UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TABASCO DIVISIÓN PROCESOS DE PRODUCCIÓN
TRABAJO RECEPCIONAL: “MANUAL DE INTRODUCCIÓN AL ULTRASONIDO INDUSTRIAL”
QUE PRESENTO PARA OBTENER EL TÍTULO DE TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN PROCESOS DE PRODUCCIÓN
PERERA GERÓNIMO DANIEL MATRICULA: 4205100095
EMPRESA: SERVICIOS MARINOS Y TERRESTRES S.A. DE C.V.
ASESOR EXTERNO:
ASESOR ACADÉMICO:
ING. ALEJANDRO GUERRA JIMÉNEZ
ING. JOSÉ GARCÍA DE LA CRUZ
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ÍNDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 3 CAPITULO I: MARCO METODOLÓGICO ........................................................................ 4 I.1
Generalidades de la empresa. ....................................................................................... 4
I.2
Área donde se desarrollo la estadía: inspección con pruebas no destructivas. ..... 4
I.3
Tema de la estadía........................................................................................................... 5
I.4
Antecedentes y justificación del tema de estadía ........................................................ 5
I.5
Objetivo general y específicos. ...................................................................................... 5
I.5.1
Objetivo general. ....................................................................................................... 5
I.5.2
Objetivos específicos. .............................................................................................. 5
I.6
Alcance del tema de la estadía ...................................................................................... 6
I.7
Impacto del tema de la estadía ...................................................................................... 6
I.8 Metodología del trabajo para abordar la solución y/o desarrollo del tema de la estadía............................................................................................................................................ 6 CAPITULO II: MARCO TEORICO ..................................................................................... 7 II.1
Introducción a las pruebas no destructivas. ................................................................. 7
II.2
Métodos de ensayos no destructivos más comunes .................................................. 8
II.2.1
Partículas magnéticas (técnica de inspección superficial) ................................. 8
II.2.2
Líquidos penetrantes (técnica de inspección superficial) ................................. 13
II.2.3
Radiografía industrial (técnica de inspección volumétrica) .............................. 17
II.2.4
Introducción al Ultrasonido Industrial (técnica de inspección volumétrica) ... 22
CAPITULO III: MARCO DE APLICACIÓN ...................................................................... 33 III.1 PROCEDIMIENTO GENERAL PARA LA INSPECCIÓN ULTRASÓNICA DE INSTALACIONES PETROLERAS SUPERFICIALES DE PRODUCCIÓN PRIMARIA. .. 33 III.1.1
Objetivo .................................................................................................................... 33
III.1.2
Ámbito de aplicación .............................................................................................. 33
III.1.3
Revisión y actualización ........................................................................................ 33
III.1.4
Definiciones ............................................................................................................. 34
III.1.5
Desarrollo................................................................................................................. 35
IV
CONCLUSIONES ..................................................................................................... 46
V
GLOSARIO .............................................................................................................. 46
VI
RECOMENDACIONES............................................................................................. 46
1
VII REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 46 ANEXOS ......................................................................................................................... 48
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad el cumplimiento de las normas de calidad se han convertido en parte fundamental en los procesos de producción de cualquier artículo, es muy difícil que no se apliquen ciertos controles o se inspeccione tanto el producto terminado como los insumos y materia prima con la que se fabrica para que el resultado sea de la más alta calidad. Dentro de las pruebas y tipos de inspección que normalmente se practican a los materiales están los Ensayos o Pruebas Destructivas (PD) y las Pruebas No Destructivas (PND). El presente documento denominado “Manual de Introducción Ultrasonido Industrial” tiene como objetivo presentar precisamente uno de los métodos que se utilizan en el campo de la inspección (ultrasonido industrial) y algunas de las pruebas complementarias que se llevan a cabo para evaluar la calidad de los materiales, tales como inspección mediante partículas magnéticas, líquidos penetrantes y radiografía industrial, por citar algunas. El ultrasonido son vibraciones mecánicas que se transmiten en el material por medio de ondas de la misma naturaleza que el sonido, pero con frecuencia mayor a los 20,000 ciclos/segundo (Hz). El principio físico en el que se basa este método de inspección es la transmisión a una velocidad constante de ondas ultrasónicas a través del material y la captación del eco producido cuando existe un cambio en la impedancia acústica “Z” (resistencia que oponen los materiales al paso de una onda ultrasónica). La inspección ultrasónica es uno de los métodos de inspección no destructiva más ampliamente usado, y en el área metal-mecánica es utilizado principalmente para la medición de espesores y detección de discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas.
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I I.1
CAPITULO I: MARCO METODOLÓGICO Generalidades de la empresa.
La empresa: Servicios Marinos y Terrestres S.A de C.V.
Esta empresa fue fundada en el año de 1996 en CD. Del Carmen, Campeche, México; con la finalidad de brindar a las compañías locales, trabajos de Buceo Industrial. Posteriormente y con el objetivo de satisfacer a sus clientes, se creó en 1998, el Departamento de Inspección con Pruebas No Destructivas, en 1999, el Departamento de Inspección por Clase y en el año 2002, el Departamento de Ingeniería y Proyectos. Es una empresa mexicana con 11 años de experiencia, dedicada a realizar trabajos de buceo industrial, inspección no destructiva y servicios de ingeniería que ofrece una política de calidad consistente y adecuada a las nuevas necesidades de sus clientes.
I.2
Área donde se desarrollo la estadía: inspección con pruebas no destructivas.
El Departamento de Inspección con Pruebas No Destructivas fue creado en 1998 y cuenta con técnicos Nivel II en los diferentes métodos de PND como son Ultrasonido Industrial, Partículas Magnéticas, Líquidos Penetrantes y Radiografía Industrial. Cuenta con certificaciones en el área de inspección con pruebas no destructivas así como en el área de inspección por clase, emitidas por casas clasificadoras pertenecientes a la I.A.C.S. El personal de buceo cumple con los requisitos de la norma oficial mexicana NOM-014-STPS2000. El personal de PND cubre los requisitos de la práctica recomendada SNT-TC-1A de la Sociedad Americana de Pruebas No Destructivas (ASNT) y además cuenta con un técnico N-III ASNT, propio de la empresa. El personal está capacitado técnicamente por instituciones de prestigio nacional e internacional, tales como AWS, EWF, CSWIP, NACE y ASNT. Utiliza equipos de buceo e inspección sujetos a programas de mantenimiento y calibración permanente, que cumplen con los requerimientos de la norma oficial mexicana NOM-014-STPS2000, así como las recomendaciones de sus fabricantes y estándares internacionales.
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I.3
Tema de la estadía.
“Manual de Introducción al Ultrasonido Industrial”
I.4
Antecedentes y justificación del tema de estadía
Un manual de procedimientos es el documento que contiene la descripción de actividades que deben seguirse en la realización de las funciones de una unidad administrativa, o de dos ò más de ellas. El manual incluye además los puestos o unidades administrativas que intervienen precisando su responsabilidad y participación. Suelen contener información y ejemplos de formularios, autorizaciones o documentos necesarios, máquinas o equipo de oficina a utilizar y cualquier otro dato que pueda auxiliar al correcto desarrollo de las actividades dentro de la empresa. En él se encuentra registrada y transmitida sin distorsión la información básica referente al funcionamiento de todas las unidades administrativas, facilita las labores de auditoría, la evaluación y control interno y su vigilancia, la conciencia en los empleados y en sus jefes de que el trabajo se está realizando o no adecuadamente. Para el caso del método de inspección ultrasónica es necesario contar con un manual que explique claramente como se realiza una inspección y en base a que normativa se llevara a cabo así como los lineamientos a seguir una vez que se obtengan los resultados y como evaluarlos para obtener así un dictamen del elemento inspeccionado.
I.5
Objetivo general y específicos.
I.5.1
Objetivo general.
Formular un estudio de las diferentes actividades que requiere la aplicación del método de Ultrasonido, así como sus aplicaciones en la industria.
Elaborar un manual de procedimientos que contenga en forma detallada los pasos para realizar una PND por el método de Ultrasonido Industrial y que cumpla con todos los requerimientos que exigen las normas aplicables.
Proporcionar información de las PND por el método de Ultrasonido Industrial a la comunidad universitaria de una manera sencilla y accesible a través de esta investigación.
I.5.2
Objetivos específicos.
Diseñar un programa de prácticas que permita definir con claridad cada uno de los pasos de una inspección ultrasónica así como los instrumentos y equipos que son necesarios para llevarla a cabo.
Realizar una consulta a los diferentes organismos normativos que regulan las PND tales como la ASNT, ASTM, ASME, para conocer cuáles son los requerimientos necesarios para realizar dichas pruebas.
Consultar al personal experto en la materia para obtener una información sencilla y fácil de entender para los técnicos, comunidad universitaria y público en general.
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I.6
Alcance del tema de la estadía
Tiempo de duración: 15 semanas (90 días) a partir de la fecha de inicio de estadía.
Características: las técnicas que se emplearan son “Inspección Ultrasónica con Haz Recto y Haz Angular”.
I.7
Impacto del tema de la estadía
Las ventajas principales de la inspección por ultrasonido, comparada con los otros métodos de inspección no destructiva son:
I.8
Gran velocidad de prueba; debido a que la operación es electrónica, proporciona indicaciones prácticamente instantáneas de la presencia de discontinuidades.
Mayor exactitud: en comparación con los demás métodos no destructivos, en la determinación de la posición de discontinuidades internas, estimando sus tamaños, orientaciones, forma y profundidad.
Alta sensibilidad: permitiendo la detección de discontinuidades extremadamente pequeñas.
Alto poder de penetración: lo que permite localizar discontinuidades a una gran profundidad (varios metros).
Buena resolución: siendo esta característica la que determina que puedan diferenciarse los ecos procedentes de discontinuidades próximas en profundidad.
Permite la interpretación inmediata, la automatización y el control del proceso de fabricación.
No utiliza radiaciones perjudiciales para el organismo humano y no tiene efectos sobre el material inspeccionado.
Accesibilidad: solo requiere acceso por un lado del material.
Seguridad: no requiere condiciones especiales de seguridad.
Metodología del trabajo para abordar la solución y/o desarrollo del tema de la estadía.
La metodología a ocupar se obtendrá de manuales y Cursos de Ultrasonido Industrial Nivel I y Nivel II de la empresa “Servicios Marinos y Terrestres S.A de C.V.”, así como de manuales de la Sociedad Americana de Pruebas No Destructivas (ASNT); complementado con las prácticas de campo.
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II CAPITULO II: MARCO TEORICO II.1
Introducción a las pruebas no destructivas.
