctte r2

d.- Se cubre una mayor área

e.- Se mide en base a un ángulo (Angulo de Divergencia del Haz) se calcula como: sen(θ ) = 1.22

λ D

f.- Hay disminución de la presión acústica


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.2- Campo Lejano. S P = P0 sλ

Donde: S = Sup. Del cristal s = Camino sonico

f.- Valida para cualquier palpador g.- La divergencia del haz se calcula de manera mas general por la siguiente ec.


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.2- Campo Lejano. Donde Kn ctte que depende de: K nλ sen(θ n ) = D

.- borde considerado (Ver fig.) .- Forma de medida .- Forma del cristal


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.2- Campo Lejano.

Fig. # 20.- Geometría del Campo Sonico (Bordes de referencia)


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.2- Campo Lejano. Borde (%) dB

Kcirc.

KRectang.

0 % (o dB)

1.22

1.00

10 % (20 dB)

0.87

0.74

50 % (6 dB)

0.51

0.44

Valores de Kn (Eco pulsado)


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.2- Campo Lejano. Borde (%) dB

Kcirc.

KRectang.

0 % (o dB)

1.22

1.00

10 % (20 dB)

1.08

0.60

50 % (6 dB)

0.54

0.91

Valores de Kn (Transmisión)


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.3- Zona de Transición. Es aquella zona situada a profundidades entre “N” y “3N” a.- La onda cambia de configuración hacia una “onda esferica” b.- La intensidad viene dada por: I ( r ) = I 0 e −αr


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.3- Zona de Transición.

Fig. # 21.- Distribución de presión acústica


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.3- Zona de Transición. Ejemplo: Determine la divergencia del haz Sonico, para un palpador normal de 4 Mhz de frecuencia, con un cristal circular de 24 mm de diámetro que se emplea para inspeccionar un bloque de acero de bajo carbono (VL=5940 mts /seg) Tome la línea de 20 dB. Paso # 1.- Calculo de la longitud de onda 5940 V

=

f λ ⇒

λ = 4 10

6

mt seg 1 seg

≈ 1 . 5 mm


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.3- Zona de Transición. Paso # 2.- Selección del valor de Kn Asumiendo Eco pulsado para la medida, de la tabla vemos que Kn = 0.87

⎛ K 20 λ ⎞ ⎛ 0 . 87 1.5mm ⎞ arcsen = ⎟ ⎜ ⎟= 24 mm ⎝ ⎠ ⎝ D ⎠

θ 20 = arcsen ⎜


1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.8.4.3- Zona de Transición. Técnicas para medición del Angulo de divergencia E

E

R (1) (2)

(2) (1)

Transmisión

R Eco pulsado

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.- Otros procesos y sus causas. a.- Existe un proceso que disminuye la energía de las ondas ultrasónicas. Atenuación b.- Es el resultado de la interacción de la onda con el material. c.- Su efecto depende del espesor del material

P = P0 e

−αX

Ley de Atenuación para Presión

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.- Otros procesos y sus causas. d.- Se deduce lo siguiente:

α

= −

1 log x

⎛ P ⎜⎜ ⎝ P0

e.- Para cuantificarla se define el “Decibel” ⎛ A⎞ ⎟⎟ dB = − 20 Log ⎜⎜ ⎝ A0 ⎠

f.- Mide la altura relativa de las señales

dB A

A/2

⎞ ⎟⎟ ⎠

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.- Otros procesos y sus causas. Ejemplo Calcule la diferencia de altura en decibeles, entre una señal de altura “A” y otra de altura “A/2”

⎛A ⎞ ⎛ A⎞ ⎟⎟ = − 20 Log ⎜ 2 ⎟ = − 20 Log ( 0 .5) dB = − 20 Log ⎜⎜ ⎜ ⎟ A A 0 ⎠ ⎝ ⎝ ⎠ Δ AdB = 6 dB

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.- Otros procesos y sus causas. Algunas ventajas del sistema del decibel .- Una inversión en el cociente, solo produce un cambio de signo .- Relaciones de altura grandes entre diferentes señales, se transforman en pequeñas sin cambiar su altura relativa .- Multiplicar una señal, equivale a sumar una cantidad en dB

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.- Otros procesos y sus causas. g.- La atenuación es el resultado de: .- Absorción .- Dispersión

Granos Rugosidad superficial

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.1.- Absorción del Ultrasonido. Conversión de energía ultrasónica en calor. a.- Los esfuerzos producidos por las ultrasónicas, inducen M.A.S amortiguados.

ondas

b.- El amortiguamiento depende del material (Granos y su orientación) c.- La absorción aumenta con la frecuencia de la señal ultrasónica.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.2.- Dispersión del Ultrasonido. Perdida de energía debida a las inhomogeneidades del material a.- Se producen señales parásitas (Ruido o Grama) b.- La falta de homogeneidad puede ser producida por: .- Fronteras intergranulares .- Anisotropía y cambios de orientacion en los granos .- Interfases

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.2.- Dispersión del Ultrasonido. c.- Otras causas: .- Inclusiones (no metálicas o poros) .- Heterogeneidades naturales (Típicas del proceso) .- Presencia de Precipitados. .- Cambios de Fases en estructura cristalina.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.2.- Dispersión del Ultrasonido. d.- Su importancia se relaciona con: .- Tamaño de Grano. .- Longitud de onda e.- Su efecto es la producción de un gran numero de ondas secundarias (Dispersadas) f.- Importante si: λ/2 = Tamano del grano

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.3.- Perdidas por Rugosidad Superficial. Produce perdidas notables en la señal. a.- Se debe a la interferencia producida por la Rugosidad Superficial. b.- Influenciada por el espesor del acoplante. Fig. # 20.-Efecto del espesor del acoplante

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.3.- Perdidas por Rugosidad Superficial.

Fig. # 21.- Efecto de la Rugosidad y del espesor del acoplante

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.8.- Propagación de ondas ultrasónicas. 1.9.3.- Perdidas por Rugosidad Superficial.

Fig. # 22.- Atenuación resultante.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9. – Estructura de un equipo de Ultrasonido y modos de representacion Y

X c

b

a

Receptor

Transmisor

Clock

Base de Tiempo

c

a

b

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9. – Estructura de un equipo de Ultrasonido y modos de representacion a.- Clock (temporizador) .- Genera pulsos eléctricos para sincronización .- La frecuencia (Rata de Repetición ) con la cual se generan es ajustable b.- Transmisor. .- Da pulsos de voltaje para excitar al transductor .- Los pulsos van desde 50 hasta 300 Voltios

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9. – Estructura de un equipo de Ultrasonido y modos de representacion i.- Base de tiempo. .- Controlan la graficación horizontal en la pantalla .- Miden el Tiempo de Vuelo .- Permite posicionar las discontinuidades .- Tienen circuitos adicionales (Gates) que permiten seleccionar la cantidad de rebotes a visualizar

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.1– Esquema de funcionamiento.

Fig. # 23.- Funcionamiento de un equipo de UT.





1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.2– Presentacion Modo A.

Y

X c

b

a

Receptor

Transmisor

Clock

Base de Tiempo

c

a

b

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.2– Presentacion Modo A. Características: a.- Se grafica la altura de la señal, contra el tiempo de vuelo. b.- Permite localizar las discontinuidades. c.- Permite estimar el tamaño de las discontinuidades. d.- Permite estimar la atenuación del material e.- Tiene aplicaciones especializadas

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.2– Presentacion Modo A.

Fig n° 24 Principio de deteccion en Modo A

Representación Ultrasónica Modo A

f

Pulso inicial Eco de fondo Eco grieta

crack 0

2

4

6

8

UT Instrument Screen

10

plate

Modo A Pantalla

Pieza

Eco Pulsado – Modo A Señal de Eco de Fondo

Señal de Eco de Fondo y Discontinuidad

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.3– Presentacion Modo B.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.3– Presentacion Modo B. Características. a.- Se representa la posición del palpador a lo largo de una línea de exploración contra el tiempo de vuelo.

Fig. # 24.- Presentación Modo B.

BARRIDO EN MODO B

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.3– Presentacion Modo B. Características. b.- Proporciona cortes de la pieza. c.- La presencia de una discontinuidad, se muestra en base a la ausencia del eco de fondo. d.- Es automático. e.- La información se muestra en una pantalla de TV. f.- Tiene las siguientes limitaciones:

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.3– Presentacion Modo B. .- Las áreas inspeccionadas.

bajo

una

sombra

no

son

.- Las discontinuidades cercanas a la superficie trasera, aparecen con una mayor longitud debido a la Divergencia del Haz. .- Las dimensiones de una discontinuidad, perpendiculares a la dirección del movimiento del palpador, no son registradas en su totalidad al mismo tiempo

Vista inferior de la pieza

Representación Modo B

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.4– Presentacion Modo C. Se representa el tiempo de vuelo contra la posición del palpador en un plano.

Fig. # 24.- Presentación Modo C

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.4– Presentacion Modo C. Se representa el tiempo de vuelo contra la posición del palpador en un plano.

Fig. # 24.- Equipo de UT Modo C

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.4– Presentacion Modo C. Características: a.- Muestra una vista plana de la pieza. b.- La profundidad se muestra en base a la intensidad del eco recibido c.- Usan compuertas (Gates) de tiempo. d.- No proporcionan información sobre .- Forma

.- Orientación

.- Profundidad

e.- Solo da una proyección del interior de la pieza.

Barridos en Modo C

Representación Modo C Foto de Composite

Equipo UT en Modo C

Imagen Modo C

Imagen de la cara posterior (vista por cara frontal)

Imagen de la cara frontal

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.9.5– Equipo de Eco Pulsado

Fig. # 25.- Equipo de Eco Pulsado

Equipo Analógico

Equipo Digital

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) Dispositivo que convierte Energía Eléctrica en Mecánica y Viceversa a.- Se fundamenta en el Efecto Piezoeléctrico Voltaje Presión

+++++++++++++++ -------------Inverso

---------------Presión ++++++++++++++++++ Directo

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) b.- La piezoelectricidad es: .- Natural

.- Inducida

1.10.1.- Piezoelectricidad natural. a.- Se presenta en materiales como el cuarzo, Sulfato de Litio, Oxido de Zinc, y Turmalina entre otros. b.- Es condicionado por su estructura cristalina.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores)

Fig. # 22.- Sistema de coordenadas para el Cuarzo.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) c.- En Cuarzo, cortes perpendiculares al eje X producen ondas Longitudinales. d.- Cortes perpendiculares al eje Y producen ondas transversales. e.- Ventajas. .- Resistente al desgaste.

