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Inspección por Ultrasonido (página 2)

Enviado por Josu Garca Navarro



Partes: 1, 2


Debido a las fuerzas interatómicas que existen entre las partículas adyacentes del material, un desplazamiento en un punto induce un desplazamiento en los puntos vecinos y así sucesivamente, originando entonces una propagación de ondas de esfuerzo-deformación. El desplazamiento real material que se produce en las ondas ultrasónicas es extremadamente pequeño.

La amplitud, modo de vibración y velocidad de las ondas se diferencian en los sólidos, líquidos y gases debido a las grandes diferencias que entre las distancias de sus partículas internas. Estas diferencias influencian las fuerzas de atracción entre partículas y el comportamiento elástico de los materiales.

La relación de velocidad con frecuencia y longitud de onda está dada por:

V = f.λ

Dónde V es velocidad (en metros por segundo), f es la frecuencia (en Hertz) y λ es la longitud de onda (en metros por ciclo).

Velocidad.

La velocidad de propagación es la distancia recorrida por la onda dividido por el tiempo empleado para recorrer esa distancia. La velocidad de los ultrasonidos en un material determinado depende de la densidad y elasticidad del medio que a su vez varían con la temperatura. La relación es directa, es decir, a mayor densidad del medio, mayor será la velocidad de transmisión de los ultrasonidos.

 Frecuencia.

Es el número de oscilaciones (vibración o ciclo) de una partícula por unidad de tiempo (segundo). La frecuencia se mide en Hertz (Hz). Un Hertz es una oscilación (ciclo) por segundo. Como los ultrasonidos son ondas de alta frecuencia, se utiliza como medida básica el MegaHertz (MHz) que es igual a un millón de Hz.

 Longitud de onda.

Es la distancia que existe entre dos puntos que se encuentran en el mismo estado de vibración.

Imagen que muestra esquema de longitud de onda.

Amplitud.

Es el máximo cambio producido en la presión de la onda, es decir la distancia máxima que alcanza la partícula vibratoria desde su posición inicial de reposo (altura de la curva senoidal).

La amplitud se relaciona con la intensidad. De este modo si aumentamos la intensidad de una onda determinada aumentaremos su amplitud. Durante la transmisión de las ondas, por efecto de su interacción con el medio, disminuye la intensidad de la onda en función de la distancia recorrida y como consecuencia se produce una disminución de su amplitud.

 Período.

Es el tiempo de una oscilación completa, es decir lo que tarda el sonido en recorrer una longitud de onda.

 Intensidad.

Es la energía que pasa por segundo a través de una superficie de área unidad colocada perpendicularmente a la dirección de propagación del movimiento.

La intensidad disminuye con la distancia.

Propiedades de las ondas ultrasónicas

Las ondas ultrasónicas pueden desplazarse por el medio en forma de ondas longitudinales (las partículas vibran en la dirección de propagación de la onda), transversales (las partículas vibran perpendicularmente) o de superficie (los movimientos de las partículas forman elipses en un plano paralelo a la dirección de propagación y perpendicular a la superficie).

Los ultrasonidos van a tener una característica muy importante que los diferencia de los sonidos de menor frecuencia, la direccionalidad, es decir, la onda ultrasónica no se propaga en todas direcciones sino que forma un haz de pequeño tamaño que puede ser "enfocado".

Además, de un modo análogo a lo que sucede con una onda luminosa, se pueden aplicar lentes acústicas que pueden modular el haz ultrasónico. Esto permite focalizar nuestro haz sobre la zona a explorar, quedando fuera de foco las que están situadas por delante o detrás de ese punto, es decir, lo mismo que en las ondas luminosas, existe el concepto de "profundidad de foco", que se aplicaría a todas las estructuras que quedan enfocadas utilizando un haz de unas características determinadas.

Ondas longitudinales ultrasónicas

Algunas veces llamadas ondas de compresión, son el tipo de ondas ultrasónicas mayormente utilizadas en la inspección de materiales. Estas ondas viajan a través de los materiales como series alternadas de compresión y succión en las cuales las partículas transmiten las vibraciones de regreso y la dirección de viaje de las ondas.

Las ondas longitudinales ultrasónicas y su correspondiente oscilación de partícula y onda de succión y compresión resultante se muestran esquemáticamente en la siguiente figura

Esquema de ondas ultrasónicas longitudinales,
oscilación de partícula, compresión y onda de succión

Una gráfica de la amplitud del desplazamiento de partícula versus viaje de onda en conjunto con la onda de succión a través de una cresta de compresión se muestra en la siguiente figura.