Los Ensayos No Destructivos, END o pruebas no destructivas PND (NDT en inglés), son un campo de la ingeniería que se desarrolla rápidamente. Las técnicas como la digitalización de imágenes, la radiografía por neutrones, el electromagnetismo o la emisión acústica, que eran relativamente desconocidas hasta hace pocos años, se han convertido en herramientas de uso cotidiano en las industrias que desean mantenerse en la vanguardia del mercado ofreciendo calidad en sus productos. Las actividades que revisten mayor importancia para los fines de esta introducción son las pruebas e inspecciones que normalmente se practican a los materiales y que se pueden dividir de diferentes formas. Una de las clasificaciones más usuales es la siguiente: a) Pruebas Destructivas. b) Pruebas No Destructivas. El objetivo principal de las pruebas destructivas es determinar cuantitativamente el valor de ciertas propiedades de los materiales, como resistencia mecánica, la tenacidad o la dureza. La ejecución de las pruebas destructivas involucra el daño del material, la destrucción de la probeta o la pieza empleada en la determinación correspondiente, por lo que podemos concluir que los ensayos destructivos son la aplicación de métodos físicos directos que alteran de forma permanente las propiedades físicas, mecánicas o dimensionales de un material, parte o componente sujeto a inspección. Este tipo de pruebas siempre ha sido necesario para comprobar si las características de un material cumplen con lo especificado durante el diseño. Debe observarse que estas pruebas no se pueden aplicar a todas las partes o componentes, ya que serían destruidos y perderían su utilidad. Sin embargo, el desarrollo de nuevas tecnologías y la optimización de los productos o los requisitos de seguridad, como es el caso de la industria aeroespacial, la nucleoeléctrica o la petroquímica, impusieron también nuevas condiciones de inspección, en las cuales se estableció la necesidad de verificar hasta en un 100% los componentes críticos; lo que planteó una severa dificultad a los departamentos de calidad, hasta que iniciaron el empleo de otras técnicas de inspección, diferentes a la visual, con las cuales se medía la integridad de los componentes sin destruirlos. Esto fue posible al medir alguna otra propiedad física del material y que estuviera relacionada con las características críticas del componente sujeto a inspección; es decir, se inició la aplicación de las pruebas no destructivas.
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Equipo universal para pruebas mecánicas (Pruebas Destructivas)
Las pruebas no destructivas PND son la aplicación de métodos físicos indirectos, como es la transmisión del sonido, la opacidad al paso de la radiación, etc., y que tienen la finalidad de verificar la sanidad de las piezas examinadas. No obstante, cuando se aplica este tipo de pruebas no se busca determinar las propiedades físicas inherentes de las piezas, sino verificar su homogeneidad y continuidad. Por lo tanto, estas pruebas no sustituyen a los ensayos destructivos, sino que más bien los complementan. Las pruebas no destructivas, como su nombre lo indica, no alteran de forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensiónales de un material. Por ello no inutilizan las piezas que son sometidas a los ensayos y tampoco afectan de forma permanente las propiedades de los materiales que las componen. De acuerdo con su aplicación, los Ensayos no Destructivos (nombre más comúnmente usado para las pruebas no destructivas) se dividen en: a) Técnicas de Inspección Superficial. b) Técnicas de Inspección Volumétrica. c) Técnicas de Inspección de la Integridad o hermeticidad.
II.2
Métodos de ensayos no destructivos más comunes
II.2.1 Partículas magnéticas (técnica de inspección superficial) La inspección por Partículas Magnéticas permite detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferro-magnéticos. Se selecciona usualmente cuando se requiere una inspección más rápida que con los líquidos penetrantes.
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El principio del método es la formación de distorsiones del campo magnético o de polos cuando se genera o se induce un campo magnético en un material ferromagnético; es decir, cuando la pieza presenta una zona en la que existen discontinuidades perpendiculares a las líneas del campo magnético, éste se deforma o produce polos. Las distorsiones o polos atraen a las partículas magnéticas, que fueron aplicadas en forma de polvo o suspensión en la superficie sujeta a inspección y que por acumulación producen las indicaciones que se observan visualmente de manera directa o bajo luz ultravioleta.
Aplicaciones de MT en la industria. Actualmente existen 32 variantes del método, que al igual que los líquidos penetrantes sirven para diferentes aplicaciones y niveles de sensibilidad. En este caso, antes de seleccionar alguna de las variantes, es conveniente estudiar el tipo de piezas a inspeccionar, su cantidad, forma y peso, a fin de que el equipo a emplear sea lo más versátil posible; ya que con una sola máquina es posible efectuar al menos 16 de las variantes conocidas.
II.2.1.1 Requisitos de la inspección por partículas magnéticas. Antes de iniciar la inspección por Partículas Magnéticas, es conveniente tomar en cuenta los siguientes datos:
La planificación de este tipo de inspecciones se inicia al conocer cuál es la condición de la superficie del material y el tipo de discontinuidad a detectar. Así mismo deben conocerse las características metalúrgicas y magnéticas del material a inspeccionar; ya que de esto dependerá el tipo de corriente, las partículas a emplear y, en caso necesario, el medio de eliminar el magnetismo residual que quede en la pieza.
Si se trabaja bajo normas internacionales (Código ASME, API, AWS) o de compañías (Bell, Pratt & Whitney o GE), las partículas a emplear deben ser de los proveedores de las listas de proveedores aprobados o confiables publicados por ellas. En caso necesario, se solicita al proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de compañías satisfacen sus productos.
Al igual que en el caso de los líquidos penetrantes, una vez seleccionado uno o varios proveedores, nunca se deben mezclar sus productos, como puede ser el caso de emplear las partículas del proveedor A con un agente humectante del proveedor B o las partículas de diferentes colores o granulometrías fabricadas por el mismo proveedor.
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II.2.1.2 Secuencia de la inspección. Es importante destacar que con este método sólo pueden detectarse las discontinuidades perpendiculares a las líneas de fuerza del campo magnético. De acuerdo al tipo de magnetización, los campos inducidos son longitudinales o circulares. Además, la magnetización se genera o se induce, dependiendo de si la corriente atraviesa la pieza inspeccionada, o si ésta es colocada dentro del campo generado por un conductor adyacente.
Inspección mediante partículas magnéticas en soldadura longitudinal de tubería.
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Inspección mediante partículas magnéticas en cuerpo de tubería.
II.2.1.3 Corriente de magnetización. Se seleccionará en función de la localización probable de las discontinuidades; si se desea detectar sólo discontinuidades superficiales, debe emplearse la corriente alterna, ya que ésta proporciona una mayor densidad de flujo en la superficie y por lo tanto mayor sensibilidad para la detección de discontinuidades superficiales; pero es ineficiente para la detección de discontinuidades subsuperficiales. Si lo que se espera es encontrar defectos superficiales y subsuperficiales, es necesario emplear la corriente rectificada de media onda; ya que ésta presenta una mayor penetración de flujo en la pieza, permitiendo la detección de discontinuidades por debajo de la superficie. Sin embargo, es probable que se susciten dificultades para desmagnetizar las piezas. Magnetización lineal. - La forma de magnetizar es también importante, ya que conforme a las normas comúnmente adoptadas, la magnetización con yugo sólo se permite para la detección de discontinuidades superficiales. Los yugos de AC o DC producen campos lineales entre sus polos y por este motivo tienen poca penetración. Otra técnica de magnetización lineal es emplear una bobina (solenoide). Si se selecciona esta técnica, es importante procurar que la pieza llene lo más posible el diámetro interior de la bobina; problema que se elimina al enredar el cable de magnetización alrededor de la pieza. Entre mayor número de vueltas (espiras) tenga una bobina, presentará un mayor poder de magnetización. Magnetización circular.- Cuando la pieza es de forma regular (cilíndrica), se puede emplear la técnica de cabezales, que produce magnetización circular y permite la detección de defectos paralelos al eje mayor de la pieza. Una variante de esta técnica es emplear contactos en los extremos de la pieza, que permiten obtener resultados similares. otra forma de provocar un magnetismo circular es emplear puntas de contacto, pero sólo se recomienda su empleo para piezas burdas o en proceso de semiacabado. Se deben utilizar puntas de contacto de aluminio, acero o plomo para evitar los depósitos de cobre, que pudieran iniciar puntos de corrosión. Esta técnica permite cierta movilidad con los puntos de inspección, pudiéndose reducir la distancia
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hasta 7 cm entre los polos o aumentarse hasta 20 cm, con lo cual es factible inspeccionar configuraciones relativamente complicadas Para la inspección de piezas con alta permeabilidad y baja retentividad, como es el caso de los aceros al carbono o sin tratamiento térmico de endurecimiento, es recomendada la técnica de magnetización continua; esto es, mantener el paso de la energía eléctrica mientras se efectúa la inspección. Cuando las piezas son de alta retentividad, se acostumbra emplear el campo residual (magnetismo residual). En este caso se hace pasar la corriente de magnetización y posteriormente se aplican las partículas. Cualquiera que sea la técnica seleccionada, siempre se debe procurar que la inspección se realice con dos magnetizaciones aproximadamente perpendiculares entre sí; por ello, en la práctica es común combinar dos o más métodos.
II.2.1.4 Aplicación de las partículas. Tipo de partículas. - Por término general, se prefieren las partículas secas cuando se requiere detectar discontinuidades relativamente grandes. Las partículas en suspensión se emplean preferentemente para detectar discontinuidades muy pequeñas y cerradas. Color de las partículas.- Dependerá de contraste de fondo. De este modo se emplearán partículas de color oscuro (negras o azules) para piezas recién maquinadas y partículas de colores claros (grises o blancas) para piezas con superficies oscuras. Las partículas de color rojo están en un punto intermedio y fueron desarrolladas para que su observación se facilite empleando una tinta de contraste blanco; esta tinta tiene un color y consistencia parecidos al del revelador no acuoso de los PT, pero con mayor poder de adherencia. Cuando se desea una mayor sensibilidad en un método, es necesario emplear las partículas fluorescentes. Las partículas se aplican conforme se realiza la inspección, para lo que existen dos prácticas comunes que son:
Si se emplean partículas secas, primero se hace pasar la corriente de magnetización y al mismo tiempo se rocían las partículas.
Si se emplean partículas en suspensión, primero se aplica la solución sobre la superficie a inspeccionar e inmediatamente se aplica la corriente de magnetización.
Generalmente se recomienda que la corriente de magnetización se mantenga durante el tiempo de aplicación de las partículas, ya que es cuando el campo magnético es más intenso y permite que las partículas sean atraídas hacia cualquier distorsión o fuga de campo, para así indicar la presencia de una posible discontinuidad.
II.2.1.5 Ventajas de las partículas magnéticas.
Con respecto a la inspección por líquidos penetrantes, este método tiene las siguientes ventajas:
Requiere de un menor grado de limpieza.
