labo-1 ensayos

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA, METALÚRGICA, GEOGRÁFICA Y CIVIL ““Año del Buen Servicio al Ciudadano””

E.A.P Ingeniería Metalúrgica

CALIBRACIÓN DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO CON HAZ NORMAL CURSO: ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS PROFESOR: Ing. HÉCTOR VILLACORTA ARÉVALO ALUMNOS: Damian Flores Jhennyfer Marcela Malca Guerrero Diana María Carolina Moran Campos Rebeca Pérez Peralta Sandra Ximena Puente Pérez Jesús Alonzo

UNMSM

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

FIGMMG

RESUMEN El presente informe trata sobre lo desarrollado de la primera práctica de laboratorio del curso de Ensayos No Destructivos: “ CALIBRACIÓN DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO CON HAZ NORMAL”. El informe abarca diversos aspectos como: principios teóricos, descripción del funcionamiento de los equipos de ultrasonido y sus componentes, posteriormente se mostraran los datos obtenidos en la práctica y discutiremos los resultados obtenidos de la calibración del equipo con sus respectivos registros graficados en los diagramas DTR.

OBJETIVOS - Conocer el uso y calibración del equipo de ultrasonido con transductores de haz normal. - Aprender a interpretar los gráficos observados durante la calibración del equipo. - Determinar las limitaciones de la técnica de ensayo no destructivo. - Reconocer las características principales del material a medir.

CALIBRACIÓN DE EQUIPOS DE ULTRASONIDO CON HAZ NORMAL

2

UNMSM


FIGMMG

INTRODUCCIÓN El ensayo no destructivo por el método de ultrasonido se basa en la medición de la propagación del sonido en el medio que constituye la pieza a analizar y posee aplicación en una gran diversidad de materiales. Sus diversas técnicas permiten su aplicación en dos campos de ensayos no destructivos: Control de calidad y Mantenimiento preventivo, siendo en esta última especialidad muy utilizados en la industria metalúrgica por su precisión para determinar pequeñas fisuras de fatiga en, por ejemplo, fabricación de barcos, trenes de aterrizaje, largueros principales, bloques de motores, hornos industriales, minero ductos de transporte de concentrado de mineral, oleoductos, etc. Se puede utilizar para la medición de espesores de distintos materiales que puedan transmitir ondas ultrasónicas. Existen diferentes modelos de transductores para diferentes aplicaciones, incluyendo materiales de grano grueso y aplicaciones para alta temperatura. La manifestación de estas y otro tipo de fallas es la interpretación, generalmente en un osciloscopio, lo cual lo distingue de otros métodos, ya que no nos presenta un cuadro directo de las fallas, como en el caso de las películas radiográficas. Esto trae aparejado que los resultados de este ensayo no constituyan de por si un documento objetivo sino una información subjetiva, cuya fidelidad no puede comprobarse sin recurrir, a menudo, a otros medios. Por lo tanto requiere un conocimiento profundo, tanto de las bases del método como del dominio de la técnica, por parte del operador.


3

UNMSM


FIGMMG

FUNDAMENTOS TEÓRICOS El sonido se produce por la vibración mecánica de las partículas que componen un medio. Esta vibración provoca que la energía de la onda se transmita por el medio. El término ultrasonidos se refiere a la propagación de esas ondas sonoras pero a unas frecuencias altas que el oído humano no puede percibir. Para comprender mejor el fenómeno de la técnica de ultrasonidos se va a definir una serie de términos básicos relacionados, como son: Onda: Es la propagación de una oscilación provocada por la vibración de las moléculas que

constituyen un material. Velocidad de propagación: Es la velocidad a la que se propaga la onda, es decir, la velocidad del

sonido; ésta depende de una serie de características y propiedades del material. Amortiguación: es la disminución de la amplitud de una onda con el tiempo. Frente de onda: Es el lugar geométrico en que los puntos del medio son alcanzados en un mismo

instante por una determinada onda. Pueden visualizarse como superficies o líneas que se desplazan a lo largo del tiempo alejándose de la fuente sin tocarse. Frecuencia: Es el número de oscilaciones por segundo. La frecuencia será la misma para todas las

partículas e igual a la del generador, dentro de una misma onda. 1

La ecuación que define la frecuencia de una onda es:  =  Siendo: f=frecuencia T= periodo Periodo: Es el tiempo que tarda una partícula en realizar un ciclo completo. Longitud de onda: Es la distancia entre dos puntos donde las partículas se encuentran en el mismo

estado de movimiento. Siendo: λ =

v f

λ: longitud de onda  : Velocidad de propagación de onda : Frecuencia

Amplitud: Es la máxima desviación de oscilación, si esta es constante en el tiempo la oscilación se

considera como des amortiguada (para materiales perfectamente elásticos), en cambio s i esta decrece CALIBRACIÓN DE EQUIPOS DE ULTRASONIDO CON HAZ NORMAL

4

UNMSM


FIGMMG

con el tiempo, la oscilación se considera como amortiguada, en este caso la disminución de dicha amplitud se debe a la disipación de energía (cuando los materiales no son perfectamente elásticos).