.- Insoluble en agua

.- Estabilidad mecánica y eléctrica .- Resiste altas temperaturas.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) f.- Desventajas. .- Alto costo

.- Baja eficiencia para generar UT.

.- No produce modos puros. .- Necesidad de altos voltajes para operación (800 1000 V) aproximadamente. g.- El Sulfato de Litio tiene propiedades similares a las del Cuarzo.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) h.- Ventajas: .- Eficiente receptor de UT. .- No envejece .- Fácilmente atenuable.

.- Poca mezcla de modos

i.- Desventajas. .- Muy frágil

.- Soluble en agua

.- Funciona hasta 75 0C

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) 1.10.2.- Cerámicas Polarizadas. Son hechas con materiales Ferroelectricos a.- Solamente se expanden al aplicárseles una diferencia de potencial b.- Los mas comunes son: .- Titanato de Bario.

.- Metaniobiato de Plomo

.- Niobiato de Litio

.- Zirconato Titanato de Plomo

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) c.-Se convierten en piezoelectricos mediante dos procesos: .- Se calientan hasta el Pto. De Curie .- Se enfrían mientras se aplica un Campo Eléctrico de 1000 V/mm aproximadamente d.- Se fabrican en forma de pastillas.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) e.- Ventajas: .- Eficientes generadores de UT. .- Operan con bajos voltajes (30 – 50 V) .- Algunos soportan altas temperaturas (Metaniobiato de Plomo > 550 0C) f.- Desventajas .- Sufren envejecimiento .- No dan modos puros

.- Poca resistencia al desgaste

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) g.- Para compararlos se definen los siguientes parámetros 1.- Modulo Piezoeléctrico (d) Mide la eficiencia de un material para generar ultrasonido. A mayor valor, mayor eficiencia 2.- Constante de Deformación Piezoeléctrica (H) Mide la capacidad de recepción del ultrasonido. A mayor valor, mayor capacidad de recepción.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) 3.- Factor de Acoplamiento Electromecánico (K) Mide la eficiencia de un material, para convertir voltaje eléctrico en desplazamiento mecánico y viceversa. A mayor valor, mayor eficiencia como receptor y emisor. Importante en Eco Pulsado

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.10– Sensores Ultrasonicos (Palpadores) 3.- Factor de Acoplamiento para oscilaciones radiales (KP) Es una medida de la resolución del palpador. Depende del ancho del haz Sonico que incide sobre el. A menor valor, mayor resolución

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO Características ultrasónicas de materiales para palpadores Zirconato Titanato de Plomo

Titanato de bario

Metaniobiato de Plomo

Sulfato de Litio

Cuarzo

Niobiato de Litio

Veloc. Long. De Sonido (mt/seg)

4000

5100

3300

5460

5740

7320

Imp. Acustica X 106 kg/mt2

30

27

20.5

11.2

15.2

34

K

0.6 – 0.7

0.45

0.4

0.38

0.1

0.2

d

150 – 191

125 – 150

85

15

2.3

6

H

1.8 – 4.6

1.1 – 1.6

1.9

8.2

4.9

6.7

KP

0.5 – 0.6

0.8

0.07

0

0.1

---

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.11.- Constitución de un Palpador Son dispositivos que permiten generar y recibir ultrasonido a.- Su constitución mas general es:

Fig. # 26.- Constitución interna de un palpador

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.11.- Constitución de un Palpador b.- Su constitución mas general es: 1.- Material Piezoeléctrico. .- Recibe pulsos de voltaje de aproximadamente 10 μseg de duracion. .- Genera ondas ultrasónicas con frecuencia central dada por: VL FR = 2T

Donde: T = espesor del cristal. VL = Veloc. De las ondas long. En el material.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.11.- Constitución de un Palpador 2.- Material Atenuador (Backing) Controla: .- Resolución: Capacidad para diferenciar defectos próximos entre si .- Sensibilidad: Capacidad para detectar defectos pequeños. a.- Alta resolución exige rápida atenuación de los ecos. Se logra con materiales duros (Metales o porcelana)

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.11.- Constitución de un Palpador b.- Alta sensibilidad exige atenuación “razonable” de los ecos. Se logra mediante el uso de resinas con materiales pulverizados como Dioxido de manganeso, Limaduras metalicas, Wolframio etc) c.- Lo anterior se puede cumplir cuando: Z cristal 1.1 Z cristal 5 = Cuarzo y = Sulfato de Litio 1 Z Back . 1 Z Back .

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.11.- Constitución de un Palpador d.- El tamaño de los granos del material pulverizado, controla la atenuación e.- La proporción entre el polvo metálico y la resina controla la impedancia del atenuador. 3.- Transformador de acople. .- Es una bobina que permite acoplar las impedancias del transductor y del cable. .- Permite máxima transferencia de energía

Efecto de la cubierta de protección

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT

Transductores Contacto Directo Normales

Angulares Cristal simple Doble cristal

Inmersión

Especiales

Transductores

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT 1.12.1.- Palpadores de contacto. Se colocan directamente sobre la superficie. a.- Necesitan medios de acoplamiento (Acoplantes) b.- Se clasifican de acuerdo a la dirección del haz ultrasónico que producen en: .- Normales

.- Angulares

c.- Tienen cubiertas protectoras contra el desgaste

Transductores de Contacto

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT 1.12.1.a.- Palpadores de incidencia normal. Inyectan el ultrasonido en dirección perpendicular a la superficie de la pieza.

Fig. # 27.- Palpador Normal

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT 1.12.1.a.- Palpadores de incidencia normal. a.- Empleados en Eco Pulsado y Resonancia. b.- Aplicados en Defectologia, caracterización de materiales

metrologia

y

c.- Emiten ondas longitudinales. d.- De acuerdo al numero de cristales que tienen, se clasifican en: .- Cristal simple.

.- Doble cristal.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de incidencia normal cristal simple

Fig. # 28.- Palpador normal de cristal simple

Transductores con Línea de Retardo

Doble Cristal Corte

Presentación

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de incidencia normal cristal simple a.- Producen ondas longitudinales. b.- El cristal funciona como emisor – receptor (Eco pulsado) c.- Hay una conexión común entre receptor y transmisor (Big – Bang) d.- Sufren el campo cercano

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de incidencia normal doble cristal

Fig. # 29.- Palpador normal de doble cristal

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de incidencia normal doble cristal a.- Elimina el problema del Campo cercano mediante “bloques de retardo” de baja atenuacion b.- Un cristal funciona como “emisor” y otro como “receptor” c.- Entre ellos se coloca una barrera acústica. d.- Tienen un pequeño Angulo (Angulo Raíz) para enfoque.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de incidencia normal doble cristal e.- Sufren el “Crosstalk” f.- Su sensibilidad varia con la distancia

Fig. # 30.- Sensibilidad para palpadores de doble cristal

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de incidencia normal doble cristal g.- La distancia de máxima sensibilidad en función de: .- Angulo raíz.

.- Frecuencia

h.- Tiene una distancia focal (Distancia de Trabajo)

Fig. # 31.- Distancia de trabajo para E - R

Transductores Angulares Esquema Básico

Algunos diseños

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores Angulares cristal simple

Fig. # 32.- Esquema de un palpador angular

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores Angulares cristal simple a.- Emiten ondas longitudinales. b.- Producen ondas transversales y superficiales por “Conversión de Modos” c.- El Angulo de salida del haz, es calculado para Acero d.- Usan “zapatas” de Perspex (Metacrilato de Metilo) e.- Son “direccionales”

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores Angulares cristal simple f.- La zapata es resultado del compromiso entre el material, frecuencia de la onda, geometría y simulación de las distribuciones de presión acústica. g.- Proporcionan localización precisa de discontinuidades, pero mediante ciertos cálculos: h.- Ideales para inspección de uniones soldadas i.- El Angulo del cristal se calcula cuidadosamente

las

Ultrasonido en soldaduras Detección de discontinuidades

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores Angulares cristal simple para ondas superficiales. a.- Son palpadores angulares en los cuales el ultrasonido incide con el 20 Angulo critico. b.- Pueden ser producidas mediante incidencia normal con palpadores de cuarzo de corte “Y” con tecnicas de contacto especiales. c.- Se pueden producir con frecuencias entre 2 y 10 Mhz

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de inmersión.

Fig. # 33.- Esquema de un palpador de inmersión

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de inmersión. a.- Se emplean sumergidos en líquidos. b.- No tienen cubierta de protección. c.- Son blindados. d.- Usan altas frecuencias e.- Producen ondas longitudinales. f.- Se emplean en sistemas automatizados

Transductores de Inmersion

Focalizados

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores de inmersión. g.- Se aplican generalmente a: .- Metrologia. .- Defectologia .- Caracterización de materiales h.- La producción de otros tipos de ondas la realizan por Conversión de Modos.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores Piezocompuestos .- Nueva tecnología en palpadores .- Materiales piezoeléctricos sobre una base cerámica .- Dan pulsos mas cortos con mayor ancho de banda. .- Minimizan el ruido y el efecto de los lóbulos laterales. .- mayor eficiencia en la conversión de energía eléctrica en ultrasonido.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.12.- Clasificación de Palpadores de UT .- Palpadores Piezocompuestos


Imagen al microscopio electrónico


1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.13.- Criterios para selección de Palpadores de UT La selección de palpadores se hace en base a criterios: .- Técnicos.

.- Prácticos

a.- Entre los técnicos se tienen: .- Resolución.

.- Sensibilidad

b.- Entre los prácticos se tienen: .- Extensión a cubrir.