Generalmente es un método más rápido y económico.
Puede revelar discontinuidades que no afloran a la superficie.
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Tiene una mayor cantidad de alternativas.
II.2.1.6 Limitaciones de las partículas magnéticas.
Son aplicables sólo en materiales ferro-magnéticos.
No tienen gran capacidad de penetración.
El manejo del equipo en campo puede ser caro y lento.
Generalmente requieren del empleo de energía eléctrica.
Sólo detectan discontinuidades perpendiculares al campo.
II.2.2 Líquidos penetrantes (técnica de inspección superficial) La inspección por Líquidos Penetrantes es empleada para detectar e indicar discontinuidades que afloran a la superficie de los materiales examinados. En términos generales, esta prueba consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie a examinar, el cual penetra en las discontinuidades del material debido al fenómeno de capilaridad. Después de cierto tiempo, se remueve el exceso de penetrante y se aplica un revelador, el cual generalmente es un polvo blanco, que absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa de revelador se delinea el contorno de ésta.
Aplicaciones de PT en la industria. Actualmente existen 18 posibles variantes de inspección empleando este método; cada una de ellas ha sido desarrollada para una aplicación y sensibilidad especifica. Así por ejemplo, si se requiere detectar discontinuidades con un tamaño de aproximadamente medio milímetro (0.012" aprox.), debe emplearse un penetrante fluorescente, removible por post-emulsificación y un revelador seco. Por otra parte, si lo que se necesita es detectar discontinuidades mayores a 2.5 mm (0.100" aprox.), conviene emplear un penetrante contrastante, lavable con agua y un revelador en suspensión acuosa.
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II.2.2.1 Requisitos de la inspección por líquidos penetrantes. Antes de iniciar las pruebas de Líquidos Penetrantes, es conveniente tener en cuenta la siguiente información: Es muy importante definir las características de las discontinuidades y el nivel de sensibilidad con que se las quiere detectar, ya que si son relativamente grandes o se quiere una sensibilidad entre baja y normal, se recomienda emplear penetrantes visibles; pero si la discontinuidad es muy fina y delgada o se requiere de una alta o muy alta sensibilidad, es preferible emplear los penetrantes fluorescentes.
Procedimiento de inspección mediante líquidos penetrantes visibles.
No. 1.- Limpieza mediante aplicación de liquido removedor.
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No. 2.- Aplicación de líquido penetrante en la zona a inspeccionar.
No. 3.- Aplicación del revelador.
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No. 4.- Interpretación. Otro factor de selección es la condición de la superficie a inspeccionar; ya que si es una superficie rugosa o burda, como sería el caso de una unión soldada o una pieza fundida, se debe emplear un penetrante líquido removible con agua. Pero si la superficie es tersa y pulida, es preferible emplear un penetrante removible con solvente. Finalmente cuando se requiere una inspección de alta calidad o con problemas de sensibilidad, se puede emplear un penetrante post-emulsificable. Si el material a examinar es acero inoxidable, titanio o aluminio (para componentes aeronáuticos, por ejemplo) o aleaciones de níquel (monel), entonces los penetrantes deberán tener un control muy rígido de contaminantes, como son los compuestos halogenados (derivados del flúor, cloro, bromo, iodo) o de azufre (sulfatos o sulfuros), ya que si quedan residuos de ellos, pueden ocasionar fracturas o fragilidad del material. Todos los proveedores de productos de alta calidad proporcionan un certificado de pureza de sus productos sin cargo adicional. Si se trabaja bajo normas internacionales (Código ASME, API, AWS) o de compañías (Belí, Pran & Whitney o GE), los líquidos deben ser de los proveedores de las listas de proveedores aprobados o confiables publicados por ellos. En caso necesario, se solicitará al proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de compañías cubren sus productos. Una vez seleccionado uno o varios proveedores, nunca se deberán mezclar sus productos; como por ejemplo, emplear el revelador del proveedor A con un penetrante del proveedor B o un penetrante de una sensibilidad con un revelador de otra sensibilidad, aunque ambos sean fabricados por el mismo proveedor.
II.2.2.2 Aplicaciones de los líquidos penetrantes. Las aplicaciones de los Líquidos Penetrantes son amplias y por su gran versatilidad se utilizan desde la inspección de piezas críticas, como son los componentes aeronáuticos, hasta los cerámicos como las vajillas de uso doméstico.
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Muchas de las aplicaciones descritas son sobre metales, pero esto no es una limitante, ya que se pueden inspeccionar otros materiales, por ejemplo cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos electroquímicos, etc.
II.2.2.3 Ventajas generales de los líquidos penetrantes.
La inspección por Líquidos Penetrantes discontinuidades abiertas a la superficie.
La configuración de las piezas a inspeccionar no representa un problema para la inspección.
Son relativamente fáciles de emplear.
Brindan muy buena sensibilidad.
Son económicos.
Son razonablemente rápidos en cuanto a la aplicación, además de que el equipo puede ser portátil.
Se requiere de pocas horas de capacitación de los Inspectores.
es
extremadamente
sensible
a
las
II.2.2.4 Limitaciones generales de los líquidos penetrantes.
Sólo son aplicables a defectos superficiales y a materiales no porosos.
Se requiere de una buena limpieza previa a la inspección.
No se proporciona un registro permanente de la prueba no destructiva.
Los Inspectores deben tener amplia experiencia en el trabajo.
Una selección incorrecta de la combinación de revelador y penetrante puede ocasionar falta de sensibilidad en el método.
Es difícil quitarlo de roscas, ranuras, huecos escondidos y superficies ásperas.
II.2.3 Radiografía industrial (técnica de inspección volumétrica) La inspección por RT se define corno un procedimiento de inspección no destructivo de tipo físico, diseñado para detectar discontinuidades macroscópicas y variaciones en la estructura interna o configuración física de un material. Al aplicar RT, normalmente se obtiene una imagen de la estructura interna de una pieza o componente, debido a que este método emplea radiación de alta energía, que es capaz de penetrar materiales sólidos, por lo que el propósito principal de este tipo de inspección es la obtención de registros permanentes para el estudio y evaluación de discontinuidades presentes en
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dicho material. Por lo anterior, esta prueba es utilizada para detectar discontinuidades internas en una amplia variedad de materiales. Dentro de los END, la Radiografía Industrial es uno de los métodos más antiguos y de mayor uso en la industria. Debido a esto, continuamente se realizan nuevos desarrollos que modifican las técnicas radiográficas aplicadas al estudio no sólo de materiales, sino también de partes y componentes; todo con el fin de hacer más confiables los resultados durante la aplicación de la técnica. El principio físico en el que se basa esta técnica es la interacción entre la materia y la radiación electromagnética, siendo esta última de una longitud de onda muy corta y de alta energía. Durante la exposición radiográfica, la energía de los rayos X o gamma es absorbida o atenuada al atravesar un material. Esta atenuación es proporcional a la densidad, espesor y configuración del material inspeccionado.
Aplicaciones de la radiografía en la industria. La radiación ionizante que logra traspasar el objeto puede ser registrada por medio de la impresión en una placa o papel fotosensible, que posteriormente se somete a un proceso de revelado para obtener la imagen del área inspeccionada; o bien, por medio de una pantalla fluorescente o un tubo de video, para después analizar su imagen en una pantalla de televisión o grabarla en una cinta de video. En términos generales, es un proceso similar a la fotografía, con la diferencia principal de que la radiografía emplea rayos X o rayos Gamma y no energía luminosa. En la actualidad, dentro del campo de la industria existen dos técnicas comúnmente empleadas para la inspección radiográfica:
Radiografía con rayos X.
Radiografía con rayos gamma.
La principal diferencia entre estas dos técnicas es el origen de la radiación electromagnética; ya que, mientras los rayos X son generados por un alto potencial eléctrico, los rayos gamma se producen por desintegración atómica espontánea de un radioisótopo.
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Inspección mediante radiografía industrial móvil con rayos gamma a soldadura circunferencial de tubería.
Proceso de inspección radiográfica. Los rayos X son generados por dispositivos electrónicos y los rayos gamma por fuentes radioactivas naturales o por isótopos radioactivos artificiales producidos para fines específicos de Radiografía Industrial, tales como: iridio 192, cobalto 60, cesio 137 y tulio 170. La fuente de rayos X es el ánodo en un tubo eléctrico de alto voltaje. Cuando se prende, el haz de electrones generado en el cátodo impacta sobre el ánodo y esto provoca la emisión de los rayos X en todas direcciones; la capa de blindaje alrededor del tubo absorbe los rayos X, excepto aquellos que escapan a través de un orificio o ventana que existe para tal fin. Los rayos que pasan se
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emplean para producir la radiografía. Cuando se apaga la máquina de rayos X, la radiación cesa y la pieza inspeccionada no conserva radioactividad. Aunque existen arreglos especiales, diseñados para casos determinados, el equipo que se emplea con más frecuencia para la inspección radiográfica es el siguiente:
Fuente de radiación (rayos X o rayos gamma).
Controles de la fuente.
Película radiográfica.
Pantallas intensificadoras.
Indicadores de calidad de la imagen.
Accesorios.
II.2.3.1 Requisitos y secuencia de la inspección por radiografía industrial. El procedimiento que normalmente se sigue para obtener una radiografía se describe de la siguiente forma: Inicialmente, deben conocerse algunas características del material que se va a examinar, como son: tipo del metal, su configuración, el espesor de la pared a ser radiografiada, etc. Todo ello con el fin de seleccionar el radioisótopo o el kilo voltaje más adecuado. Una vez establecida la fuente de radiación, se deben calcular las distancias entre ésta, el objeto y la película, para así poder obtener la nitidez deseada. Igualmente, se selecciona la película con ciertas características que permitan una exposición en un tiempo razonable y una calidad de imagen óptima. Esta se coloca dentro de un porta película que sirve como protección para evitar que la luz dañe la emulsión fotográfica, y que además contiene las pantallas intensificadoras que sirven para reducir el tiempo de exposición, mejorando con esto la calidad de la imagen. Este último proceso se efectúa en el laboratorio. Una vez realizado lo anterior, se procede a poner en práctica las medidas de seguridad radiológica en la zona en la que se va a efectuar la radiografía con el fin de evitar una sobredosis al personal que pueda estar laborando cerca de la zona de inspección. A continuación, se hace el arreglo para colocar la fuente a la distancia calculada con respecto al objeto y se coloca la película radiográfica del otro lado de éste para registrar la radiación que logre atravesar al material sujeto a inspección. Esta radiación provoca la impresión de la película radiográfica, que corresponde al negativo de una fotografía. Entre mayor sea la cantidad de radiación que incida sobre la película, más se ennegrecerá ésta. Con el objeto de determinar la sensibilidad y la calidad de una radiografía, se emplean indicadores de calidad de imagen, mal llamados penetrámetros. Al realizar la inspección, los indicadores de calidad de imagen se eligen normalmente de manera que el espesor de éstos represente aproximadamente el 2% del espesor de la parte a inspeccionar y, siempre que sea humanamente posible, se colocarán del lado de la fuente de radiación.