Amplitud del desplazamiento de partícula versus viaje de onda
La longitud de onda
λ es la distancia correspondiente a un ciclo completo

La distancia de una cresta a la otra (que es igual a la distancia de un ciclo completo de succión y compresión) es la longitud de onda λ. El eje vertical en la figura anterior puede representar presión en lugar de desplazamiento de partícula. El eje horizontal puede representar tiempo en lugar de distancia de viaje debido a que la velocidad del sonido es constante en un material dado y porque esta relación es usada en mediciones en inspecciones por ultrasonido.

Las ondas longitudinales ultrasónicas se propagan rápidamente en líquidos y gases así también como en sólidos elásticos.

La velocidad de una onda longitudinal ultrasónica es de 6000 m/s en aceros, 1500 m/s en agua y 330 m/s en aire.

Ondas transversales ultrasónicas

Las ondas transversales son también utilizadas ampliamente en la inspección ultrasónica de los materiales. Podemos visualizar las ondas transversales en términos de vibraciones como una cuerda que se agita rítmicamente en la que cada partícula en lugar de vibración paralela a la dirección del oleaje como a la onda longitudinal, vibra hacia arriba y hacia abajo en un plano perpendicular a la dirección de propagación.

Una onda transversal se ilustra esquemáticamente en la siguiente figura, donde se muestra la oscilación de la partícula, el frente de onda, dirección del viaje de la onda y longitud de onda correspondiente a un ciclo.

Esquema de ondas transversales (de corte).
La longitud de onda
λ es la distancia correspondiente a un ciclo completo

A diferencia de las ondas longitudinales, las ondas transversales no pueden ser soportadas por una colisión elástica de las partículas o moléculas adyacentes. Para la propagación de ondas transversales es necesario que cada partícula exhiba una elevada fuerza de atracción con las partículas o moléculas vecinas de tal manera que la partícula se pueda mover hacia atrás y adelante moviendo a la partícula vecina causando de este modo que el sonido se mueva a través del material con la velocidad asociada a las ondas transversales que es aproximadamente el 50% de la velocidad de las ondas longitudinales para el mismo material.

Aire y agua no soportan las ondas transversales, en los gases las fuerzas de atracción de las moléculas son tan pequeñas que las ondas transversales no pueden ser transmitidas.

Ondas superficiales

Son otro tipo de ondas ultrasónicas utilizadas en la inspección de materiales. Estas ondas viajan a través de la superficie plana o curva de materiales sólidos. Para la propagación de ondas de este tipo, las ondas deben de viajar a través de una interface limitada. Por un lado por las fuerzas elásticas de un sólido y por el otro lado fuerzas prácticamente insignificantes producidas por moléculas de gas.

Las ondas superficiales están sujetas a sufrir atenuación en un material dado como lo hacen las ondas longitudinales y transversales. Tienen una velocidad aproximada de 90% de la velocidad de las ondas transversales en el mismo material. La región dentro de la cual estas ondas se propagan con energía efectiva no es más gruesa que una onda propagada debajo de la superficie del metal.

A esta profundidad la energía de la onda es cerca del 4% de la energía de la onda en la superficie y la amplitud de la oscilación disminuye hasta un valor despreciable a grandes profundidades.

En las ondas superficiales la oscilación de las partículas generalmente siguen un patrón elíptico

Propiedades acústicas de algunos metales

Las propiedades acústicas de algunos metales se listan en la tabla siguiente, las propiedades acústicas de los metales y aleaciones están influenciadas por variaciones en la estructura y condiciones metalúrgicas

MÉTODOS

Métodos básicos de inspección

Los dos métodos más importantes para la inspección por ultrasonido son el método de transmisión y el método eco-pulsado. La principal diferencia entre estos dos métodos es que el método de transmisión involucra solo la medición de la atenuación de la señal, mientras que el método eco-pulsado puede ser utilizado para medir el tiempo de tránsito y la atenuación o disminución de la señal.

Método eco-pulsado

Es el más utilizado en inspecciones ultrasónicas, involucra la detección de ecos producidos cuando un pulso ultrasónico es reflejado por una discontinuidad o una interface en una pieza de trabajo. Este método es utilizado para detectar la localización de la falla y para medir espesores.