.- Geometría de la pieza

.- Orientación de las discontinuidades

.- Granos

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.13.- Criterios para selección de Palpadores de UT a.- La Resolución es controlada por el fabricante. Hay un criterio mínimo a cumplir (Entalla del bloque V1) b.- La Sensibilidad se refiere al “tamaño critico de la discontinuidad detectable” c.- Se relaciona con: .- Longitud de onda

fC Q = f 2 − f1

.- Factor de calidad (Q)

Donde: fC= Frecuencia central f1 y f2 Frecuencias para 70 % del máximo (ancho de banda

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.13.- Criterios para selección de Palpadores de UT d.- A mayor “Q” mayor sensibilidad, pero menor resolucion. e.- En general, “Q” se encuentra entre 1 a 10 A (dB) A0

70 % A0

f1

F (Mhz) f2

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO Información proporcionada por el fabricante

Grafica V – t

Espectro de frecuencia (Grafica E – t)

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.13.- Criterios para selección de Palpadores de UT Entre los aspectos prácticos se tiene: Detección o evaluación de discontinuidades ? a.- La detección necesita palpadores con gran divergencia del haz, es decir baja frecuencia. b.- Su sensibilidad es poca. c.- La alta frecuencia da mayor sensibilidad, pero sufre otros efectos como el grano del material, y la atenuación

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.13.- Criterios para selección de Palpadores de UT d.- Tanto La localización como la evaluación de discontinuidades, necesita que ellas produzcan la mayor distorsión posible en el haz ultrasónico e.- Lo anterior exige que el haz ultrasónico sea lo mas perpendicular posible a la discontinuidad Como afecta el material ? a.- Si el grano es fino, se recomiendan frecuencias de 2 a 5 Mhz. Buena sensibilidad y resolucion

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.13.- Criterios para selección de Palpadores de UT b.- Si el grano es grueso, se recomiendan frecuencias desde 0,5 a 2 Mhz. Bueno en fundiciones , plásticos etc Que pasa a frecuencias mayores ? a.- Hay mayor sensibilidad (5 a 10 Mhz) Pero mayor atenuación. Útil para grano muy fino. b.- Problemas para detectar discontinuidades lejanas. c.- El campo cercano crece, se compensa seleccionando palpadores de gran diámetro

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.13.- Criterios para selección de Palpadores de UT d.- Disminuye la divergencia del haz. Que debo recordar siempre ? Que el palpador seleccionado debe proporcionarnos una buena: Sensibilidad, Resolución y Divergencia del haz adecuada a lo que deseamos con la menor atenuación y “grama” posible

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento Que son ? Son sustancias que se colocan entre el palpador y la superficie de la pieza con la finalidad de mejorar la transmisión del Ultrasonido Como lo hacen ? Eliminando el aire existente entre el palpador y la superficie de la pieza.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento Cuales son los mas recomendables ? 1.- Compuestos acuosos:

Metilcelulosa

2.- Aceites: Glicerina, grasas de base bituminosa, y siliconas 3.- Otros: Pulpa de papel, Mercurio, pastas 4.- Gomas suaves o presión (1000 psi)

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento Como se pueden seleccionar ? En base a: .- Costo

.- Reacciones químicas

.- Disponibilidad .- Limpieza posterior. .- Viscosidad. .- Adherencia superficial

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento Como se clasifican ? 1.- Para contacto directo. a.- Condicionados por .- Condición superficial. .- Temperatura superficial. .- Inclinación de la superficie

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento b.- los mas usados: Agua Barata, poco viscosa, y reacciona químicamente Aceites Viscosos, generan señales parásitas, sufren con temperaturas, algunos tienen alta atenuacion

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento Glicerina Buen conductor acústico, no tiene buena adhesión, mayor facilidad de remoción, se degrada con la temperatura rápidamente Pulpa de papel y pastas Se mezclan fácilmente, sencillas de remover, se endurecen con facilidad

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento Metilcelulosa Buena para piezas con alta rugosidad, en vertical y en bóvedas. Para que no se seque se le añade glicerina. Puede inducir corrosión. Plastilina con aceite. Buena acústicamente, excelente adherencia y buen comportamiento ante la rugosidad.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento Que podemos usar con altas temperaturas ? Aceites con alto pto de ebullición (> 300 0C) Grasas y Silicona ( hasta 550 0C) Zapatas de polímetros para alta temperatura

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento 2.- Para inmersión. a.- Generalmente es el liquido que rodea la pieza (inmersión total) b.- Se usan mezclas entre agua, agentes humectantes y aceites (Taladrina) para evitar la formación de burbujas (inmersión local)

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.14.- Otros aspectos a considerar: Selección del medio de acoplamiento

Fig n° 35. Efecto de la rugosidad superficial y el acoplante

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.15.- Otros aspectos a considerar: Efecto de la condición superficial. Efecto de la condición superficial a.- Los mas importantes son: .- Cascarilla de óxidos .- Mala adherencia de recubrimientos. .- Se recomienda eliminarlos sin dañar la superficie .-

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.15.- Otros aspectos a considerar: Efecto de la condición superficial. Efecto del acabado superficial a.- Los mas importantes son: .- Disminución de la transmisión ultrasónica .- Aumento de la “zona muerta” .- Producción de ondas secundarias

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.15.- Otros aspectos a considerar: Efecto de la condición superficial. Que los produce? a.- La Rugosidad superficial. b.- Coeficientes de reflexión y transmision. c.- Frecuencia de la onda.

Fig. # 34.- Efecto de la Rugosidad

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.15.- Otros aspectos a considerar: Efecto de la condición superficial. Que efecto especifico tiene la rugosidad? a.- Produce patrones de interferencia por los cambios de velocidad. b.- El proceso es mas intenso cuando se alcanza la “Rugosidad Critica” o multiplos de ella RC =

λ 2V 1

2 (V 2 − V 1 )

=

λ 1V 2

2 (V 2 − V 1 )

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.15.- Otros aspectos a considerar: Efecto de la condición superficial. c.- La rugosidad afecta a través de los siguientes procesos: .- Conversión de modos por la incidencia angular de los lóbulos secundarios. .- Diferencias en los tiempos de recorrido de las ondas en crestas y valles. .- Reflexión de los lóbulo laterales sobre las caras de rugosidad

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.15.- Otros aspectos a considerar: Efecto de la condición superficial. Que efecto especifico tiene la Curvatura de la pieza ? a.- Produce cambios en la divergencia del Haz b.- Puede concentrar o dispersar el Ultrasonido c.- Es útil en inspección con palpadores angulares

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.15.- Otros aspectos a considerar: Efecto de la condición superficial. Que sucede si inspecciono con palpadores normales? a.- Disminuye la sensibilidad b.- El área de contacto se reduce (Aumenta el Angulo de divergencia) c.- Se recomiendan adaptadores (Zapatas) d.- Emplear dispositivos especiales para enfoque (zapatas, o palpadores de mosaico)

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO 1.15.- Otros aspectos a considerar: Efecto de la condición superficial. Que sucede si inspecciono con palpadores angulares? a.- Conversión de modos debido a los lóbulos secundarios. b.- Para eliminar este efecto se recomienda reducir la zona de contacto. c.- Aumenta la divergencia del haz

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS Introducción a.- Consiste en la selección y aplicación de las técnicas especificas en base a: .- Material .- Dimensiones

.- Forma

.- Accesibilidad .- Estructura interna.

.- Condición superficial .- Otras

b.- Lo anterior lleva a seleccionar: .- Método de ensayo: .- Contacto .- Inmersión.

: Eco pulsado o transmisión

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS Introducción .- Técnica: .- Haz normal.

.- Haz angular.

.- Haz superficial

.- Tipo de onda .- Ondas longitudinales.

.- Ondas transversales.

.- Ondas de Rayleigh.

.- Ondas de Lamb

.- Técnicas especiales. .- Phased Array

.- Ondas Guiadas

.- Otras

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.1.- Incidencia Normal (Haz Normal) a.- El ultrasonido se introduce perpendicular a la superficie. b.- La onda transmitida es longitudinal.

Fig. #

Técnica de haz normal.

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.1.- Incidencia Normal (Haz Normal) d.- hay problemas en los bordes de las piezas.

Fig. #

Técnica de haz normal.

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.1.- Incidencia Normal (Haz Normal) c.- Se usan palpadores de uno o dos cristales. d.- Las ondas se propagan con una velocidad dada por: V

L

=

E (1 − μ ) ρ ( 1 + μ )( 1 − 2 μ )

e.- Puede emplearse: .- Eco pulsado.

.- Transmisión

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.2.- Incidencia Angular (Haz Angular) a.- El haz Sonico incide con un ángulo algo mayor que el primer Angulo critico. b.- El camino sonico puede ser complejo

Fig. #

Técnica de haz angular.

Inspección mediante palpador angular

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.2.- Incidencia Angular (Haz Angular) c.- Para ondas transversales su velocidad de propagación es: V

t

E 2 (1 + μ ) ρ

=

d.- Sus aplicaciones básicas son: .- Eco pulsado.

.- Transmisión

.- Tecnicas especiales. TOFD.

Modo convertido.

Pitch – Catch

Otras.

Ondas Creep

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.3.- Incidencia Angular (Haz Angular)

Fig. #

Principio de deteccion para palpadores angulares.

Medición por “Punta de Grietas Distancias involucradas

Paso n°1 Paso n°2


Fig. #

Casos de deteccion


Fig. #

tecnica pitch - catch


Fig. #



Fig. #



Fig. #

Backscattering


Fig. # Relación entre modos y ángulos de incidencia en interfase agua - acero

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.4.- Incidencia Angular para Ondas Superficiales a.- Son técnicas con procedimiento de calibración no estandarizados. b.- El ángulo incidente es algo mayor al segundo ángulo critico. c.- Tienen poca penetración (del orden de λ ) d.- Se usan en la detección de discontinuidades superficiales. e.- Fuertemente afectadas por la Rugosidad Superficial.

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.4.- Incidencia Angular para Ondas Superficiales

Fig. #

Técnica de onda superficial.

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.4.- Incidencia Angular para Ondas Superficiales f.- Su velocidad depende de las características del material y del ensayo.