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La exposición se realiza, bien sea sacando la cápsula que contiene al radioisótopo o encendiendo al aparato de rayos X; esto se lleva a cabo durante el tiempo previamente calculado para realizar la exposición. Una vez terminada la exposición, se recupera la cápsula o se apaga el instrumento de rayos X y la película se lleva a revelar. Si se comprueba que la imagen es satisfactoria, entonces se interpreta para conocer qué tipo de indicaciones están presentes; las cuales posteriormente serán evaluadas para conocer su nivel de severidad y su posible efecto en el material que se inspecciona.
II.2.3.2 Aplicaciones de la radiografía industrial. Las propiedades particulares de la radiografía facilitan su aplicación a nivel industrial, médico y de investigación; pues adicionalmente de que la energía de la radiación puede ser absorbida por la materia, también puede hacer fluorescer ciertas sustancias; siendo por todo esto que la técnica tiene diversas aplicaciones en diferentes ramas. En primer lugar, están las aplicaciones en las que se emplea la energía radiante y su efecto sobre la materia, como es el caso de las aplicaciones físicas (efectos de fluorescencia), médicas (destrucción de ciertas células) y biológicas (mutaciones o aplicaciones de esterilización biológica). En segundo lugar, deben mencionarse las aplicaciones en las cuales se emplean los efectos físicos, como son la difracción (determinación de estructuras cristalográficas), fluorescencia (determinación de composición química) y la ionización (detección de la radiación), etc. En tercer lugar, se tienen las aplicaciones en las que se mide la atenuación de la radiación, como es el caso de la medición de espesores en procesos de alta temperatura; la medición de niveles de fluidos; la determinación de densidades en procesos de producción continua y la Radiografía Industrial. Finalmente, resta aclarar que la corta longitud de onda de la radiación que emplea la radiografía le permite penetrar materiales sólidos, que absorben o reflejan la luz visible; lo que da lugar al uso de esta técnica en el control de calidad de productos soldados, fundiciones, forjas, etc.; para la detección de defectos internos microscópicos tales como grietas, socavados, penetración incompleta en la raíz, falta de fusión, etc.
II.2.3.3 Ventajas de la radiografía industrial.
Es un excelente medio de registro de inspección.
Su uso se extiende a diversos materiales.
Se obtiene una imagen visual del interior del material.
Se obtiene un registro permanente de la inspección.
Descubre los errores de fabricación y ayuda a establecer las acciones correctivas.
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II.2.3.4 Limitaciones de la radiografía industrial.
No es recomendable utilizarla en piezas de geometría complicada.
No debe emplearse cuando la orientación de la radiación sobre el objeto sea inoperante, ya que no es posible obtener una definición correcta.
La pieza de inspección debe tener acceso al menos por dos lados.
Su empleo requiere el cumplimiento de estrictas medidas de seguridad.
Requiere personal altamente capacitado, calificado y con experiencia.
Requiere de instalaciones especiales como son: el área de exposición, equipo de seguridad y un cuarto oscuro para el proceso de revelado.
Las discontinuidades de tipo laminar no pueden ser detectadas por este método.
II.2.4 Introducción volumétrica)
al
Ultrasonido
Industrial
(técnica
de
inspección
La inspección por Ultrasonido Industrial (UT) se define como un procedimiento de inspección no destructiva de tipo mecánico, que se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido entre la densidad de un material. La historia del Ultrasonido Industrial como disciplina científica pertenece al siglo XX. En 1924, El Dr. Sokolov desarrolló las primeras técnicas de inspección empleando ondas ultrasónicas. Los experimentos iníciales se basaron en la medición de la pérdida de la intensidad de la energía acústica al viajar en un material. Para tal procedimiento se requería del empleo de un emisor y un receptor de la onda ultrasónica. Posteriormente, durante la Segunda Guerra Mundial, los ingenieros alemanes y soviéticos se dedicaron a desarrollar equipos de inspección ultrasónica para aplicaciones militares. En ese entonces la técnica seguía empleando un emisor y un receptor (técnica de transparencia) en la realización de los ensayos. No fue sino hasta la década de 1940 cuando el Dr. Floyd Firestone logró desarrollar el primer equipo que empleaba un mismo transductor como emisor y receptor, basando su técnica de inspección en la propiedad característica del sonido para reflejarse al alcanzar una interface acústica. Es así como nace la inspección de pulso eco; esta nueva opción permitió al ultrasonido competir en muchas ocasiones superar las limitaciones técnicas de la radiografía, ya que se podían inspeccionar piezas de gran espesor o de configuraciones que sólo permitían el acceso por un lado. El perfeccionamiento del instrumento de inspección por ultrasonido se debe principalmente a los investigadores alemanes Josef y Herbert Krautkramer, quienes desde 1948 se han dedicado a desarrollar y mejorar el equipo de inspección ultrasónica.
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Aplicaciones de UT en la industria. Los equipos de ultrasonido que empleamos actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas, dependiendo del tipo de transductor utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un ámbito de 0.25 hasta 25 MHz Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico dentro del transductor; este elemento, que llamaremos transductor, tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente, y por el efecto piezoeléctrico, el transductor vibra a altas frecuencias (lo que genera ultrasonido); estas vibraciones son transmitidas al material que se desea inspeccionar. Durante el trayecto en el material, la intensidad de la energía sónica sufre una atenuación, que es proporcional a la distancia del recorrido. Cuando el haz sónico alcanza la frontera del material, dicho haz es reflejado. Los ecos o reflexiones del sonido son recibidos por otro (o por el mismo) elemento piezoeléctrico y su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos, en donde la trayectoria del haz es indicada por las señales de la pantalla; también puede ser transmitida a un sistema de graficado, donde se obtiene un perfil acústico de la pieza a una pantalla digital, donde se leerá un valor o a una computadora, para el análisis matemático de la información lograda. En muchos aspectos la onda de ultrasonido es similar a las ondas de luz; ambas son ondas y obedecen a una ecuación general de onda.
II.2.4.1 Equipos de inspección ultrasónica Existe una gran variedad de equipos ultrasónicos de diferentes marcas, modelos, tamaños, forma, presentación de resultados, etc. La selección deberá ser de acuerdo a las necesidades de inspección y al sistema de transmisión apropiado. Sin embargo, el sistema de transmisión pulso-eco es el más utilizado en la actualidad. El equipo de inspección ultrasónica se compone de:
Equipo básico pulso eco (detector de fallas, medidor de espesores)
Transductores
Block de calibración
Cable coaxial
Acoplante
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II.2.4.1.1 Equipo básico pulso-eco
La mayoría de los sistemas de inspección ultrasónica incluye el siguiente equipo básico:
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.
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 (timer) para controlar la operación de los componentes del sistema, para servir como punto de referencia primario, y para proporcionar coordinación del sistema completo.
Equipo ultrasónico pulso-eco detector de fallas.
II.2.4.1.2 Transductores Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente de salida. El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza, aunque no necesariamente la dirección de la misma. Es un dispositivo usado principalmente en las ciencias eléctricas para obtener la información de entornos físicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa.
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Los transductores pueden ser clasificados en los siguientes grupos de acuerdo a: 1. 2. 3. 4. 5.
Forma de propagar el haz ultrasónico: haz recto y haz angular. Técnica de inspección: de contacto y de inmersión. Número de cristales: un cristal, 2 cristales o dual y de cristales múltiples. Grado de amortiguamiento: de banda ancha, banda angosta y de amortiguamiento interno. Aplicaciones especiales: transductores libres, súper amortiguados, puntuales, periscópicos y con línea de retardo.
Diferentes tipos de transductores.
El transductor de haz angular: puede ser de dos tipos: como una unidad integral ó desmontable (transductor de haz recto y zapata). Una cuña de plástico entre el elemento piezoeléctrico y la superficie de contacto establece el ángulo de incidencia de la unidad de rastreo. La cuña debe diseñarse para reducir o eliminar las interferencias internas dentro de la cuña que pueden traer como resultado ecos falsos.
Transductores de contacto: Estos transductores son colocados directamente sobre la superficie de inspección utilizando un medio de acople y presionando el transductor sobre la misma para que puedan ser transmitidas las ondas ultrasónicas.
Transductores de inmersión: La transmisión del ultrasonido desde el transductor a la pieza bajo prueba se efectúa a través de una columna de líquido, es decir, sin que exista contacto directo, presión o rozamiento entre el transductor y la pieza.
Transductor normal de un solo cristal (emisor y receptor): Este tipo de transductor contiene un solo cristal piezoeléctrico que realiza las funciones de emisor y receptor y cuyas características fueron descritas anteriormente en los transductores de haz recto.
Transductor dual o de doble cristal: Un transductor dual está compuesto en sí por dos cristales completamente independientes, incorporados en una misma carcasa. Uno trabaja como emisor y el otro como receptor.
De cristales múltiples: Está compuesto por tres o más cristales y diseñado para aplicaciones especiales tales como: o
Medida simultánea de varios espesores.
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o o
Inspección de superficies curvas. Inspección de muestras grandes.
En el primer caso, está formado por varios transductores dúplex (emisor-receptor), con diferentes inclinaciones y frecuencias
Transductor de banda ancha. Presentan gran resolución, pero menor sensibilidad y capacidad de penetración.
Transductor de banda angosta. Presentan buena capacidad de penetración y sensibilidad pero una resolución relativamente pobre.
Transductor de amortiguamiento intermedio. Para aplicaciones generales.
II.2.4.1.3 Block De Calibración. El ensayo ultrasónico es un método de inspección por comparación, es decir, las indicaciones de las discontinuidades son comparadas con las indicaciones obtenidas en los patrones de referencia. Los bloques patrones son usados para estandarizar la calibración del equipo y evaluar en forma comparativa las indicaciones obtenidas de la pieza de ensayo. Los patrones de referencia están hechos de materiales debidamente seleccionados para garantizar su sanidad interna y que satisfagan los requisitos de atenuación, tamaño de grano y tratamiento térmico.
Block Escalonado
El block de escalones1 sirve para efectuar calibraciones cuando se requiere un alto grado de exactitud en la determinación de espesores de pared: para la verificación del desgaste que se ha tenido, por ejemplo, una tubería en servicio. El número de escalones así como el intervalo de sus incrementos respectivos estará en función del límite de calibración deseado. El transductor de doble cristal o dúplex y este tipo de bloque es la clásica combinación, usando un equipo ultrasónico tipo pulso-eco con barrido tipo "A".