La profundidad de la falla está determinado por el "tiempo de vuelo" entre el pulso inicial y el eco producido por la falla. La profundidad de la falla también se puede determinar por el tiempo relativo de tránsito entre el eco producido por una falla y el eco de la superficie de respaldo.

Las dimensiones de las fallas se estiman comparando la amplitud de la señal del sonido reflejado por una interface con la amplitud del sonido reflejado desde un reflector de referencia de tamaño conocido o por una pieza de respaldo que no contenga fallas.

Método de transmisión

EL método de transmisión el cual incluye tanto reflexión como transmisión, involucra solo la medición de la atenuación o disminución de señal. Este método también se utiliza para la detección de fallas. En el método eco-pulsado, es necesario que una falla interna reflecte al menos una parte de la energía sonora sobre un transductor de recepción.

Los ecos de las fallas no son necesarios para su detección. El hecho de la que la amplitud de la reflexión de una pieza de trabajo es menor que la de una pieza idéntica libre de fallas implica que la pieza tiene una o más fallas. La técnica para detectar la presencia de fallas por la atenuación de sonido es utilizada en los métodos de transmisión así como en los métodos eco-pulsados.

La principal desventaja de los métodos de atenuación es que la profundidad de la falla no puede ser medida.

OTROS METODOS

Método de frecuencia modulada

Este método fue el precursor de los métodos de eco-pulsado, es otro método de detección de fallas. En el método FM los pulsos ultrasónicos son transmitidos en paquetes de ondas los cuales su frecuencia varía linealmente con el tiempo.

La variación en la frecuencia es repetitiva en los paquetes de ondas sucesivos de tal manera que si se grafica frecuencia contra tiempo se obtendrá un patrón de diente de sierra en la curva graficada. Existe un tiempo de demora entre paquetes sucesivos.

Los ecos que retornan se muestran o visualizan en una unidad de salida.

Aun cuando el método de frecuencia modulada es un método no tan común, como lo es el método de eco-pulsado. El método FM tiene una baja relación: ruido-señal y por lo tanto una buena opción en ahorro de energía.

Análisis espectral

Este método puede ser utilizado en los métodos de transmisión o eco-pulsado, involucra la determinación de un espectro de frecuencia de una onda ultrasónica después de que se ha propagado a través de la pieza. El espectro de la frecuencia puede ser determinado por la transmisión de un pulso y utilizando un transformador de Fourier.

Los análisis espectrales pueden ser utilizados para medir especímenes de espesores delgados.

Conducción de sonido

Es utilizado en la detección de fallas por el monitoreo de la intensidad de formas de ondas arbitrarias en un punto determinado de la pieza a inspeccionar. Estas ondas transmiten energía ultrasónica las cuales son alimentadas a la pieza en algún otro punto sin la existencia de un patrón de haz bien definido entre los dos puntos.

MÉTODOS ECO-PULSADOS

En el método eco-pulsado pequeñas ráfagas de energía ultrasónica (pulsos) son introducidas dentro de la pieza de trabajo a intervalos regulares de tiempo. Si los encuentra una superficie reflectiva, toda o alguna parte de la energía es retornada. La proporción de energía que es reflexiva es altamente dependiente del tamaño de la superficie reflectiva en relación con el tamaño del haz incidente.

La dirección del haz reflejado (eco) depende de la orientación de la superficie reflectiva respecto a la dirección de incidencia del haz. La energía reflejada es monitoreada, ambas, la cantidad de energía reflejada en una dirección específica y el tiempo de demora entre la transmisión del pulso inicial.

Principio de los métodos eco-pulsados:

La mayoría de los equipos de eco-pulsado consisten en:

  • En reloj electrónico.
  • Un generador electrónico de señal o pulsador.
  • Un transductor de envío.
  • Un transductor de recepción.
  • Un amplificador de eco-señal.
  • Un dispositivo de salida.

PRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN ECO-PULSADA

La información del método de eco-pulsado puede ser desplegada en diferentes formas. Las formas básicas son:

Escaneos-A: Este formato provee un desplegado cuantitativo de señales y tiempo de vuelo obtenidos en un punto simple en la superficie de la pieza. El desplegado del escaneo tipo A, que es el formato más utilizado, puede ser empleado para analizar el tipo, localización y tamaño de una falla.