VS

0 , 87 + 1,12 μ = 1+ μ

E 2 (1 + μ ) ρ

g.- Su velocidad promedio es el 90% de la que tienen las ondas transversales. h.- Son reflejadas por bordes en ángulo recto

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.5.- Técnica de Inmersión. Consiste en “sumergir la pieza” en un fluido acoplante a.- Generalmente es automatizado.

Fig. #

Ensayo de Inmersión

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.5.- Técnica de Inmersión. b.- Puede ser empleado en piezas de geometría compleja. c.- Tiene tres técnicas básicas. .- Inmersión.

.- Chorro

.- Rueda

d.- Pueden producirse ondas longitudinales o transversales

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.5.1.- Técnica de Inmersión en tanque La pieza y el palpador se encuentran ambos sumergidos en un tanque a.- Pueden haber problemas de superposición de ecos. T V LLiq. S = V LPie.

Liq.

S= Camino sonico en Liq. T

Pieza

VL = Vel. Ondas Long. Condición para el no solapamiento de ecos con palpador normal

Ensayo Ultrasónico por inmersión

Técnica de Inmersión IP = Pulso inicial FWE =Eco pared frontal DE = Eco defecto BWE = Eco pared de fondo

2

1

Defect

1

IP

FWE BWE

2

IP

0

2

4

6

8

FWE

10 BWE DE

0

2

4

6

8

10

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.5.1.- Técnica de Inmersión en tanque

Fig. #

Ensayo de Inmersión con haz normal y angular

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.5.2.- Técnica por chorro de acoplante. El haz ultrasónico se propaga a través de una columna de fluido acoplante

Fig. #

Ensayo de Inmersión por chorro de acoplante

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.5.2.- Técnica por chorro de acoplante. b.- El acoplante se mezcla con aditivos. c.- Es básicamente automático y de alta velocidad. d.- Generalmente se desplaza el palpador y sus accesorios. e.- Los palpadores que se emplean son focalizados. f.- Existen variantes como el “Paintbrush”

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS

2.5.3.- Técnica de la Rueda El haz ultrasónico se proyecta a través del fluido acoplante contenido en una “Rueda”

Fig. #

Ensayo de Inmersión por técnica de rueda

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.5.3.- Técnica de la Rueda b.- Necesita de una buena condición superficial. c.- Se coloca aceite entre la rueda y la pieza. d.- Es de alta velocidad y puede ser automatizado.

Fig. #

Ensayo de Inmersión por técnica de rueda

Inspección en rieles

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.6.- Técnica de Inmersión con Haz Normal.

Fig. #

Ensayo de Inmersión por Haz normal

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS 2.7.- Técnica de Inmersión con Haz Angular .

Fig. #

Ensayo de Inmersión por Haz angular

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto 3.1.1.- Palpadores Normales Aplicación directa del ultrasonido sobre la pieza mediante palpadores que se colocan en contacto con ella a.- Tiene necesidad de sustancias acoplantes b.- Permite examinar piezas de gran tamaño. c.- Permite: .- Localizar discontinuidades con precisión. .- Evaluar sus dimensiones .- Determinar su naturaleza.

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto c.- Fuertemente afectado por la rugosidad superficial. d.- Imposibilidad de inspeccionar muy cerca de la superficie. c.- Gran dificultad para su automatización. d.- Gran numero de variantes .- Ondas Longitudinales .- Ondas Transversales. .- Ondas Superficiales. .- Técnicas de Modo Convertido

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto e.- Aplicación mediante palpadores normales

Fig. #

Detección mediante palpadores normales y angulares

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto

Detección de una discontinuidad mediante palpador normal (Modo A)

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto g.- Se presentan distintos casos. IMPORTANTE Permite la evaluación de discontinuidades, mediante normativas aplicables en base a la altura del eco

Fig. #

Casos posibles

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto g.Puede emplearse la técnica por Transmisión g.- No permite localizar con precisión h.- Requiere acceso a las dos caras de la pieza

Fig. #

Técnica por Transmisión

Tecnica de Transmision 1

1

T

R

T

R

Colocacion de palpadores

2

1

1

Pantalla

2

0

2

4

6

8

10

Técnica de Transmisión Sonido Transmitido

Disminucion de sonido por la presencia de una discontinuidad

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto 3.1.2.- Palpadores Angulares. a.- En eco pulsado se tiene:

Fig. #

Aplicación mediante palpadores angulares

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto b.- La detección mediante Eco Pulsado se basa en el “Efecto de Esquina”

Fig. #

Efecto de Esquina

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto c.- La técnica de transmisión tiene variantes

Fig.

Tecnica Tandem

3.- Ensayo Ultrasónico por contacto 3.1.- Técnica ultrasónica por contacto 3.1.2.- Palpadores doble cristal a.- Localizan discontinuidades muy cerca de la superficie. b.- Utilizados en evaluación de Corrosión. c.- Excelentes para detectar Delaminaciones Fig. # Palpador E / R

D.- Útiles muy cerca de la superficie.

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.- Sistemas de Ensayo. Las aplicaciones del ultrasonido se fundamentan en tres técnicas básicas: 1.- Técnica de Resonancia. 2.- Técnica de Transmisión. 3.- Técnica de Eco Pulsado Con sus posibles variantes

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.- Sistemas de Ensayo. En general se miden tres magnitudes.: 1.- Frecuencias (Resonancia) 2.- Intensidad Acústica (Altura del eco) 3.- Tiempo de Vuelo del eco Las medidas son condicionadas por: 1.- Tipo de onda. 2.- Velocidad de propagación.

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.1- Técnica de Resonancia. Se fundamenta en la máxima absorción de energía acústica por un cuerpo. a.- Depende de:

.- Espesor del material. .- Frecuencia del ultrasonido

b.- Se producen ondas estacionarias en la pieza.

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.1- Técnica de Resonancia. c.- Los efectos se refuerzan cuando se cumple

nV fn = 2T

fn = Frecuencia de Resonancia N = N0 de Orden = 1,2,3…….. V = Veloc. De la onda T = Espesor del material

d.- La expresión anterior puede ser escrita como:

nλ T = 2

λ = Long. De Onda

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.1- Técnica de Resonancia. d.- Existe un conjunto de frecuencias de Resonancia, asociadas con las formas de vibración de la pieza.

e.- Tiene una precisión entre 1 y 3 % para espesores desde 0,1 hasta 80 mm

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.1- Técnica de Resonancia. f.- No es útil para detectar discontinuidades. g.- No es útil en evaluación de Corrosión, porque necesita que las caras de la pieza sean paralelas. g.- Superada por la tecnica de Eco Pulsado. h.- Útil para medición de espesores en materiales con una gran atenuación del ultrasonido (Concreto en obras civiles)

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.2- Técnica de Transmisión. Emisión y captura del ultrasonido mediante palpadores colocados en diferentes caras de la pieza

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.2- Técnica de Transmisión. a.- Puede ser empleado con onda continua o eco pulsado b.- Fuertemente dependiente de la alineación de los palpadores. c.- Puede ser aplicada mediante equipos especiales (ya en desuso) o mediante equipos de eco pulsado d.- Miden intensidad acústica e.- Hay cierta relación entre el valor de intensidad acústica recibido, y el tamaño de la discontinuidad.

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.2- Técnica de Transmisión. f.- Se usa en materiales con alta atenuación (forjas, fundiciones, concreto por ej.) g.- Necesita acceso a las dos caras del material (Palpadores normales) h.- La orientación y la posición de las discontinuidades no es fácil de determinar

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.2- Técnica de Transmisión.

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.2- Técnica de Transmisión. i.- Tiene variantes en su aplicación (Pitch – Catch) y tecnicas de modos convertidos

k.- Tiene la variante de “ conduccion” de muy dificil interpretacion

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.2- Técnica de Transmisión.

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.3 - Técnica de Eco - Pulsado. Reflexión de ondas producidas por discontinuidades (Cambios de Impedancia ) a.- Se detecta la intensidad acustica (altura del eco ) contra el tiempo de vuelo.

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.3 - Técnica de Eco - Pulsado. b.- Se aplican en: .- Defectologia.

.- Metrologia

c.- L a altura del eco permite evaluar la discontinuidad en base a normativas existentes

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.3 - Técnica de Eco - Pulsado.

4.- Técnicas de ensayo. Equipos y aplicaciones. 4.1.3 - Técnica de Eco - Pulsado. d.- La evaluación condicionada por:

de

una

discontinuidad,

es

.- Posición.

.- Tamaño

.- Orientación

.- Naturaleza.

.- Geometría.

.- Inspector

.- Superficie.

.- Grano.

.- Calibración

.- Palpadores.

.- Equipos

.- Otros.

Medicion de espesores z

Principalmente evalua corrosion

• Aplicable a tuberias y recipientes a presion

Deteccion de delaminaciones

Señal en ausencia de delaminaciones

Señal con delaminaciones

Inspecion de uniones soldadas Basada en los palpadores angulares

5.- TECNICAS DE CALIBRACION Procedimientos de ajuste de los equipos ultrasónicos que permiten: 1.- Determinar las características de operación. 2.-Establecer condiciones de ensayo reproducibles. 3.- Permitir la evaluación (comparaciones) de las señales producidas por las discontinuidades Como se logra ? 1. Bloques de Calibración (objetivos # 1 y 2) 2. Bloques de referencia (objetivo # 3)

5.- TECNICAS DE CALIBRACION Que se busca en general ? 1.- Verificar el buen funcionamiento del equipo a.- Linealidad horizontal. b.- Linealidad vertical. c.- Características del palpador 2.- Establecer una máxima profundidad de inspección. a.- Palpadores normales (Contacto o inmersión) b.- Palpadores angulares (contacto) c.- Palpadores emisor – receptor. d.- Palpadores especiales.

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 3.-

Establecer un nivel de Sensibilidad (Ganancia) a.- Taladros patrón (Bloques de referencia) b.- Discontinuidades patrón

4.- Realizar mediciones de las características de las piezas. a.- velocidad b.- Atenuación.