Block de Calibración de 5 pasos.
1 Existen gran variedad de bloques de calibración que no se mencionan en este documento por no aplicarse al tipo de inspección o de barrido que se utilizo durante las prácticas realizadas de este trabajo recepcional.
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II.2.4.1.4 Cable coaxial Un accesorio del sistema de ultrasonido es el cable coaxial, el cual en sus extremos posee conectores los cuales unen al instrumento y al transductor. Los tipos de conectores más comunes son:
Microdot: para transductores muy pequeños (con rosca).
BNC: de medio giro.
UHF: para muy alta frecuencia (con rosca), usado en inmersión.
Lemo: de media presión, los hay en dos tamaños: 0 y 00.
Tuchel: en la actualidad fuera de uso.
Diferentes tipos de cables y conectores.
II.2.4.1.5 Acoplantes Los acoplantes normalmente usados para la inspección por contacto son agua, aceites, glicerina, grasas de petróleo, grasa de silicón, pasta de tapiz y varias sustancias comerciales tipo pasta. Pueden usarse algunos plásticos suaves que transmiten las ondas de sonido donde puede lograrse un buen acoplamiento aplicando presión con la mano a la unidad de rastreo.
Selección y uso de los acoplantes
La técnica ultrasónica necesita de un acoplante adecuado para transmitir el ultrasonido entre el transductor y la pieza de prueba. El acoplante puede ser líquido, semilíquido o pastoso con las características siguientes: 1. Proporcionar un acoplamiento acústico positivo para una prueba confiable (amplitudes de ecos de pared posterior consistentes). 2. Mojar la superficie de la pieza de prueba y la cara del transductor, excluyendo el aire entre ellas. 3. Pueda ser fácilmente aplicado.
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II.2.4.2 Requisitos y secuencia de la inspección por ultrasonido industrial. Antes de iniciar una inspección por UT, es necesario definir los siguientes parámetros, a fin de hacer una correcta selección del equipo de trabajo:
Cuál es el tipo de discontinuidad que puede encontrarse.
Qué extensión y orientación puede tener en la pieza.
Qué tolerancias se pueden aplicar para aceptar o rechazar la indicación.
En la inspección de soldaduras se utiliza generalmente el método de pulso-eco en la presentación SCAN-A. Este sistema (SCAN-A) utiliza un tubo de rayos catódicos que muestra la información del ensayo. Todas las normas exigen que el instrumento de inspección ultrasónica sea revisado y, en caso necesario, recalibrado por un taller de servicio autorizado por el fabricante. Este último punto es de vital importancia si se está trabajando bajo códigos o normas de aceptación internacional como AWS o ANSI/ASME. Con base en lo anterior, antes de adquirir un equipo, es recomendable visitar al proveedor y comprobar que cuenta con la licencia por parte del fabricante para dar el servicio de mantenimiento preventivo y correctivo al equipo. A continuación se deben seleccionar el palpador y el cable coaxial a ser empleados: Los cables son del tipo coaxial para prevenir problemas de interferencia eléctrica y sus conexiones deben ser compatibles con las del instrumento y el transductor a emplear. Por lo común, las normas establecen las condiciones mínimas que deben cumplir los transductores. En la inspección por ultrasonido se utiliza por lo general ondas longitudinales (haz recto) u ondas transversales (haz angular). Las frecuencias más comúnmente utilizadas son de 1 a 5 MHz con haces de sonido o ángulos de 0º, 45º, 60º y 70º. En la inspección con haz recto; el sonido es transmitido perpendicularmente a la superficie de entrada del sonido.
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Inspección mediante ultrasonido industrial con haz recto.
Inspección mediante ultrasonido industrial con haz recto.
Utilizando un block de referencia el cual cuenta con una discontinuidad artificial o natural de tamaño conocido, es posible calibrar el equipo y así calcular aproximadamente el tamaño de las discontinuidades detectadas.
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En la mayoría de las inspecciones de soldaduras, que se efectúan utilizando la técnica de haz angular, idealmente solamente aparecerán en el TRC señales originadas por discontinuidades durante la inspección.
Inspección mediante ultrasonido industrial con haz angular. Es frecuente su empleo para la medición de espesores, detección de zonas de corrosión, detección de defectos en piezas que han sido fundidas forjadas, roladas o soldadas; en las aplicaciones de nuevos materiales como son los metal cerámicos y los materiales compuestos, ha tenido una gran aceptación, por lo sencillo y fácil de aplicar como método de inspección para el control de calidad. Las nuevas tendencias indican que su campo de aplicación se mejorará con el apoyo de las computadoras para el análisis inmediato de la información obtenida.
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Medición de espesores con transductor focalizado en zonas de corrosión externa para obtener espesores remanentes.
Barrido ultrasónico con equipo ultrasónico de arreglo de fases.
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Imagen obtenida con el equipo de arreglo de fases.
II.2.4.3 Ventajas del ultrasonido industrial.
Se detectan discontinuidades superficiales y subsuperficiales.
Puede delinearse claramente el tamaño de la discontinuidad, su localización y su orientación
Sólo se requiere acceso por un lado del material a inspeccionar.
Tiene alta capacidad de penetración y los resultados de prueba son conocidos inmediatamente.
II.2.4.4 Limitaciones del ultrasonido industrial.
Está limitado por la geometría, estructura interna, espesor y acabado superficial de los materiales sujetos a inspección.
Localiza mejor aquellas discontinuidades que son perpendiculares al haz de sonido.
Las partes pequeñas o delgadas son difíciles de inspeccionar por este método.
El equipo puede tener un costo elevado, que depende del nivel de sensibilidad y de sofisticación requerido.
El personal debe estar calificado y generalmente requiere de mucho mayor entrenamiento y experiencia para este método que para cualquier otro de los métodos de inspección.
La interpretación de las indicaciones requiere de mucho entrenamiento y experiencia de parte del operador.
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III CAPITULO III: MARCO DE APLICACIÓN III.1 PROCEDIMIENTO GENERAL PARA LA INSPECCIÓN ULTRASÓNICA DE INSTALACIONES PETROLERAS SUPERFICIALES DE PRODUCCIÓN PRIMARIA. III.1.1 Objetivo Definir los parámetros técnicos para llevar a cabo la inspección con ultrasonido industrial del tipo pulso-eco y de contacto directo, a sistemas de tubería para la transmisión, distribución de gas y petróleo; así como a soldaduras de recipientes a presión, en instalaciones petroleras superficiales de producción primaria.
III.1.2 Ámbito de aplicación Este procedimiento es aplicable a la inspección por ultrasonido de todos los elementos y accesorios en tuberías de las diferentes instalaciones superficiales, sometidas a presión interna o o externa, que operan a temperaturas menores de 93 C. Este procedimiento es aplicable para tuberías de acero al carbono y baja aleación usadas en la transportación de líquidos, tales como, petróleo crudo, condensado, gasolina natural, gas líquido natural, gas de petróleo licuado y productos líquidos de petróleo entre las instalaciones de producción y patio de tanques, plantas procesadoras de gas natural, refinerías, estaciones, terminales y otros puntos de recepción y entrega. Este procedimiento incluye tuberías primarias y auxiliares asociadas, de petróleo líquido a líneas de tubería de terminales, patio de tanques, estaciones de bombeo, estaciones reductoras de presión y estaciones de medición. Este procedimiento es aplicable a tuberías de transmisión y distribución de gas incluyendo; estaciones de compresión, estaciones de regulación y medición de gas, así como "rack" principal. Este procedimiento es aplicable para la inspección y evaluación de soldaduras en recipientes a presión. Este procedimiento no es aplicable a tuberías de energía, como son estaciones generadoras de energía, sistemas de calentamiento y enfriamiento, así como, tuberías relacionadas con reacciones, separaciones y otros procesos, dentro de las instalaciones de refinerías de proceso, plantas criogénicas, plantas y terminales de procesos relacionados. Este procedimiento establece la metodología para realizar la inspección por ultrasonido Pulso-eco y de contacto directo; para la medición de espesores y detección de fallas en soldaduras y zona afectada por el calor con haz angular, complementadas con haz recto. Así como los criterios de aceptación / rechazo en las tuberías. Este procedimiento es aplicable a soldaduras a tope con espesores de 0.250” hasta 8.0”
III.1.3 Revisión y actualización Este documento se revisará y actualizará cada cinco años o antes si las sugerencias o recomendaciones de cambio lo justifican.
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III.1.4 Definiciones Acoplante: Sustancia usada entre el palpador y la superficie de prueba para permitir o incrementar la transmisión de la energía ultrasónica. Anexos: Información adicional requerida para el desarrollo del procedimiento, tal como formatos, dibujos, diagramas, normas, artículos, métodos analíticos, técnicos, etc. Área de Interés: Porción especifica del objeto que va a ser evaluada. Block de Referencia: Un block que es empleado como una escala de medida y como un medio de proporcionar reflexiones ultrasónicas con características conocidas. Defecto: Cuando el incremento de tamaño, forma, orientación, localización o propiedades no cumplan con los criterios de aceptación especificados y sean rechazados, una o más fallas. Discontinuidad Aislada: Si la discontinuidad más cercana está localizada a una distancia mayor a 40 mm en cualquier dirección. Discontinuidad: Falta de continuidad o cohesión; una interrupción intencional o no intencional en la estructura física o configuración de un material o componente. Discontinuidades Agrupadas: Si cuatro o más discontinuidades son encontradas en un volumen cúbico de 50 mm por lado. Eco: Indicación de una energía reflejada. Evaluación: Un examen seguido de la interpretación de las indicaciones señaladas para determinar si cumplen las especificaciones del criterio de aceptación. Indicación Lineal: Una indicación es considerada lineal si el umbral de atenuación es alcanzado hacia extremos opuestos para un desplazamiento mayor al diámetro del elemento piezoeléctrico Indicación Puntual: Una indicación es llamada puntual si el umbral de atenuación es alcanzado en cualquier dirección para un desplazamiento máximo igual al diámetro del elemento piezoeléctrico. Indicación Relevante: Es aquella producida por una discontinuidad y que su amplitud máxima es mayor al 20% del nivel de referencia primario. Indicación Viajera: Es aquella en la que su inflexión se desplaza sobre la línea de barrido una distancia equivalente a 1" (25.4 mm.) o más de profundidad por el movimiento del palpador sobre la superficie de barrido. Indicación: Respuesta o evidencia de una inspección no destructiva que requiere ser interpretada para determinar su relevancia. Inspección: Observación de cualquier operación realizada a materiales y/o componentes para determinar su aceptabilidad de acuerdo con los criterios proporcionados. Método Pulso Eco: Método de inspección en el cual la presencia y posición de un reflector indican el tiempo y la amplitud del eco. Operación: Fase específica de un método o técnica.