Escaneos-B: Este formato provee un desplegado cuantitativo de "tiempo de vuelo" obtenido a través de una línea de la pieza. El escaneo tipo B muestra la profundidad relativa de los reflectores y es usado principalmente para determinar el tamaño (longitud en una dirección), localización (posición y profundidad) y de alguna manera la forma y orientación de fallas largas.

Escaneos-C: Este formato provee un desplegado semi-cuantitativo o cuantitativo de señales de amplitudes obtenidos sobre un área de la pieza a evaluar.

Esta información puede ser utilizada para ubicar las fallas en una vista de la pieza de trabajo.

Los escaneos tipo A y B son generalmente presentados en la pantalla de un osciloscopio, los escaneos tipo C son almacenados por una máquina de de coordenadas o desplegados en un monitor de computadora.

Desplegado del escaneo tipo A.

Es básicamente una gráfica de amplitud versus tiempo, en la cual una línea horizontal sobre un osciloscopio indica el tiempo transcurrido mientras que el eje vertical indica las deflexiones (llamadas indicaciones o señales) representan los ecos.

Diagrama típico de bloque de un escaneo tipo A, incluyendo el desplegado visual, para un ultrasonido eco-pulsado básico.

El tamaño de la falla se puede estimar comparando la señal de la amplitud de una discontinuidad con una señal de una discontinuidad de un tamaño y forma conocido. La señal de discontinuidad debe de ser corregida para evitar pérdidas de distancia.

La localización de la falla (profundidad) se determina por la posición del eco de la falla en la pantalla del osciloscopio.

Desplegado del escaneo tipo B.

Es básicamente una gráfica de tiempo versus distancia, en el cual un eje ortogonal en el desplegado corresponde al tiempo transcurrido, mientras que el otro eje representa la posición del transductor a través de una línea sobre la pieza de trabajo relativa a la posición del transductor al inicio de la inspección.

La intensidad del eco no es medida directamente porque ya es medida en el escaneo tipo A, pero es regularmente indicada semi-cuantitativamente por el brillo relativo del eco que generan las indicaciones en el osciloscopio.

Un arreglo típico de escaneo tipo B se muestra en la siguiente imagen.

Imagen que muestra un arreglo de escaneo tipo B.

Las funciones del sistema son idénticas al tipo A excepto por que el desplegado es realizado sobre una pantalla de osciloscopio. Los ecos están indicados por puntos brillantes en la pantalla a diferencia del A que maneja deflexiones.

Desplegado del escaneo tipo C.

Almacena ecos de las porciones internas de las piezas a examinar como función de la posición de cada interface reflectiva dentro de un área.

La profundidad de la falla normalmente no es almacenada, pero puede ser medida semi cuantitativamente

Diagrama típico de un arreglo de escaneo tipo C

INTERPRETACIÓN DE LA INFORMACIÓN ECO-PULSADA

La interpretación de la información eco-pulsada es relativamente directa para el escaneo tipo B y tipo C. El escaneo tipo B siempre almacena la reflexión principal. Mientras que los ecos internos o pérdida de reflexión de respaldo o ambos son interpretados como indicaciones.

TÉCNICAS DE HAZ ANGULAR

En las técnicas de haz angular, el pulso de sonido incidente penetra la pieza a evaluar, en un ángulo oblicuo en lugar de un ángulo recto. En contraste con las pruebas de haz recto, este método elimina los ecos de la superficie posterior y frontal y solo despliega reflexiones causadas por discontinuidades que son normales al haz de incidencia

Imagen que muestra técnica de haz angular con un transductor en una placa y en un tubo.

El haz de sonido entra en el material a inspeccionar con cierto ángulo y se propaga por reflexiones sucesivas en forma de zigzag por los límites del espécimen hasta que sea interrumpido por una discontinuidad o un límite donde el haz se regrese de dirección y se refleje al transductor.

Las técnicas de haz angular son utilizadas generalmente para evaluar soldaduras, tuberías, hojas y placas de material y especímenes de forma irregular (como soldaduras) donde un haz recto es imposible que esté en contacto con toda la superficie.

Las técnicas de haz angular son también utilizadas en la localización de fallas cuando existe una pérdida de reflexión de retroalimentación

METODOS DE TRANSMISION

En este tipo de método la transmisión de es realizada por haz directo o reflectivo, las fallas son detectadas comparando la intensidad del ultrasonido transmitido a través de la pieza contra la intensidad transmitida a través de una referencia estándar fabricada del mismo material.