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.- Bloques de calibración. Bloque de Acero inoxidable de baja aleación y de grano muy fino a.- Se conoce como bloque IIW (bloque V1)

Fig.#1. Bloque V1

Bloque V1

IIW

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.- Bloques de calibración. Bloque de Acero inoxidable de baja aleación y de grano muy fino b.- También se puede usar el bloque IIW (bloque V2)

Fig# 2 Bloque V2

Bloque V2 y auxiliares

DSC

SC

DC

Rhompas

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.- Bloques de calibración. c.- Se emplean para: .- Ajustar la base de tiempo. .- Verificar las características electrónicas .- Verificar características del palpador. .- Otras 5.1.1.- Procedimiento para ajuste de base de tiempo a.- Hay dos casos: .- Ajuste para palpadores normales. .- Ajuste para palpadores angulares.

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.1.a.- Ajuste para palpadores normales. El procedimiento es el siguiente: Paso # 1.- Seleccione alguna de las posiciones indicadas sobre el bloque V1 (espesores conocidos) Paso # 2.- Coloque acoplante ! Y el palpador en la posición seleccionada

Fig# 3 Cal. Bloque V1

Paso # 3.- Mediante los controles de base de tiempo (Range, Delay) coloque sobre la retícula el n0 de ecos deseado

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.1.a.- Ajuste para palpadores normales. Paso # 4.- (Opcional) Si el equipo es digital, primero debe ingresarse: a.- Velocidad de la onda longitudinal. b.- Rango (Max. Profundidad a explorar) c.- Repita los pasos anteriores.

Fig# 4 Bloque V1

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.1.b.-Ajuste para palpadores angulares. Pueden calibrarse mediante el bloque V1 o el V2. 1.- Calibración mediante el V1 Paso # 1.- Coloque el palpador sobre el bloque V1

Fig.# 5 Bloque V2

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.1.b.-Ajuste para palpadores angulares. Paso # 2.- Mediante los controles de ganancia obtenga la cantidad deseada de ecos (mínimo 2)

Fig. # 6 Camino sonico

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.1.b.-Ajuste para palpadores angulares. 2.- Calibración mediante el bloque V2 Paso # 1.- Coloque el palpador como se muestra

Fig # 7 Camino sonico con V2

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.1.b.-Ajuste para palpadores angulares. 2.- Calibración mediante el bloque V2 Paso # 2.- Dependiendo de la posición seleccionada, use los controles de Base de Tiempo para a.- Primer eco en 25 mm , segundo eco en 75 mm b.- Primer eco en 50 mm , segundo eco en 75 mm

Fig. # 8 Calibracion mediante V2

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.1.1.c.-Ajuste para palpadores E - R. a.- Necesitan un bloque especial, ya que sufren de Conversión de Modo. b.- Se usan Bloques escalonados. Paso # 1.- Seleccione el rango de profundidades Paso # 2.- Coloque el primer y segundo eco en la división correspondiente.

Fig # 9 Palpadores E / R

Paso # 3.- De ser posible, verifique con un eco intermedio

Bloques escalonados

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.-Otros Bloques. Existe otro conjunto de bloques, para diferentes objetivos, como el ajuste del nivel de sensibilidad a.- Alcoa serie A (Área - Amplitud) b.- Alcoa serie B (Distancia – Amplitud) c.- Serie ASTM E – 127 (Area – Amplitud, Distancia – Amplitud d.- Bloques IIW (Bloques V1, V2 y Calib. En Resolucion) e.- Bloques especiales

Bloques distancia/area amplitud ASTM Distance/Area Amplitude

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- Alcoa serie A (Área – Amplitud) a.- Son ocho b.- Tienen Taladros de Fondo Plano (FBH) c.- Proporcionan señales para comparación. d.- Hechos del mismo material a inspeccionar e.- La altura del eco en el campo lejano, es proporcional a su area

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- Alcoa serie A (Área – Amplitud)

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- Alcoa serie B (Distancia - Amplitud a.- Son diecinueve b.- Tienen Taladros de Fondo Plano (FBH) de igual diámetro (3/64, 5/64 y 1/8 de plg) y prof. De ¾ plg. c.- Cambia el camino sonico d.- La altura del eco es proporcional a 1 / (prof.)2 e.- Usados en curvas DAC

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- Alcoa serie B (Distancia - Amplitud

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- ASTM E - 127 a.- Combinación de los anteriores. b.- son diez. c.- Se pueden crear conjuntos: Área – Amplitud. Distancia - Amplitud

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- ASTM E - 127

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- IIW. (Resolución) a.- Verifica resolución de palpadores angulares. (45, 60,y 700 )

Fig. # 9 Verificacion de resolucion

Bloque para resolución

Bloque para exactitud en dB

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- Bloques especiales. Se aplican dependiendo de la normativa aplicable. a.- principalmente permiten ajustar el “nivel de sensibilidad” o Tamano critico del defecto.

Fig # 10 Bloques API 5L

Bloque ASME

ASME Pipe Sec. XI

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.2.1.- Bloques especiales.

Fig. # 11 Bloque ASME

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. Se verifica: a.- Linealidad de Base de Tiempo. (Horizontal) b.- Linealidad en ganancia (Vertical) c.- Palpadores: 1.- Angular (Pto. Salida del haz, Angulo y Resolución) 2.- Normal (Poder de penetración y Resolución)

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.1.- Linealidad Horizontal. a.- Se busca verificar que las distancias medidas con el equipo sean las correctas. Paso # 1.- Obtenga varios ecos del bloque patrón (por ejemplo 5 ecos) Paso # 2.- Mediante los controles de base de tiempo, coloque al primer y al ultimo eco en las correspondientes posiciones de la pantalla Paso # 3. Registre y grafique las posiciones que tienen los ecos, contra la que deberían tener

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.1.- Linealidad Horizontal. Posic. Medida

Importante!! La medición de la posición, debe hacerse llevando a cada uno de los ecos a la misma altura de la pantalla. Ej: ½ altura Max. Desv. 1 %

Posic. Ideal

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.2.- Linealidad Vertical. Se desea verificar que la amplificación es la misma para todos los ecos. Paso # 1.- mediante un palpador normal, obtenga diez ecos del bloque patrón Paso # 2.- Seleccione alguno de los ecos, y lleve su altura al 80 % de altura de la pantalla. Paso # 3.- Registre las amplitudes de los ecos posteriores al seleccionado

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.2.- Linealidad Vertical. Paso # 4.- Mediante los controles de ganancia, reduzca la altura del eco inicialmente seleccionado a la mitad. Paso # 5.- Los demás ecos deben reducir su amplitud a la mitad. De no suceder, el equipo no tiene linealidad vertical.

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.2.- Linealidad Vertical. Método Alterno Paso # 1.- Calibre la base de tiempo, y obtenga un cierto numero de ecos. Paso # 2.- Seleccione un eco, y aumente su altura hasta un 80 % de la altura de la pantalla. Registre el valor de la ganancia Paso # 3.- Reduzca la ganancia por 6 dB. Si los ecos disminuyen su altura en 50 % habrá linealidad vertical. Repítalo varias veces.

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.3.- Palpadores Normales. a.- Se verifica:1.- Resolución 2.- Poder de penetración 3.- Zona muerta 5.3.3.a.- Verificación de Resolución

Fig # 12 Resolucion

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.3.b.- Poder de penetración Permite comparar la salida de energía del sistema equipo - palpador a.- Coloque el palpador como se muestra

Fig # 13 Poder de Penetracion

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.3.b.- Poder de penetración b.- Coloque la ganancia del equipo al máximo c.- Registre el numero de ecos en pantalla, y la altura del ultimo. d.- Lo anterior expresa el poder de penetración del sistema.

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.3.c.- Zona muerta Es el rango de profundidad dentro del cual no hay posibilidad de detección. a.- es la distancia entre el primer eco que se pueda distinguir, y el Big - Bang Fig# 14 Bloque para Zona muerta

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.4.- Palpadores angulares. a.- Se determina: 1.- Pto salida del haz.

2.- Angulo del palpador

5.3.4.a.- Pto de salida del haz. a.- Es el lugar por donde se emite el ultrasonido. b.- Es importante para localizar discontinuidades. c.- Puede variar con el desgaste

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.4.- Palpadores angulares. 5.3.4.a.- Pto de salida del haz. Paso # 1.- Coloque el palpador en la posición “b” y haga el eco maximo

Fig # 15 Pto de salida del haz

5.- TECNICAS DE CALIBRACION 5.3.- Verificación de equipo. 5.3.4.- Palpadores angulares. 5.3.4.a.- Angulo del palpador. Paso # 1.- Coloque el palpador en la posición “F” o “E” y haga el eco maximo

Fig # 16. Angulo de palpador

5.3.3.- Calibraciones especiales. 5.3.3.a.- Calibración de Borde de Chapa (Salto y medio Salto.) Se fundamenta en la reflexión de esquina. a.- No es permitida por algunas normas (AWS) b.- Facilita la inspección en soldaduras.

Calibración de salto y medio salto

Inspección de cordones de soldadura

5.3.3.- Calibraciones especiales. c.- Da profundidad y distancia de una discontinuidad d.- Necesita un exacto conocimiento del punto de salida del haz, y del Angulo del palpador.