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Palpador: Dispositivo electro-acústico usado para transmitir o recibir energía ultrasónica, o ambos. El dispositivo generalmente consiste de una placa, conector, carcasa, respaldo, elemento piezoeléctrico, fase protectora, o cristal, o zapata. Procedimiento: Documento que describe la secuencia de instrucciones o los pasos a seguir para la elaboración de una tarea o el cumplimiento de una metodología dentro de la empresa Reflector: Interface con la cual un equipo de ultrasonido detecta un cambio en la impedancia acústica y el mínimo de energía reflejada por un objeto. Transductor: Dispositivo electro-acústico para convertir energía eléctrica en energía acústica y viceversa.
III.1.5 Desarrollo III.1.5.1 Control de revisión y actualización
Es responsabilidad de los inspectores Nivel I, II ó III, realizar la inspección, interpretar y reportar los resultados de las inspecciones de acuerdo con lo indicado en éste procedimiento. Es responsabilidad de la compañía de inspección contar con inspector Nivel III, ASNT, con certificación vigente en el método de ultrasonido, con el objeto de supervisar los trabajos de inspección, así como de evaluar y firmar los reportes de inspección generados por cada proyecto.
III.1.5.2 Requisitos de personal
El personal que realice la inspección ultrasónica debe estar calificado y certificado como Nivel II ó III en el método de ultrasonido industrial, de acuerdo con los requisitos establecidos en la Práctica Recomendada No. SNT-TC-1A, emitida por la ASNT o entidad equivalente. Todos los documentos de calificación y certificación deben estar aprobados por un nivel III, ASNT; con calificación vigente en el método de ultrasonido. Los certificados emitidos por las compañías de inspección deben estar acompañados de una copia de la práctica escrita del empleador, debidamente aprobada por un Nivel III ASNT o equivalente. El personal calificado y certificado como Nivel I, podrá realizar la examinación, siempre y cuando sea bajo la supervisión directa de un Nivel II ó III. El personal que interprete y evalúe los resultados de la inspección, debe estar calificado y certificado como Nivel II ó III en el método de ultrasonido industrial, de acuerdo con los requisitos establecidos en éste documento.
III.1.5.3 Equipo y materiales
Equipo de Ultrasonido para medir espesores: El equipo para medir espesores, debe tener las siguientes características: o Pantalla digital con o sin presentación en “barrido tipo A” o Sistema de almacenamiento de datos con capacidad de por lo menos 1000 lecturas. o Interfase y software para computadora. o Rango mínimo de medición de 0.025" (6 mm). o Resolución de 0.001" (0.01 mm). o Modo de medición: multi-eco para despreciar capa de pintura.
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o
Todos los equipos deben tener calibración vigente.
Equipo de Ultrasonido Detector de Fallas: El equipo de ultrasonido para la detección de fallas debe tener las siguientes características: o Pantalla con presentación en "barrido tipo A ó B" o Rango seleccionable en pasos fijos o continuamente variables de por lo menos 0.500" (12 mm) a 200" (5000 mm), velocidad ajustable. o Retardo de por lo menos 20 seg. a 999 seg. o Control de ganancia de 0 a 100 dB con pasos seleccionables de por lo menos 0.5 dB a 6 dB. o Modo de prueba pulso-eco y doble elemento, compuerta controlable a lo largo de toda la gama de barrido con alarma audible y/o visual y segundo umbral de inicio separados en el modo de medición multi-eco. o Memoria para almacenar lecturas de espesores y formas de onda, interface y software para computadora. o Curva DAC en pantalla y localización de discontinuidades por medio de funciones trigonométricas. Transductores: Se deben emplear transductores de doble cristal, haz recto y haz angular. Tamaño: Los tamaños recomendados de transductores son: desde 1 4 de pulgada (6.4 2 mm) de diámetro ó 1 4 de pulgada cuadrada a 1 pulgada (25.4 mm) ó 1 1 8 de pulgada (28.6 mm) de diámetro. En general, se debe seleccionar el diámetro del elemento transductor adecuado que permita un acoplamiento 100% de un área de contacto con la superficie de inspección. Haz Angular: Deben emplearse transductores con ángulos de refracción de 45º y complementar el barrido con transductores de 60º; el rango de frecuencia nominal es de 2.0 MHz a 5.0 MHz Estos transductores serán empleados para barridos en cordones de soldadura y para evaluar daños por hidrógeno. Haz Longitudinal: Se pueden emplear transductores con superficie de contacto plana ó cóncava; el rango de frecuencia nominal es de 3.5 MHz a 10.0 MHz. Estos transductores serán empleados para medir espesores con discriminación de pintura y para barridos en el metal base adyacente a cordones de soldadura previo a la inspección con haz angular. o Doble Cristal: Se pueden emplear transductores con un rango de frecuencia nominal de 3.5 MHz a 10.0 MHz. Estos transductores serán empleados para medir espesores en superficies sin pintura y para barridos en zonas donde se requiera evaluar corrosión interna, desgaste por erosión y daños por hidrógeno. Acoplante: Se empleará aceite, goma de celulosa o vaselina como acoplante. Se debe emplear el mismo acoplante para la calibración y la inspección. La selección de acoplante será de acuerdo al acabado superficial del material a inspeccionar, y preferentemente se empleará vaselina. Bloques de Calibración: Se deberán emplear bloques de calibración de velocidad conocida o del mismo material a ser inspeccionado. Para transductores de Haz Angular: Para la calibración en distancia se puede utilizar el bloque IIW tipo 1 ó 2, ó también se pueden utilizar los bloques complementarios, DSC y el angular miniatura (M.A.B.). Para el ajuste de sensibilidad se empleará el bloque básico de calibración tipo ASME; las características de estos bloques se indican en los anexos A, B, C Y D, respectivamente. Para transductores de Haz Longitudinal: Para la calibración en distancia se emplearán los mismos bloques indicados arriba, adicionalmente se pueden utilizar bloques de 4 ó 5
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pasos. Para el ajuste de sensibilidad se utilizará una zona de la pieza a inspeccionar que se encuentre libre de indicaciones de discontinuidad, cuando se vaya a evaluar la zona de barrido para haz angular. Cuando se vaya a efectuar un barrido para evaluar zonas específicas del tubo (no zonas de barrido para haz angular) ó evaluaciones de cordones de soldadura que están esmerilados al ras del metal base, entonces trazar una curva DAC con las reflexiones provenientes del bloque básico tipo ASME: trayectorias 1 4 T, 1 2 T y 3 T. 4 Bloque Básico de Calibración Tipo ASME: La figura del anexo D, muestra la configuración con tamaños y localización de barrenos. Cada espesor de soldadura debe ser representado por un bloque que tenga un espesor relativo a la zona inspeccionada. Donde dos o más espesores de metal base estén involucrados, el espesor del bloque de calibración debe ser suficiente para contener todo el haz de sonido necesario para la inspección. Soldaduras con Diámetros Mayores de 20.0" (508 mm): Para la inspección de materiales donde el diámetro de la superficie a inspeccionar es mayor de 20.0" (508 mm), un bloque básico de calibración curvado puede ser usado para calibración con haz recto y haz angular sobre superficies en un rango de curvatura de 0.9 a 1.5 veces el diámetro del bloque de calibración. Soldaduras con Diámetros de 20.0" (508 mm) y Menores: Para la inspección de materiales con diámetros de 20.0" (508 mm) y menores, se debe usar un bloque básico de calibración curvado. Se puede usar un solo bloque básico para realizar calibraciones de inspecciones en superficies con un rango de curvatura de 0.9 a 1.5 veces el diámetro del bloque de calibración. Por ejemplo, un bloque básico curvado de 8.0" de diámetro puede ser usado para calibrar e inspeccionar superficies con un rango de curvatura de 7.2" (183 mm) a 12.0" (305 mm) de diámetro. Para cubrir el rango de 0.94" (24 mm) a 20.0" (508 mm) de diámetro se requieren únicamente seis bloques curvados, como se indica en la gráfica del anexo E. Para transductores de Doble Cristal: La calibración en distancia se efectuará en bloques de 4 ó de 5 pasos; cuando se hagan barridos, para evaluar sanidad, el ajuste de sensibilidad se efectuará contra el barreno del bloque de calibración básico tipo ASME, trazando la curva DAC, con las trayectorias de 1 4 T, 1 2 T y 3 4 T .
Todos los bloques que se utilicen deberán tener las mismas propiedades acústicas (atenuación y velocidad) del material a ser inspeccionado.
III.1.5.4 Calibración y verificación
Linealidad Vertical: El instrumento ultrasónico debe tener una linealidad vertical dentro de ±5% de la altura total de la pantalla, al menos dentro del 20% al 80% de altura de la pantalla calibrada (desde la línea de tiempo base a un punto máximo de la pantalla calibrada). Linealidad del Control de Amplitud: El instrumento ultrasónico debe tener una linealidad del control de amplitud de +20% de su rango útil, con relación a la amplitud nominal, para permitir la medición de indicaciones más allá del rango lineal de la presentación vertical de la pantalla. Verificación y Calibración: La linealidad de la altura de la pantalla y la linealidad del control de amplitud deben verificarse y evaluarse de acuerdo con ASTM E-317. La verificación y evaluación de la linealidad vertical y de la linealidad del control de amplitud del instrumento
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ultrasónico, debe realizarse; al principio de cada período de uso intensivo, ó cada tres meses, lo que sea menor. El funcionamiento adecuado del equipo de inspección debe ser verificado al principio y al final de cada inspección, cuando sea cambiado el personal y en cualquier momento que se sospeche un mal funcionamiento. Los patrones de referencia usados para la calibración deben tener trazabilidad a NlST o un patrón nacional. La calibración de los equipos se debe realizar anualmente. Cuando sea cambiada cualquier parte del sistema de inspección, se debe efectuar una verificación de la calibración en el bloque básico de calibración en, al menos, uno de los reflectores básicos, para asegurar que los puntos de referencia en la línea de tiempo base y los valores de corrección distancia amplitud registrados satisfagan los requisitos de la calibración. Si durante cualquier verificación se determina que el equipo de prueba no está funcionando adecuadamente, todas las zonas que fueron inspeccionadas hasta la última calibración válida del equipo deben ser re-inspeccionadas.