Las pruebas de transmisión requieren de dos unidades de búsqueda, una para transmitir las ondas ultrasónicas y otra para recibirlas.

Un buen acoplamiento es crítico para los métodos de transmisión debido a las variaciones de sonido durante la transmisión.

AWS D1.1.

Prueba de ultrasonido en uniones de ranura soldadas.

6.20 General

6.20.1.- Estándares y procedimientos.

Los procedimientos y estándares establecidos en la sección F gobernarán la inspección por ultrasonido en soldaduras por ranura y ZAC entre espesores de 5/16" y 8" (8mm a 200 mm) inclusive cuando la examinación sea requerida por el punto 6.14 de código. Para espesores menores a 5/16"o mayores que 8", la prueba deberá de ser desarrollada conforme al anexo K. Estos procedimientos y estándares deberán prohibirse para evaluar conexiones tubo-tubo, T, Y o conexiones tipo K.

6.20.2 Variaciones.

El anexo K es un ejemplo del desarrollo de una técnica alternativa para desarrollar examinación por ultrasonido de soldaduras de ranura. Variaciones en el proceso de evaluación, equipo, y estándares de aceptación no incluidos en la parte F de la sección 6 podrán ser usadas en acuerdo con el ingeniero. Tales variaciones incluyen otros espesores, geometrías de las soldaduras, tamaño de transductores, frecuencias, superficies pintadas, técnicas de prueba, etc. Las variaciones aprobadas deberán ser registradas.

6.20.3 Porosidad en tubería.

Para detectar posible porosidad en tubería la práctica RT es recomendada para suplementar la examinación UT para soldaduras ESW o EGW.

6.20.4 Metal Base.

Estos procedimientos no intentan emplearse en para realizar pruebas sobre metal base. De todas formas, discontinuidades relacionadas con soldadura (grietas, laminaciones, etc.) en el metal base adyacente las cuales según este código no serían aceptables deberán de ser informadas al ingeniero en jefe.

6.21 Requerimientos de calificación.

En acorde con los requerimientos del punto 6.14.6 de éste código, la calificación de un operador para realizar pruebas UT debe de incluir una evaluación práctica que deberá de estar basada en los requerimientos de este código. Esta evaluación requiere que el operador de la prueba UT demuestre su habilidad para aplicar las reglas de este código para la adecuada detección de discontinuidades.

6.22 Equipo UT.

6.22.1 Requerimientos de equipo.

Los instrumentos utilizados en la prueba UT deberán de ser de tipo eco-pulsados diseñados para trabajar con transductores que oscilen en frecuencias entre 1 y 6 MHz.

6.22.2 Linealidad Horizontal.

La linealidad horizontal del instrumento de pruebas deberá de estar calificada de acuerdo a la distancia del patrón completo de sonido a ser utilizada en la prueba UT de acuerdo a lo establecido en el punto 6.30.1.

6.22.3 Requerimientos de los instrumentos de prueba.

Los instrumentos de prueba deberán de incluir una estabilización interna para que después de que el instrumentos se haya calentado previamente para su operación no existan variaciones mayores que +/- 1 dB debido a un cambio de voltaje nominal de 15%. Deberá de existir una alarma o un dispositivo que monitoree en caso de caída de voltaje en la batería antes de que el equipo se apague debido a que la batería se descargó por completo.

6.22.4 Calibración de los instrumentos de prueba.

Los instrumentos de prueba deberán de tener un control de ganancia calibrado (atenuador) ajustable de 1 a 2 dB con un rango máximo de 60dB. El procedimiento de calificación deberá de estar de acuerdo con lo descrito en el punto 6.24.2. y 6.30.2.

6.22.5 Rango de despliegue.

El rango dinámico de despliegue de los instrumentos deberá de tener un grado de detección de 1dB en variación de amplitud.

6.22.6 Haz recto (onda longitudinal) unidades de búsqueda.

El haz recto (onda longitudinal) unidad de búsqueda deberán de tener un área activa no menor a ½ pulgada cuadrada y no más que 1 pulgada cuadrada. El transductor deberá de ser redondo o cuadrado. Los transductores deberán de ser capaces de manejar los tres tipos de reflexiones descritas en 6.29.13.

6.22.7 Unidades de haz angular

Las unidades de haz angular deberán de consistir en transductores. La unidad deberá de estar compuesta de dos elementos o de una unidad integral.