5.3.3.- Calibraciones especiales. e.- Tienen variantes: a.- Distancia Proyectada acortada

b.- Distancia Proyectada

5.3.3.- Calibraciones especiales. f.- Presenta el problema de la “profundidad aparente del defecto”

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) En que consiste ? En ajustar los niveles de Ganancia del equipo, para estar en capacidad de: 1.- Detectar la menor discontinuidad posible, a la máxima distancia de inspección. 2.- Diferenciar las señales de las discontinuidades, de otras que no son de interés (Ruido) 3.- Fijar un nivel de comparación con los patrones 4.- Permitir la aplicación de los niveles de Rechazo / Aceptación. 5.- Medir su tamaño aproximado

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 6.- Existen varios métodos: a.- Curva DAC (ASME y AWS) b.- Método del bloque de referencia. c.- Curvas DGS d.- Diagramas AVG (Normas ISO) e.- Otros. 7.- Son afectados por: Grano Atenuación Geometría Orientación Condición Superficial Otras

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 8.- En general se realizan dos barridos: .- Barrido Primario (Sens. De inspección) .- Localizar señales importantes. .- Fijar sensibilidad de barrido. .- Barrido de evaluación (Sens. De evaluación) .- Localización precisa del defecto .- Estimar su tamaño. .- Estimar su naturaleza.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.1.- Barrido Primario. a.- Es el primer barrido de la pieza. Con la menor ganancia posible, para eliminar indicaciones no significativas. b..- La sensibilidad se ajusta en base al defecto mas pequeño que se busca, a la máxima distancia de inspección. c.- Se conoce como Sensibilidad de Barrido

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.1.a- Ajuste de sensibilidad de barrido a.- Se logra con tres pasos fundamentales. 1.- Ajuste con curvas DAC, AVG u otras 2.- Ajuste perdidas por transferencia 3.- Añadir +6 dB b.- Emplea defectos patrón (Taladros) a la máxima profundidad de inspección. c.- Requerido por el código ASME

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.2.- Sensibilidad de evaluación a.- Nivel de sensibilidad (ganancia ) que se usa para evaluar el tamaño aproximado y tipo de los defectos. b.- Proporcionan un eco de referencia contra el cual comparar la señal. 5.4.2.a.- Ajuste sensibilidad de evaluación. a.- Solo usa un proceso 1.- Ajuste mediante curvas DAC u otras.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3.- Ajuste de sensibilidad mediante curvas DAC a.- Recomendado por el código ASME b.- La altura del eco de un defecto es comparada con la producida por taladros patrón (igual dimensión a diferentes distancias) c.- Se toma en cuenta la profundidad del defecto.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3.a- DAC para palpadores normales. a.- Se debe construir un bloque de referencia como el mostrado del mismo material a inspeccionar

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3.a- DAC para palpadores normales. a.- La curva DAC no se exige cuando el espesor a inspeccionar es menor a 50 mm Paso # 1.- Coloque el palpador a la distancia de T/4.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3.a- DAC para palpadores normales. Paso # 2.- Ajuste los controles de ganancia hasta que el eco llega al 50 % de altura de la pantalla. Es la Sensibilidad de Evaluacion. Paso # 3.- Sin cambiar la ganancia, se coloca el palpador sobre el otro lado (3T/4) y se repite el procedimiento. Paso # 4.- Se unen los puntos con una linea recta (es la curva DAC)

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3.a- DAC para palpadores normales.

La sensibilidad de barrido se puede colocar al doble de la sensibilidad de evaluación (si es posible) y se le suman 6 dB mas las perdidas por transferencia Con ella se localizan probables discontinuidades

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3. b- DAC para palpadores Angulares. a.- Se puede usar el mismo bloque ASME Paso # 1.- Se detecta el taladro en la posición # 1. Y se maximiza su altura en la pantalla

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3. b- DAC para palpadores Angulares. a.- Se puede usar el mismo bloque ASME Paso # 2.- Mediante los controles de ganancia, se lleva la altura del eco hasta el 80 % de la altura máxima de la pantalla (Sensibilidad de Evaluación) Paso # 3.- Sin variar la ganancia, se repiten los pasos anteriores. Paso # 4.- Se unen los puntos con una curva (Curva DAC)

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3. b- DAC para palpadores Angulares. La sensibilidad de evaluación se debe colocar al valor inicial, y se le quitan 6 dB y se dejan las perdidas por transferencia

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.3. b- DAC para palpadores Angulares. MUY IMPORTANTE !!!! La determinación de las curvas Dac necesita: 1.- Base de tiempo calibrada. 2.- Supresor de ruido (Reject) APAGADO !!!

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.4. - Determinación de las perdidas por transferencia Para palpadores normales. Para su medición se necesita: a.- Bloque patrón con un taladro. b.- Bloque de referencia del mismo materia a inspeccionar, y con el mismo taladro en la misma posición del patrón. c.- Existen varios métodos.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.4. - Determinación de las perdidas por transferencia. Palpadores Normales Método del bloque de referencia. a.- Se toma un bloque patrón y uno de referencia con sendos taladros de fondo plano b.- Se detecta el taladro en el bloque patrón, y se lleva su eco hasta el 80 % de altura de la pantalla. Se registra este valor ( A dB) c.- Se repite el paso anterior sobre el bloque de referencia, se registra el nuevo valor ( B dB)

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.4. - Determinación de las perdidas por transferencia. Palpadores normales d.- La diferencia entre las ganancias constituyen las perdidas por transferencia e.- Se puede realizar mediante palpadores normales. Patron

Referencia

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.4. - Determinación de las perdidas por transferencia. Palpadores normales Los niveles de rechazo o aceptación, suelen expresarse como porcentajes de altura sobre la curva DAC. Su especificación no es responsabilidad del inspector.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.5. - Determinación de las perdidas por transferencia. Palpadores angulares a.-Se usan bloques de referencia y patrón. b.- Seleccionar dos palpadores idénticos. c.- Calcular las distancias de un salto y medio salto. d.- Con el equipo en modo de transmisión, coloque los palpadores sobre el bloque patron, a una distancia de un salto como se muestra en la figura.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.5. - Determinación de las perdidas por transferencia. Palpadores angulares

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.5. - Determinación de las perdidas por transferencia. Palpadores angulares e.- Lleve la altura del eco al 50 % de la pantalla. Registre el valor de ganancia (A dB) f.- Repita lo anterior sobre el bloque de referencia. Registre la nueva ganancia como B dB. g.- La perdida por transferencia sera aproximadamente A – B h.- Si se divide lo anterior entre la distancia de un salto, se tendra la atenuacion en dB / mm

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.6. – Respuesta del grano. Consiste en ajustar la ganancia, para que la respuesta del grano (grama) aparezca sobre todo el rango de medida. a.- Debe seleccionarse una discontinuidad a buscar en el máximo rango de profundidades (puede ser el eco de fondo) b.- El procedimiento es el siguiente: Paso # 1.- Obtenga el eco de fondo y aumente la ganancia hasta que la grama aparezca en toda la pantalla. Registre ese valor (A dB)

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.6. – Respuesta del grano.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.6. – Respuesta del grano.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.6. – Respuesta del grano. Paso # 2.- Coloque el palpador sobre el bloque de referencia, detecte el defecto patrón y maximice su eco. Llévelo al 80 % de altura de la pantalla, y registre la ganancia (B dB)Y la diferencia con la ganancia anterior. Paso # 3.- El primer valor de ganancia (A dB) será la sensibilidad de barrido, el segundo (B dB) la de evaluación, ya que generalmente es menor que el primer valor.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.7. – Curvas DGS. Se fundamenta en el tamaño de la discontinuidad en relación al ensanchamiento del Haz. a.- Un defecto con diámetro menor que el del haz, es un Defecto Pequeño Consecuencia. La altura del eco que produce, se incrementa con su área.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.7. – Curvas DGS.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.7. – Curvas DGS.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad) 5.4.7. – Curvas DGS. Además La altura de sus ecos, en el campo lejano es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia a la superficie de la pieza.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad

5.4.7. – Curvas DGS (Distance, Gain, Size) a.- Experimentalmente se puede generar un conjunto de curvas con taladros de fondo plano para diferentes diámetros, e imprimir sobre una escala transparente (Curvas DGS) c.- Lo que se puede determinar es una equivalencia en tamaño desde el punto de vista acústico.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad 5.4.7. – Curvas DGS.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad 5.4.7. – Metodo del bloque de referencia. Compara el eco de la discontinuidad con el producido por un bloque de referencia con taladros patrón a.- Toma en cuenta la atenuación del material. b.- Se busca inspeccionar con la máxima ganancia posible, para detectar la menor discontinuidad.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad 5.4.7. – Metodo del bloque de referencia. c.- La ganancia se ajusta en algún nivel predeterminado (80 % )

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad 5.4.7. – Metodo del bloque de referencia. c.- La ganancia se ajusta en algún nivel predeterminado (80 % ) d.- Se determina la posicion del defecto. c.- Se busca el taladro que se encuentra a esa profundidad d.- Desde aquí se puede generar una curva DAC.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad 5.4.7. – Curvas AVG Sistema de ajuste de sensibilidad, exigido por normas europeas (DIN, AFNOR, BS y otras) a.- Se comparan los ecos producidos por taladros patrón a diferentes profundidades con el eco de fondo b.- Toma en cuenta el efecto del grano del material. c.- Típica para cada palpador.

5.4.- Calibración en amplitud Sensibilidad 5.4.7. – Curvas AVG d.- Toma en cuenta: .- Campo cercano. .- Taladro de fondo plano y eco de fondo .- Tamaño del taladro. e.- Permite determinar gráficamente: .- Atenuacion. .- Perdidas por transferencia

5.5.- Registro y evaluación de resultados. Es el proceso a realizar luego de la inspección preliminar de la pieza a.- Esto implica: .- Localizar la discontinuidad. .- Estimar su tamaño. .- Identificarlo. b.- Lo anterior implica su evaluación en base a una norma (Criterios de rechazo / aceptación)

5.5.- Registro y evaluación de resultados. c.- La localización puede hacerse: 1.- Palpadores normales. .- Lectura directa. 2.- Palpadores angulares .- Lectura de camino sonico. .- Calculo de distancias proyectadas. 3.- Palpadores E – R .- Lectura directa

5.5.- Registro y evaluación de resultados. d.- El tamaño puede estimarse por los siguientes métodos: .- Caída de 6 dB. .- Caída de 20 dB. .- Bloques de referencia (comparación) e.- Su naturaleza solo puede estimarse por: .- Conocimiento de la pieza y el proceso .- Condiciones de operación .- Dinámica del eco.

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.1.- Caída de 6 dB Supone que el eco de la discontinuidad, disminuye su altura en 50 % en relación a su centro, cuando el haz sonico incide sobre sus bordes. a.- Asume que el tamaño de la discontinuidad es mayor que el del haz sonico. b.- Se asume buena orientación. c.- No es exacto

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.1.- Caída de 6 dB

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.1.- Caída de 6 dB

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.1.- Caída de 6 dB Paso # 1.- Maximice el eco producido por la discontinuidad.