III.1.5.5 Instrucciones Preparación de la superficie
Metal Base: El metal base en cada lado de la soldadura debe estar libre de salpicaduras de soldadura, irregularidades de la superficie o de material extraño que pudiera impedir el desplazamiento libre y continuo del transductor en la zona de barrido. Metal de la Soldadura: Donde la superficie de la soldadura interfiera con el examen, la soldadura deberá ser preparada, como sea requerido, para permitir la inspección. La preparación de la superficie de barrido puede ser efectuada con chorro de arena a presión y/o cepillo de alambre. La superficie debe estar limpia y seca. Cada soldadura seleccionada debe inspeccionarse en toda su circunferencia. Identificación: En caso de localizarse una indicación relevante, se procederá a realizar una inspección detallada para determinar el tipo, la posición y dimensiones de la discontinuidad. De confirmarse la existencia del defecto, sobre el cuerpo del elemento y a un costado de la soldadura deberá marcarse la extensión de la sección dañada, el número de identificación asignado al defecto, así como el nombre de la compañía y fecha de inspección, utilizando pintura indeleble y de color contrastante con el metal. Barrido para evaluar Sanidad: En caso de detectar un punto con una reducción del espesor de pared mayor al 18% del espesor nominal, deberá realizarse un barrido continuo, empleando un equipo detector de fallas, con haz recto o doble cristal, alrededor del punto, abarcando como mínimo un radio de 2.0" (50 mm) como se muestra en la figura del anexo F, todos los puntos circundantes al mismo, señalados en el mallado, deberán ser inspeccionados de nuevo. Si existen lecturas que generen pérdida del reflejo de pared posterior o demasiado ruido, sean dudosas o de difícil interpretación, deberá procederse como se indica en el párrafo anterior y, además, alrededor del punto inspeccionado, dentro del radio de 2.0" (50 mm). Deberá realizarse un barrido continuo empleando un equipo detector de fallas para determinar el tipo y la zona que abarca la indicación. De confirmarse la existencia de algún defecto, se procederá a realizar una inspección detallada del área para determinar con mayor precisión la posición (profundidad), geometría y dimensiones (largo y ancho) de la anomalía. En este caso, sobre el elemento deberá marcarse el perfil del defecto localizado, su número de identificación, así como el
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nombre de la compañía y fecha de inspección, utilizando pintura indeleble y de color contrastante. Desarrollo de la Inspección. Todas las condiciones de operación como son acabado superficial, frecuencia del transductor, calibración del sistema, tipo de transductor y acoplante empleado deben ser las mismas durante la calibración y la inspección. Inspección con Haz Longitudinal:
Antes de la inspección de cordones de soldadura con haz angular, debe realizarse un barrido al 100% del metal base desde el borde de la soldadura hasta el límite lejano de la zona de barrido, para detectar reflectores que puedan afectar la interpretación de los resultados en la inspección por haz angular; dichos reflectores deben ser interpretados y evaluados de acuerdo al criterio del Nivel III en E.N.D. Cuando se inspeccionen soldaduras de producción hechas recientemente, el ajuste de sensibilidad será con el método de reflexión de pared posterior (RPP), ajustando la primera RPP al 80% de amplitud. El rango de calibración en distancia debe ser aproximadamente el doble del espesor a inspeccionar. Cuando se inspeccione solo metal base, zonas de corrosión o soldaduras que ya tienen tiempo en servicio, el ajuste de sensibilidad se hará como se indica en el apartado III.1.6.3.
Inspección con Haz Angular:
La calibración en distancia de recorrido del haz debe ser seleccionada en base al cálculo de la "Trayectoria en V” en la pieza a inspeccionar, preferentemente debe usarse la primera y segunda pierna; el rango debe ser en múltiplos de 5. El ajuste de sensibilidad se hará mediante el trazo de la curva DAC empleando el bloque básico tipo ASME, indicado en el anexo D, de la siguiente forma: Obtener las trayectorias de 1 8, 3 8, 5 8 y 9 8 de la "Trayectoria en V"; ajustar al 80% de amplitud la indicación más alta de las cinco obtenidas anteriormente, marcar sobre la pantalla los puntos de máxima amplitud de cada una y unir con una línea los puntos marcados para así obtener la curva de Corrección Distancia Amplitud (curva DAC). Cuando se use la función DAC electrónica del instrumento, la Línea de Amplitud de Referencia (ARL) se debe ajustar al 50% de amplitud. Selección del Ángulo de Refracción. La selección se hará de acuerdo a la tabla mostrada en el anexo G.
Barrido con Haz Angular para Reflectores Orientados Paralelamente a la Soldadura o Zonas de Corrosión.
El haz angular debe ser dirigido a, aproximadamente, ángulos rectos con respecto al eje de la soldadura desde ambos lados de la soldadura, como se muestra en las figuras del anexo H, barridos A, B y C, descritos a continuación: o o Barrido A: Rotación del transductor a un ángulo de 10 . o Barrido B: Barrido a lo ancho de la zona de barrido. o Barrido C: Barrido a lo largo de la zona de barrido.
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Barrido con haz angular para reflectores Orientados Transversalmente a la Soldadura o Zonas de Corrosión.
El haz angular debe ser dirigido, esencialmente, paralelo al eje de la soldadura desde dos direcciones, como se muestra en las figuras del anexo H, barridos D y E, descritos a continuación: o Barrido D: Aplicable cuando la soldadura es preparada al ras del material base. o Barrido E: Aplicable cuando la soldadura no es preparada al ras del material base, el barrido debe realizarse a ambos lados de la soldadura. El ángulo de barrido o e =15 máximo.
Requisitos de barrido
Nivel de Barrido: El barrido debe realizarse a un ajuste de ganancia de por lo menos, dos veces del nivel de referencia primario. Velocidad de Barrido: La velocidad de barrido no debe ser mayor a 6 pulg/seg. (152.4 mm/seg). Traslape Mínimo: En barridos, cada paso del palpador debe traslaparse un mínimo del 10% de la dimensión del elemento piezoeléctrico, perpendicular a la dirección del barrido.
Indicaciones Registrables
Medición de Espesores: Todas las lecturas de espesor serán registradas para su análisis. Haz recto. Se registrará cualquier indicación que cause pérdida completa de la reflexión de pared posterior cuando se inspeccione la zona de barrido para haz angular. Para la inspección de zonas con corrosión interna se debe delimitar la zona afectada mediante la técnica de caída de 6 dB, indicando cuantitativamente la zona más dañada (espesor mínimo detectado). Haz Angular y Haz Recto: Todas las imperfecciones que produzcan una amplitud de señal mayor al 20% con respecto al nivel de referencia, serán investigadas para determinar la forma, identidad y localización para evaluarlas en términos de los criterios de aceptación aplicables. Para cada indicación de discontinuidad registrable debe suministrarse la siguiente información: a) Máxima amplitud de la indicación, expresada en porcentaje de DAC. b) Profundidad de la discontinuidad a partir de la superficie de barrido. c) La localización de la discontinuidad en un croquis de la pieza o material inspeccionado. d) La orientación de la discontinuidad. e) Longitud de la discontinuidad. f) Tamaño equivalente de la discontinuidad. g) Tipo de discontinuidad (lineal, puntual, volumétrica, aislada, agrupadas, etc.).
Evaluación de Indicaciones.
Medición de Espesores para Sistemas de Tubería para el Transporte de Líquidos Hidrocarburos, Gas y Petróleo Liquido (ASME B31.4). Corrosión General. Si la corrosión general ha reducido el espesor de pared nominal de la tubería a menos del espesor de diseño calculado con la siguiente formula, la sección o tramo de tubería debe ser reemplazado o reparado:
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Donde:
t = (P*D)/(2*S)
S=0.72*E*R o o o o o o o o
Donde: P = Presión interna de diseño, psi (Bar); debe ser mayor o igual a la presión máxima de operación. t = Espesor de diseño calculado en pulg. (mm). E = Factor de eficiencia de junta soldada longitudinal. D = Diámetro exterior del tubo, en pulg. (mm). S = valor del esfuerzo aplicable permitido psi (Mpa). 0.72 = Factor de diseño basado en el espesor de pared nominal (constante). R = Limite elástico mínimo especificado. De acuerdo a la tabla del anexo I.
Nota: Las tablas del anexo I muestran los valores más comunes de los esfuerzos aplicables permitidos (E) para este tipo de tuberías. Corrosión localizada (Pitting)
Si la corrosión localizada ha disminuido el espesor de pared de la tubería a menos del espesor de diseño calculado, la tubería debe ser reparada, remplazada u operada a una presión menor. Esto es aplicable si la longitud del área corroída es mayor a la permitida por la formula mostrada abajo. Este método aplica únicamente cuando la profundidad de la corrosión es menor del 80% del espesor de pared nominal. El área corroída debe estar limpia y sin recubrimiento del metal. Se debe tener especial cuidado con la limpieza de las tuberías presurizadas, cuando el grado de corrosión es significativo.
𝑳𝒄 = 𝟏. 𝟏𝟐 𝑩 𝑫 𝒕
𝑩=
o o o o o
𝒅/𝒕 𝟏.𝟏 𝒅/𝒕 −𝟎.𝟏𝟓
Donde: Lc = longitud máxima calculada del área corroída. D = diámetro exterior. B = valor ecuación 2: (si B > 4, considerar B = 4),si % de prof. de corrosión está entre 10% y 17.5% considerar B=4) t = espesor nominal de pared adyacente.
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Medición de espesores para sistemas de tuberías para la transmisión y distribución de gas, (ASME B31.8).
Las lecturas de espesores serán evaluadas en base al espesor nominal de pared correspondiente a la presión de diseño, obtenida con la formula siguiente:
t = (P*D)/2(S*F*T) o o o o o o
Donde: P = Presión de diseño psi. (Mpa); debe ser mayor o igual a la presión máxima de operación. S = Limite elástico mínimo especificado, psi. (Mpa), de cuerdo con la tabla del anexo I F = Factor de diseño basado en la densidad de población de acuerdo con la tabla del anexo K. T = Factor de corrección por temperatura de acuerdo con la tabla del anexo L. D = Diámetro exterior del tubo en pulg. (mm).
Para las tuberías que operan a un 40% o más de la resistencia mínima especificada a la cedencia, la resistencia remanente del área corroída se debe determinar de la siguiente manera:
Determinar la profundidad “c” del área de corrosión, ver figura del anexo J. Si “c” es menor del 10% del espesor de pared nominal “tn”, no es requerida ninguna reducción de la Presión Máxima Permitida de Operación (PMPO). Si “c”, es mayor del 80% de “tn”, se deben tomar medidas para remover de operación el segmento afectado. Determinar la longitud efectiva “L” de la corrosión, a lo largo del eje longitudinal de la tubería, ver figura del anexo J. Calcular el factor adimensional “A” de acuerdo a la siguiente fórmula:
𝑨 = 𝟎. 𝟖𝟗𝟑
𝑳𝑹 𝑫𝒕
Donde: D = Diámetro exterior de la tubería A = valor ecuación 4: (si A > 4, utilizar la ecuación 7) (si A≤4 utilizar la ecuación 6) LR = longitud real del área corroída.