Tipos de propagación de ondas: La propagación del sonido se da en forma de ondas, transportan energía de un punto a otro del espacio pero requieren de un medio para dicha propagación. Existen diferentes tipos de ondas según el movimiento de las partículas del medio Ondas longitudinales:

Las partículas vibran en la misma dirección paralela al de propagación. Este tipo de ondas son las más fáciles de propagar y detectar, es por ello que en la técnica de ultrasonidos son las más aplicadas. Pueden ser orientadas y localizadas en un haz concentrado y poseen alta velocidad. Estas son las únicas ondas que pueden ser propagadas en medios sólidos, líquidos y gaseosos. Ondas trasversales:

En este tipo de ondas, el sentido de oscilación de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación. Ya que los líquidos y gases no ofrecen ninguna resistencia a los esfuerzos de corte, las ondas transversales no pueden ser propagadas en estos medios. Reflexión:

Al incidir la onda sobre una superficie de propiedades elásticas distintas al medio en que se propagan, parte de su energía es reflejada por esa superficie en dirección que forma, con la normal a la superficie, el mismo ángulo que formaba la onda incidente. Es el causante del eco en el instrumento de ensayo. Refracción:

La parte restante de la onda que no se ha reflejado penetra en el segundo medio (que comienza a vibrar a la misma frecuencia) con dirección distinta a la de la onda incidente, pero tal que la relación entre los senos de los ángulos, respecto a la normal, que forma el rayo incidente y el que penetra sea constante Difracción:

Este fenómeno ocurre cuando una onda sonora incide en un cuerpo pequeño o una abertura que posea dimensiones del orden de la longitud de onda, ciertos puntos del frente de onda pueden convertirse en fuentes secundaras de onda.


5

UNMSM


FIGMMG

Equipo: Los equipos de ultrasonidos se constituyen principalmente de un sistema de generación, un amplificador de señal, un generador barrido y un sincronizador, todo ello hace posible la detección de discontinuidades por emisión y recepción de pulsos o señales ultrasónicas.

El generador de pulsos induce un pulso eléctrico al transmisor de pulsos el cual excita al cristal del cabezal, éste oscila, emitiendo un impulso acústico. Simultáneamente, se inicia el barrido de la pantalla. La primera indicación es la denominada señal inicial o señal de emisión y se forma a la vez que el impulso eléctrico de alta frecuencia llega al cristal, es el origen de la base de tiempo de la escala. Así el generador de control de tiempo de barrido, controla la generación de tiempo de voltaje de deflexión horizontal en la pantalla del TRC y simultáneamente genera la señal de sincronización que induce el impulso eléctrico de alta frecuencia. Para la generación de ultrasonidos se requiere de unos elementos básicos que hagan posible los procesos mecánicos, así el equipo completo se compone de: Un generador electrónico de señales que produce pulsos eléctricos de corta duración. Un palpador (transductor) que emite el haz de ondas ultrasónicas cuando recibe los pulsos eléctricos. Un acoplante que transfiere las ondas del haz ultrasónico a la pieza de prueba. Un palpador (que puede ser el mismo que se utilizó para emitir las ondas de ultrasonido) para aceptar y convertir las ondas de ultrasonido de la pieza de prueba a pulsos eléctricos. CALIBRACIÓN DE EQUIPOS DE ULTRASONIDO CON HAZ NORMAL

6

UNMSM


FIGMMG

Un dispositivo electrónico para amplificar y si es necesario, desmodular o de otra manera modificar las señales del transductor. Un dispositivo de despliegue para indicar las características o marcas de salida de la pieza de prueba, el dispositivo puede ser un tubo de rayos catódicos (TRC), pantalla electroluminiscente o de cuarzo líquido. Un reloj electrónico o contador para controlar la operación de los componentes del sistema, para servir como punto de referencia primario, y para proporcionar coordinación del sistema completo.


7

UNMSM


FIGMMG

Calibración de los sistemas ultrasónicos: La calibración de los equipos ultrasónicos es necesaria para la determinación de las características de operación del equipo ultrasónico o para establecer una reproducción de los ecos de indicación de respuesta del instrumento durante los ensayos en piezas o muestras. Se denominan “bloques de calibración” a los

bloques utilizados para determinar las características de operación de un equipo ultrasónico o para establecer una reproducción de las condiciones de ensayo, y “bloques de referencia” a los bloqu es empleados para comparar la altura de un eco de discontinuidad artificial creada en el bloque patrón. En lo que respecta la calibración del equipo hay que diferenciar, primeramente la electrónica del equipo que se debe calibrar para asegurar su funcionamiento y diseño. Esta operación generalmente es realizada por el fabricante y luego hay una calibración que se debe realizar por el usuario previo al ensayo. Esta última calibración incluye el setup del equipo, del cabezal, y el testeo del setup para validar los niveles deseados de precisión.