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.1.- Caída de 6 dB Paso # 2.- Ajuste la altura del eco al 80 % de la altura de la pantalla. Paso # 3.- Mueva el palpador hacia un lado hasta que la altura del eco disminuya en 50 % . Y marque esa posición sobre la pieza Paso # 4.- Repita lo anterior en diferentes posiciones. La distancia entre las marcas da una indicación aproximada del tamaño

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.1.- Caída de 20 dB a.- Similar al anterior. b.- Se estima la caída del eco Hasta un 10 % ( 20 dB) c.- Debe estimarse previamente el ancho del haz a la profundidad del defecto mediante la siguiente ec.

φ = D + 2(d − x0 )

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.1.- Caída de 20 dB Donde:

Φ = Divergencia del haz D = Diametro del palpador d=

Profundidad de la discontinuidad

X0 = Long. Campo cercano

d.- A la distancia entre marcas, se le debe restar la magnitud anterior e.- Es necesario tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.1.- Caída de 20 dB 1.- Al variar en exceso la altura del eco principal, la medición deberá ser hecha con el eco menos significativo 2.- Al haber reducción en el área efectiva, esto reducirá la altura del eco. Se toma como valida el area determinada. 3.- Es mejor que el método de 6 dB

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad Es identificar la discontinuidad detectada a.- Se fundamenta en una serie de movimientos del palpador: .- Rotacional

.- Orbital .- Lateral

.- Transversal b.- Pueden aplicarse en principio a cualquier situación. c.- Conocer el proceso o condiciones de servicio es importante

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad 1.- Defectos volumétricos. Aquellos cuyo grosor es igual o menor a su longitud (Ver código ASME) a.- Los mas comunes son a.- Poros aislados. b.- Poros agrupados. c.- Escoria

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad Poros aislados .- Son malos reflectores (redondeados) .- Se detectan solo al incidir perpendicularmente .- Dan ecos de poca amplitud. Su altura no cambia ante movimientos orbitales

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad Poros agrupados .- producen un conjunto de ecos pequeños agrupados .- Son de poca amplitud, varían al moverse el palpador

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad Escoria .- Producen ecos con forma de “pinos” debido a su irregularidad .- Su altura no cambia ante movimientos orbitales

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad 2.- Defectos planares. Aquellos cuyo grosor es mucho menor que su longitud a.- Reflejan la energía en una dirección particular. b.- La altura del eco producido, cae bruscamente ante. .- Movimientos orbitales. .- Movimientos rotacionales

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad c.- Típicos son : .- Grietas.

.- Falta de penetración.

.- Falta de fusión en los biseles. .- Falta de fusión entre cordones

5.5.- Registro y evaluación de resultados. 5.5.2.- Naturaleza de la discontinuidad

6.- Selección de las variables de inspección. Las mas importantes variables con condicionan la inspección ultrasónica son: 1.- Atenuación del material. 2.- Acoplante 3.- Condición superficial. 4.- Conversión de modos. 5.- Características de las discontinuidades buscadas. 6.- Tipo del palpador (frecuencia y tamaño)

6.- Selección de las variables de inspección. 7.- Camino sonico adecuado Su adecuada selección permitirá una inspección eficaz. 1.- Atenuación del material a.- Gobierna la cantidad de energía a recibir. b.- En metales es proporcional al cuadrado de la frecuencia c.- Muy alta en materiales de grano grueso (forjas) o porosos (concreto)

6.- Selección de las variables de inspección. d.- Debe determinarse experimentalmente para: .- Palpadores normales. .- Palpadores angulares e.- En general se recomienda usar la menor frecuencia posible.

6.- Selección de las variables de inspección. 2.- Selección del acoplante a.- Debe ser lo suficientemente viscoso para no escurrir con gran facilidad. b.- No debe atacar químicamente a la pieza. c.- debe ser de facil aplicación y remoción. d.- Recomendados: Agua Aceites Grasas Silicón Plastilina con aceite Pasta para empapelar

6.- Selección de las variables de inspección. 3.- Condicion superficial a.- Se deben tomar en cuenta: .- Rugosidad superficial. 1.- Aumenta la longitud del campo cercano 2.- Produce dispersión y refracción en la superficie y pared de fondo. 3.- Intenso cuando Rugos. Prom >= λ 4.- Puede minimizarse:

6.- Selección de las variables de inspección. ....-

Suavizando la superficie. Aumentando la ganancia del equipo Usando palpadores de baja frecuencia Colocando zapatas protectoras a los palpadores

6.- Selección de las variables de inspección. .- Curvatura 1.- Reduce la intensidad del ultrasonido por dos procesos. .- Divergencia del haz. .- Disminución del área de contacto

6.- Selección de las variables de inspección. .- Curvatura 2.- Puede reducirse su efecto: .- Aumentando el área de contacto mediante almohadillas .- Usando zapatas adaptadas a la curvatura

6.- Selección de las variables de inspección. .- Recubrimientos. 1.- Disminuye la intensidad sonica debido al aire que atrapan 2.- Su efecto puede reducirse: .- Eliminándolos.

6.- Selección de las variables de inspección. 4.- Conversión de modos. a.- Produce falsas indicaciones. b.- Generalmente aparecen después del eco de fondo c.- Su efecto se elimina mediante : .- un cuidadoso estudio de la pieza.

6.- Selección de las variables de inspección. 5.- Características de las discontinuidades. Su orientación y posición condicionan los resultados de la inspección a.- Lo ideal es que la discontinuidad sea perpendicular a la dirección del haz. b.- Una discontinuidad mal orientada puede producir una perdida del eco de fondo c.- A mayor profundidad , mayor ensanchamiento del haz.

6.- Selección de las variables de inspección. 6.- Selección del palpador. Se hace en base a tres factores: .- Dirección del haz sonico. .- Frecuencia .- Tamaño del palpador .- Dirección del haz, 1.- El haz debe ser perpendicular a las discontinuidades ( de ser posible)

6.- Selección de las variables de inspección. 2.- En lo posible el Angulo debe seleccionarse para minimizar la conversión de modos 3.- Un palpador normal se usa cuando: .- Hay posibilidad de producir un eco de fondo .- Las discontinuidades están bien orientadas

6.- Selección de las variables de inspección. .- Frecuencia 1.- Depende de : .- Discontinuidad mas pequeña y su posición .- Tamaño del grano .- Atenuación del material 2.- Alta frecuencia permite .- Detectar discontinuidades pequeñas .- Da mejor resolución (pulsos mas cortos)

6.- Selección de las variables de inspección. 3.- Baja frecuencia permite .- Inspección en materiales de grano grueso y alta atenuación. .- Da menor resolución 4.- Se recomienda .- Usar la mayor frecuencia que el grano permita .- Forjas se recomiendan frecuencias de 2 a 6 Mhz .- Fundición de grano grueso 0,5 a 2 Mhz. .- Cerámicas de 2 a 4 Mhz

6.- Selección de las variables de inspección. .- Materiales sintéticos de 1 a 4 Mhz .- Concreto entre 50 a 500 Khz. Equipo especial

7.- Métodos ultrasónicos avanzados para medición de discontinuidades Principales características. 1. Métodos de medición de discontinuidades, basados en Conversiones de modo 2. Se aplican a discontinuidades planares (Grietas) que se originan en: a.- Cara interna (ID) b.- Cara externa (OD) c.- Parte media 3.- Condicionadas por los valores de la Relación Señal – Ruido (S/N)

7.- Métodos ultrasónicos avanzados para medición de discontinuidades 4.- Pueden evaluar grietas producidas por: a.- Fatiga Mecánica b.- Fatiga Térmica c.- Esfuerzos por Corrosión. d,.- Otros 5.- Usan ondas tanto longitudinales como transversales. 6.- Aplicables básicamente en materiales tanto ferriticos como austenisticos 7.- Usan palpadores y bloques de calibración de diseño especial

7.- Métodos ultrasónicos avanzados para medición de discontinuidades 8.- Vence los problemas de los métodos clásicos de medición a.- Caída de 6 dB b.- Caída de 20 dB 9.- Usan para la medición: a.- Tiempo de Vuelo (TOF) b.- Camino Sonico (SP) 10.- Se aplican de forma manual o automática

7.- Métodos ultrasónicos avanzados para medición de discontinuidades 11.- Las mas importantes son: a.- Ondas Creep (CW) b.- Difracción por punta de grieta (TIP) c.- Bi – Modal d.- Ondas Longitudinales Refractadas 12.- Se recomienda probarlas previamente sobre piezas patrón.

7.- Métodos ultrasónicos avanzados para medición de discontinuidades 13.- Un criterio para evaluar su efectividad es el siguiente:

(T − U ) 2 RMS = N

Donde: T = Prof. Real de la discontinuidad. U = Estimado ultrasónico de la discont. N = N0 de piezas o discont. evaluados

7.- Métodos ultrasónicos avanzados para medición de discontinuidades 14.- Según ASME, Sección XI Apéndice VIII si: RMS < 15 % el método es aceptable 15.- Se recomienda su empleo en conjunto con las técnicas ultrasónicas clásicas 16.- Se conocen también como “Tecnicas de Modo Convertido”

7.1- Principios Físicos 7.1.1.- Ondas Creep (Inside diameter creeping waves “IDCW) a.- Son ondas longitudinales que viajan muy cerca de la superficie de las piezas. b.- Se producen de la siguiente manera: .- Se produce por refracción una onda longitudinal con un ángulo refractado de unos 700 .- Esta tiene asociada una onda transversal con un ángulo de 300 (Eco colateral I, CE-1)

7.1- Principios Físicos 7.1.1.- Ondas Creep (Inside diameter creeping waves “IDCW) .- Se produce “otra” onda transversal con un angulo de unos 31,5 0 .- Esta onda choca con la superficie interna y se convierte en una onda longitudinal serpenteante (Creeping) Eco colateral – 2 (CE -2)

7.1- Principios Físicos 7.1.1.- Ondas Creep (Inside diameter creeping waves “IDCW)