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Para valores de "A” iguales o menores de 4.0:
𝑷. = 𝟏. 𝟏 𝑷
𝟏 − 𝟐/𝟑 𝒅/𝒕 𝟐 𝒅 𝟏− 𝟑 𝒕 𝑨𝟐+𝟏
Donde: P'= Máxima presión de seguridad para el área corroída. P = La presión de diseño (sin considerar el factor de la junta) o la presión máxima permitida de operación (PMPO), la que sea mayor. Excepto que P' no pueda exceder P.
Para valores de "A” mayores de 4.0:
P'= 1.1 P (1 - d / t)
Excepto que P' no pueda exceder a P. Si la PMPO establecida, es igual o menor de P', la región corroída puede permanecer en servicio a la PMPO si se encuentra protegida de una corrosión mayor. Si esto es mayor que P´, la PMPO debe ser reducida de tal forma que P' no sea excedida, o bien la región corroída debe ser reparada o sustituida.
Barrido para Evaluar Sanidad.
Adicionalmente a la medición de espesores, se debe realizar la interpretación de las indicaciones registrables con un equipo detector de fallas, para determinar el tipo de imperfección que las produce, con base a su ubicación, extensión, forma de la indicación y su comportamiento en el oscilograma. La evaluación será efectuada tomando como base el tipo de discontinuidad interpretada, tamaño equivalente o longitud y la amplitud de la indicación con respecto al nivel de referencia. Para evaluar daños por hidrógeno (ampollas), la inspección con haz recto o doble cristal o será complementada con un barrido utilizando un transductor de haz angular a 45 , dirigiendo el haz preferentemente de forma transversal al eje de la tubería. Todas las indicaciones que produzcan una respuesta mayor al 20% del nivel de referencia, deben ser investigadas, hasta donde sea posible, para determinar la localización, forma, extensión y tipo de reflector que la causa y debe ser evaluada de acuerdo con los siguientes criterios: a) Las indicaciones lineales que sean interpretadas como grietas de cráter o de estrella localizadas en la superficie de la soldadura y que tengan una longitud mayor a 5 32" (3.96 mm) son aceptables. Cualquier otro tipo de grieta es inaceptable, sin importar el tamaño o localización en la soldadura. b) Indicaciones lineales (no grietas), interpretadas como abiertas a la superficie de la soldadura, son inaceptables, si éstas tienen una longitud total mayor de 1.0" (25.4 mm.) en una longitud continua de soldadura de 12.0" (304.8mm.), o representan una longitud de soldadura del 8%. c) Indicaciones lineales internas en la soldadura, son inaceptables, si éstas tienen una longitud total mayor a 2.0" (50.8 mm) en una longitud continua de soldadura de 12.0" (304.8 mm) o representan el 8% de la longitud de la soldadura.
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Es inaceptable la falta de fusión y de penetración sin desalineamiento, bajo las siguientes condiciones: a) Si la longitud de una indicación individual excede 1.0" (25.4 mm). b) Si la suma de indicaciones excede 1.0" (25.4mm) en una longitud continua de 12" (304.8 mm) de soldadura. c) Si la suma de indicaciones excede el 8% de la longitud continua en cualquier cordón de soldadura menor a 12" (308.4 mm) de longitud. d) Falta de fusión comunicada a la superficie, son inaceptables, si éstas tienen una longitud total mayor de 1.0" (25.4 mm.) en una longitud continua de soldadura de 12.0" (304.8 mm.), o representan una longitud de soldadura del 8%. Es inaceptable la falta de penetración debido a desalineamiento, bajo las siguientes condiciones: a) Si la longitud de una indicación individual excede 2.0" (50.8 mm). b) Si la suma de indicaciones individual excede 3" (76.2 mm) en una longitud continua de 12" (304.8 mm) de soldadura.
Criterios de Aceptación para Uniones Soldadas de Recipientes a Presión (ASME, Sec. VIII, Div. 1, App. 12). Todas las indicaciones que produzcan una respuesta mayor al 20% del nivel de referencia deben ser investigadas en su extensión para determinar la forma, identidad, localización y evaluarlas de acuerdo con los siguientes criterios: a) Indicaciones caracterizadas como grietas, falta de fusión y penetración incompleta, deben ser inaceptables sin importar su longitud. b) Otras imperfecciones, diferentes a las indicadas en (a), serán inaceptables si las indicaciones exceden el nivel de amplitud de referencia y su longitud excede: o 1 4" (6.35 mm) para "t" hasta 3 4" (19.05 mm). o 1 3" (8.47 mm) para "t" desde 3 4" (19.05 mm) hasta 21 4 “ (57.15 mm). o 3 4" (19.05 mm) para "t" mayor a 2 1 4" (57.15 mm). Donde “t” = El espesor de la soldadura, excluyendo cualquier refuerzo. En soldaduras a tope donde los dos miembros a unir tienen espesores diferentes, "t" es el espesor del miembro más delgado. Limpieza Posterior.
La superficie de todos los elementos inspeccionados deberá limpiarse para eliminar los residuos del acoplante utilizado. El agente limpiador deberá ser biodegradable, no tóxico y preferentemente soluble en agua.
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III.1.5.6 Reporte de Resultados Los resultados de inspección deberán ser presentados en formatos de reporte que contengan como mínimo la siguiente información, los cuales se muestran en el anexo M:
Información General: Fechas de inspección y de elaboración del reporte de inspección Nombre de la instalación Fecha de construcción y de inicio de operación de la instalación Nombre o identificación y ubicación del elemento inspeccionado Nombres, niveles y firmas del inspector, y de quien elabora, revisa y aprueba el reporte
Datos Operativos y de Diseño:
Tipo y temperatura del producto Tipo de flujo del producto (estacionario, laminar, intermitente o constante) Sistemas de protección del elemento (recubrimiento, protección catódica, inhibidores) Diámetro y espesor nominales del elemento Especificación y grado del material de fabricación del elemento Presión actual de operación Presión de diseño Clase de localización. Información sobre el Procedimiento de Inspección: o Nombre y No. del procedimiento de inspección utilizado o Marcas y modelos de los equipos y accesorios o Tipo, dimensiones y frecuencia del transductor o Angulo de inspección o Accesorios especiales con especificaciones o Métodos de calibración y de ajuste de sensibilidad empleados o Bloques de calibración o Tipo de inspección o Condición superficial o Tipos de acoplantes Resultados: o Espesor mínimo detectado en la zona sana. o No. de identificación de las indicaciones relevantes. o Forma de las indicaciones (puntual, lineal, elíptica, rectangular, circular, etc.) o Ubicación de las indicaciones relevantes: o Profundidad, horario y distancia con respecto a un punto o línea de referencia. Dimensiones: o Largo (longitud axial), ancho (longitud circunferencial) y longitud radial, si aplica. o Observaciones adicionales, según considere el inspector. Figuras: o Isométrico básico de la instalación superficial o Fotografías del elemento inspeccionado, en formato de35 mm. o Oscilogramas de las indicaciones relevantes. o Croquis de planta del elemento inspeccionado, indicando con detalle: dimensiones, puntos y líneas de referencia, dirección del flujo, posición de la soldadura longitudinal (de fabricación), zonas inspeccionadas, y perfiles o puntos con indicaciones relevantes.
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IV CONCLUSIONES 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, como mencionamos en el punto 2.1, 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.
V GLOSARIO ASNT: American Society for Nondestructive Testing. ASTM: American Society for Testing Materials. AWS: American Welding Society. E.N.D.: Ensayos No Destructivos. IACS: International Association of Classification Societies LTD. NACE: National Association of Corrosion Engineers NIST: National Institute of Standards and Technology. PMPO: Presión Máxima Permitida en Operación. TRC: Tubo de Rayos Catódicos.
VI RECOMENDACIONES Es recomendable implementar un sistema de calidad para que el técnico a cargo de la inspección tenga un estricto control de todas las acciones de las indicaciones y la información correspondiente a la inspección realizada utilizando los formatos necesarios de los reportes de inspección que se muestran en el anexo “M” para poder tener acceso de una manera eficiente cuando sea necesario evitando así pérdida de tiempo y de valiosos recursos para la elaboración del reporte técnico final.
VII REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANSI/ASME Code, B31.4, Liquid Transportation Systems for Hydrocarbons Liquid Petroleum Gas, Anhydrous Ammonia, and Alcohols. Edición 1998 (Código ANSI/ASME B31.4, Sistemas de trasportación de líquidos para hidrocarburos, gas líquido de petróleo anhidro de amonia y alcoholes, edición 1998). ANSI/ASME Code, B31.8, Gas Transmission and Distribution Piping Systems Edition 1999. (Código ANSI/ASME B31.8 Sistemas de tubería para la transmisión y distribución de gas. Edición 1999).
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API Standard 1104. Welding of Pipelines and Related Facilities. Edition 1999. (Norma API 1104. Unión con soldadura de tuberías y dispositivo relacionados. Edición 1999). ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section V, Article 5, Edition 1998. (Código ASME para recipientes a Presión y Calderas, Sección V, Artículo 5, Edición 1998). ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section VIII, Division 1, Edition 2002 (Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas, Sección VIII, Artículo 1 Edición 2002). ASTM E-164. Standard Practice for Ultrasonic Contact Examination of Weldments. Edition 1997. (ASTM E-164. Práctica normalizada para la inspección con ultrasonido por contacto de ensambles unidos con soldadura. Edición 1997). Manual de cursos de ensayos No Destructivos de la Cia. Servicios Marinos y Terrestres, S.a. de C.V. Práctica Recomendada No. SNT-TC-1ª Ed. 2001. Calificación y Certificación de Personal en Pruebas No Destructivas.
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ANEXOS
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Anexo “A”
Block de calibración tipo IIW
49
Anexo “B”
Block de calibración tipo DSC
50
Anexo “C”
Block de calibración tipo MAB
51
Anexo “D”
Block de calibración básico ASME
52
Anexo “E”
Grafica para la selección de bloques curvados
53
Anexo “F”
Inspección de puntos que presentan indicaciones significantes.
Puntos y área adyacentes a un punto que presenta indicación significante y que deberán ser inspeccionadas a detalle.
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Anexo “G”
55
Anexo “H”
Tipos de barrido
Técnica de desplazamiento del transductor durante el proceso de inspección.
56
Anexo “I” Limite elástico minino especificado.
57
Anexo “J” Máxima longitud del área corroída
Grafica para obtener Pd como función de “t” para valores c mayores de 4.
58
Anexo “K”
Factor de diseño basado en la densidad de población.
59
Anexo “L”
Factor de corrección por temperatura.
60
Anexo “M” Formatos de inspección
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65
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ANEXO “L” PRACTICA RECOMENDADA
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