8

UNMSM


FIGMMG

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

a) Fijamos el rango de escala horizontal en 200mm y apoyamos el palpador sobre el bloque patron VI (Fig 1)con un medio acoplante en la posicion de 100mm.

A continuación lo registramos en el siguiente esquema.


9

UNMSM


FIGMMG

b) Modificamos el rango de escala horizontal en 100mm, y colocamos el palpador en la posición de 25mm de espesor del patron. Pudimos visualizar 4 picos y logramos obtener la posicion correcta usando el dial de posición que muestra el círculo en la Fig. 2. La posición también es determinado por la posición permanente del eco. Lo observado lo registramos en el siguiente esquema.

altura del pico Nº Eco (B1) Nº Eco (B2) Nº Eco (B3) Nº Eco (B4) dB Valor: velocidad:

distancia +100 % 110 % 80 % 55 %

56.8 5920

25 mm 50 mm 75 mm 100 mm

dB m/s


10

UNMSM


FIGMMG

c) Inspeccionamos el espécimen VI desde sus posiciones que se muestran en la fig 3 y registramos los resultados usando la siguiente tabla:

Tabla : resultado de la medicion del especimen V1

posición 1 2 3 4 5 6

distancia 100mm 5mm 10mm 85mm 14.5mm 34mm

altura del pico +100% 40% 40% 85% 50% 50%

dB

rango de ensayo


11

UNMSM


FIGMMG

c) Dibujamos los esquemas en todas las posiciones usando los Diagramas VTR Posición 1

Posición 2

5


12

UNMSM


FIGMMG

Posición 3

Posición 4

10


13

UNMSM


FIGMMG

Posición 5

14.5 Posición 6

34 CALIBRACIÓN DE EQUIPOS DE ULTRASONIDO CON HAZ NORMAL

14

UNMSM


FIGMMG

Conclusiones y recomendaciones -

-

-

-

El ultrasonido es una técnica no destructiva que se basa en la generación de ondas acústicas con campo de frecuencias superior a las ondas sonoras, pero de idéntica naturaleza. Por los fenómenos que provocan su propagación en los sólidos, líquidos y gases y debido al desarrollo de los sistemas de generación de vibraciones ultrasónicas, han dado lugar a numerosas aplicaciones técnicas y científicas, usados en la medicina, biología, tratamiento de productos alimenticios, en la química…etc En las aplicaciones que nos interesa, por nuestra carrera, lo usamos en las aplicaciones técnicas para detectar defectos en las piezas metálicas, medición de las piezas en las mismas, en la soldadura, etc. La técnica de ultrasonidos es de gran utilidad en la determinación de propiedades metalúrgicas y mecánicas de los materiales, como puede ser la determinación del tamaño de grano o de propiedades elásticas. Se recomienda hacer la calibración del equipo ultrasonido cada vez que se requiere estudiar las discontinuidades de un material, haciendo uso del medio acoplante. El ensayo de ultrasonidos posee características que lo hacen versátil, y sumamente útil, en la determinación de la integridad estructural de los materiales; sin embargo, presenta ciertas ventajas y limitaciones, en cuanto a la técnica en sí y a los métodos utilizados. Podemos concluir que el Ultrasonido Industrial es uno de los métodos más rápidos, fáciles y seguros de aplicar ya que posee una gran exactitud en el proceso sin embargo no debemos omitir los demás métodos ya que, los ensayos no destructivos se complementan entre sí para poder obtener una información más exacta del objeto a inspección y determinar qué tipo de anomalía o defecto existe en el material y qué tipo de mantenimiento o reparación requiere el objeto de inspección.


15

UNMSM


FIGMMG

Bibliografía -

http://www.aero.ing.unlp.edu.ar/catedras/archivos/Apunte%20Ultrasonido%202012.pdf https://cienciamateriales.files.wordpress.com/2012/08/tp-us.pdf http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m6/PRUEBA%20 DE%20ULTRASONIDO.pdf https://es.scribd.com/doc/195250581/GUIA-ULTRASONIDO-HAZ-ANGULAR-pps http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/20370/fichero/Proyecto+Final+cd.pdf Ultrasonidos técnica no destructiva para el estudio de monumentos. Verónica García Medina Guía para la inspección por medio del ultrasonido. Gas y petroquímica PEMEX Guía de practica LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.


16

UNMSM


FIGMMG

Anexos


17

UNMSM


FIGMMG

CONTENIDO RESUMEN..................................................... ...................................................... ............................... 2 OBJETIVOS ........................................................................................................................................ 2 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS ....................................................... .................................................... ..... 4 TIPOS DE PROPAGACIÓN DE ONDAS: .......................................................................................................... 5

EQUIPO: ............................................................................................................................................. 6 CALIBRACIÓN DE LOS SISTEMAS ULTRASÓNICOS: ............................................................................ 8 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA .......................................................................................................... 9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................... ...................................... 15 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 16 ANEXO.................................................. ...................................................... ...................................... 17


18

labo-1 ensayos

Recommend Documents