Fig. 7.1.- Producción de Ondas Creep

7.1- Principios Físicos 7.1.1.- Ondas Creep (Inside diameter creeping waves “IDCW) c.- Las características mas importantes de CE – 2 son: 1.- Se atenúa rápidamente 2.- Viaja muy cerca de la superficie interna 3.- Muy rápida dinámica de eco 4.- Detecta grietas conectadas a la cara interna (ID) de la pieza 5.- Sensible a grietas superficiales abiertas a la superficie

7.1- Principios Físicos 7.1.1.- Ondas Creep (Inside diameter creeping waves “IDCW) d.- Las características mas importantes de CE – 1 son: 1.- Conocida como señal 30-70-70 2.- Producida al incidir la onda transversal directa, sobre la ID con un ángulo critico. 3.- Es longitudinal, se refleja a 700 4.- Dinámica de eco algo lenta al aumentar la profundidad de la grieta. 5.- Detecta grietas superficiales y de profundidad media

7.1- Principios Físicos 7.1.1.- Ondas Creep (Inside diameter creeping waves “IDCW) 6.- Se aprecia mejor cuando la griete esta entre 40 a 50 % del espesor de la pieza 7.- La presencia o ausencia de estas señales puede evaluar el tamaño de las grietas. 8.- La dinámica del eco, amplitud de CE – 1 y la de 700 da informacion de la profundidad de las grietas ID

7.1- Principios Físicos 7.1.2.- Generación de ondas Creep 1.-Se usan transductores que producen ondas longitudinales refractadas a 700 2.- Se usan frecuencias entre 2 y 4 Mhz. 3.- Se usan con zapatas especiales. 4.- Cualquier onda longitudinal que incida con ángulos mayores a 600 produce resultados similares

7.2.- Difracción por punta de grietas 7.2.1.- Principios físicos 1.- Al incidir energía sonica en la base de una grieta, sucede: a.- Esta viaja a lo largo de la grieta b.- Es emitida en la punta de la grieta como ondas en todas direcciones (Onda esférica)

7.2.- Difracción por punta de grietas 7.2.1.- Principios físicos 2.- Se usa la energía irradiada desde la punta de la grieta y la reflejada desde la base. 3.- Dimensiona grietas ( ID y OD) 4.- Se usan dos técnicas básicas. a.- Medición del TOF de la energia difractada por la grieta, que llega al transductor b.- Medición de la diferencia del tiempo de vuelo (Técnica Delta) entre: .- Eco emitido por la punta de la grieta .- Eco emitido por la base de la grieta.

7.2.- Difracción por punta de grietas 7.2.1.- Principios físicos TOF

Delta (Δ)

7.2.- Difracción por punta de grietas 7.2.1.- Principios físicos 5.- La señal difractada es de muy baja amplitud 6.- La relación S/N es baja (2 a 1) 7.- Generalmente la señal difractada esta antes de la señal que rebota en la esquina inferior de la grieta. 8.- La señal RF puede ser mas útil en la diferenciación

7.2.- Difracción por punta de grietas 7.2.1.- Principios físicos Señales de RF

7.2.- Difracción por punta de grietas 7.2.1.- Principios físicos

Grietas múltiples

Grietas Centradas

7.2.- Difracción por punta de grietas 7.2.2.- Equipos utilizados. a.- Puede usarse equipo modo A convencional o de diseño especial b.- Transductores se emplean: 1.- Ángulos de 450 2.- Frecuencias de 5 Mhz. c,.- La selección de a frecuencia viene dictada por: Tipo del material Espesor Grano

7.2.- Difracción por punta de grietas 7.2.2.- Equipos utilizados. d.- También debe tomarse en cuenta Angulo de refracción Divergencia del haz Longitud de onda Sensibilidad Resolución Modo de propagación Son controlados por: Angulo de incidencia Angulo refractado Diámetro Frecuencia Amortiguamiento

7.3.- Metodo Bi Modal. 7.3.1.- Principios Físicos. a.- Consiste en detectar un “tren” de ecos reflejados por 1.- Punta de la grieta (Longitudinal) 2.- Cara de la grieta (Transversal a Longitudinal a Longitudinal) 3.- Cara ID de la grieta (Transversal a Creep a Longitudinal) b.- Algunas veces puede observarse un “eco extra” en la calibracion con entallas (Eco 1*)

7.3.- Metodo Bi Modal. 7.3.1.- Principios Físicos. Ecos producidos

7.3.- Metodo Bi Modal. 7.3.1.- Principios Físicos. c.- Se usan dos técnicas básicas para evaluación: 1.- TOF desde el 10 eco (Punta de grieta)

7.3.- Metodo Bi Modal. 7.3.1.- Principios Físicos. c.- Se usan dos técnicas básicas para evaluación: 2.- Técnica Δ Para TOF Con 10 y 20 eco

7.3.- Método Bi Modal. 7.3.2.- Equipo Básico. a.- Equipo de UT modo A b.- Para transductores se tiene: 1.- Palpador dual con cristales en Tandem o lado a lado. 2.- Produce ondas longitudinales y transversales 3.- Tandem es menos afectado por la curvatura de la pieza c.- Medición es afectada por: Prof. Grieta Tipo material Espesor Angulo de refraccion.

7.3.- Método Bi Modal. 7.3.2.- Equipo Básico. d.- Se usan frecuencias de 3 Mhz aproximadamente. e.- La alineación de los cristales depende del fabricante, esto varia la profundidad del enfoque. f.- Los ángulos refractados van desde 50 a 70 grados.

7.4.- Método de Onda Longitudinal Refractada. 7.4.1.- Principio Físico. a.- Se basa en la reflexión de una onda longitudinal, por la punta de una grieta. b.- Se mide: .- El camino sonico .- El TOF c.- Se pueden usar ondas transversales si el grano lo permite. d.- Se puede usar calibración en camino sonico.

7.4.- Método de Onda Longitudinal Refractada. 7.4.1.- Principio Físico. Principio del método

7.4.- Método de Onda Longitudinal Refractada. 7.4.1.- Principio Físico. e.- Mide el espesor restante del material por cálculos trigonométricos. h cos(θ ) = ⇒ h = S cos(θ ) S p = t − h = t − s cos(θ ) h θ

t

S p

S = Camino sonico P = Prof. Grieta h = Espesor material sano


NUEVAS TECNOLOGIAS EN ULTRASONIDO

Nuevas tecnologías Ultrasónicas Surgen como consecuencia de: a.- Nuevos problemas de inspección b.- Nuevos equipos c.- Nuevas formas de hacer las cosas d.- Nuevos modelaje físico e.- Otras causas.

Nuevas tecnologías Ultrasónicas En ultrasonido hay varias direcciones a seguir: 1.- Generación eficiente de ultrasonido a.- Piezocompuestos b.- Acoplamiento por aire y laser 2.-

Mejoras en campo sónico velocidad de inspección a.- Phased Array

y

Nuevas tecnologías Ultrasónicas 3.- Mayor profundidad de inspección a.- Ondas Guiadas. 4.- Radar ultrasónico estructural Aspectos comunes. a.- Usan diversos modos de ondas b.- Usan palpadores de diseño especial (Mosaicos) c.- Usan soporte computacional

Nuevas tecnologías Ultrasónicas d.- Usan instrumentación mejorada, compacta y portátil e.-Necesitan conocimiento especializado en sus aplicaciones. f.- Proporcionan economía en tiempo y dinero.

1.- Generación de ultrasonido 1.1.- Piezocompuestos a.- Materiales piezoeléctricos sobre una base cerámica b.- Dan pulsos mas cortos con mayor ancho de banda. c.- Minimizan el ruido y el efecto de los lóbulos laterales. d.- mayor eficiencia en la conversión de energía eléctrica en ultrasonido.

1.- Generación de ultrasonido 1.1.- Piezocompuestos Fabricación

1.- Generación de ultrasonido 1.1.- Piezocompuestos

1.- Generación de ultrasonido 1.1.- Acoplamiento por aire a.- tecnología que busca eliminar la necesidad de acoplantes b.- La distancia de acoplamiento es del orden de cm. c.- Usados en ondas guiadas. d.Se usan generalmente configuración de transmisión

en

1.- Generación de ultrasonido 1.1.- Acoplamiento por aire

Estructura básica

1.- Generación de ultrasonido 1.1.- Acoplamiento por aire e.- Impulsados por “trenes de pulsos” (15 ciclos) De 400 Khz. y ratas de repetición de 300 Khz.


Configuraciones empleadas


Configuraciones empleadas

1.- Generación de ultrasonido 1.2.- Phased Array a.- Se fundamenta en palpadores de “mosaico” Pueden ser piezocompuestos b.- Los cristales se disparan en diversas secuencias c.- Se logra: .- Minimizar el campo cercano .- Enfoques

1.- Generación de ultrasonido 1.2.- Phased Array .- Mejor resolución axial y lateral

1.- Generación de ultrasonido 1.2.- Phased Array


Leyes de enfoque


Construcción de palpadores


Convencional y Phased Array


Aplicaciones medicas



Inspección de Spotweld


Inspección de Rieles


Inspección de Tren de DC9

1.- Generación de ultrasonido 1.3.- Ondas Guiadas a.- Se usan ondas de Lamb y Rayleigh (Ondas de placa) b.- Su velocidad depende del material

V

=

fλ

λ = espesor f = frecuencia

c.- Origina las relaciones de dispersión

1.- Generación de ultrasonido 1.3.- Ondas Guiadas d.- Pueden seguir diversas geometrías e.- Son de largo alcance

1.- Generación de ultrasonido 1.3.- Ondas Guiadas f.- Se pueden producir: .- Palpadores acoplados por aire .- EMATS .- Palpadores angulares con acoplantes especiales g.- Algunos modos sirven solo para detección, otros para evaluación

1.- Generación de ultrasonido 1.3.- Ondas Guiadas

Tecnología EMATS

1.- Generación de ultrasonido 1.3.- Ondas Guiadas h.- Pueden ser: .- Torsionales .- Circumferenciales .- Placas .- Otras


Curvas de dispersión


Curvas de dispersión


Modos torsionales y longitudinales


Aplicación de la técnica


Detalles de la aplicación de la técnica


Información en la tubería

1.- Generación de ultrasonido 1.3.- Ondas Guiadas Soldadura

Corrosión


GRACIAS !!!!!

Curso Ultrasonido II

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