6.22.7.1 Frecuencia

La frecuencia de los transductores deberá de estar entre 2 y 2.5 Mhz.

6.22.7.2 Dimensiones de los transductores

El cristal del transductor deberá de ser rectangular o cuadrado y podrá variar de 5/8" a 1" en espesor y de 5/8" a 13/16" en altura. La relación máxima de espesor con altura deberá ser de 1.2 a 1.0 y la mínima relación de espesor con altura podrá ser de 1.0 a 1.0

6.22.7.3 Ángulos

El transductor podrá producir un haz de sonido con un ángulo en el material de 2 grados más o menos que: 70,60 o 45 grados de acuerdo en lo descrito en el punto 6.29.2.2

USOS

Detección de defectos

La inspección por ultrasonido ha sido aplicada satisfactoriamente en la detección de defectos en fundiciones y partes de metal trabajado en soldadura, investigaciones en soldaduras ovaladas y desarrollo, producción y servicio. La inspección por contacto tiene una aplicación más extensa que la inspección de inmersión, no porque ello implica que el equipo es portátil (permitiendo la inspección de campo) sino también porque es versátil y aplicable a una amplia variedad de situaciones. La inspección en contacto, sin embargo, una sustancia como el aceite, grasa, o pasta es una extensión en la superficie de la parte que actúa como un cople; esta sustancia es algunas veces difícil de remover después de la inspección. Por contraste, el agua empleada como un complemento en la inspección por inmersión provee buenos acoplamientos acústicos (hasta superficies irregulares, rugosas, como podría ocurrir en las arenas de fundición atrapadas), pero no presenta problemas para remover. La inspección por inmersión es sobre todo especialmente adaptable al mecanizado, y aplicaciones de producción en línea.

Inspección de fundiciones

La inspección por inmersión y contacto son usadas en la detección de defectos en fundiciones, como poros, gotas, fracturas, contracciones, huecos e inclusiones, la figura siguiente muestra indicaciones típicas del ultrasonido de 4 tipos de defectos encontrados en fundiciones.

Tipos de defectos encontrados en fundición.

Aunque la inspección por inmersión es preferida para fundiciones teniendo superficies irregulares y ásperas. La selección de la técnica en una instancia especifica dependería mayormente en el tamaño de la fundición y forma.

Porque alguna fundiciones tienen grano grueso, la baja frecuencia del ultrasonido quizás tenga que ser usada, fundiciones de algunos materiales con grano grueso, hacen la inspección por ultrasonido impracticable debido a la extensa dispersión del sonido. Algunos de estos materiales incluidos como, latones, aceros inoxidables, aleaciones de titanio y fundiciones de hierro.

Inspección de productos primarios - Mill

La inspección por ultrasonido es el método más confiable para la detección interna de defectos en forja, rolado o extrusión de lingotes, rolado de lingote o placa. Es capaz de encontrar defectos relativamente pequeños bajo la superficie de la pieza. Las corrientes de Eddy, partículas magnéticas, son menos sensitivas a detectar defectos internos, la radiografía es otro método aplicable para la inspección de los productos primarios mill, pero es lenta, muy costosa y generalmente menos confiable que la prueba por ultrasonido para estas especificaciones.

La inspección por ultrasonido es empleada para la detección y localización de poros, bolsas de contracciones, rupturas internas, escamas e inclusiones metálicas en lingotes, placas, acero en barras con tamaños arriba de 1.2 mts, el espesor en cada metal como aluminio, magnesio, titanio, zirconio, aceros al carbón, aceros inoxidables, aleaciones de alta temperatura y uranio. Estos productos son usualmente inspeccionados con un haz directo tipo contacto que busca la unidad, el cual a menudo es portátil, la inspección por inmersión también es usada. Una técnica para inspeccionar la forma de estos productos es la transmisión de un haz de sonido a través de la longitud del producto; si el regreso de la reflexión obtenida es fuerte, indica la presencia de un defecto. La figura siguiente muestra un equipo típico de la inspección por ultrasonido.

Prueba de ultrasonido mecanizada

Inspección de forjas

Las forjas pueden ser inspeccionadas por ultrasonido para defectos internos como bolsas de contracciones, rupturas internas, escamas e inclusiones no metálicas, la inspección usualmente es realizada con frecuencias de 1 a 5 MHz, con el haz normal a la superficie de la forja y la dirección al máximo trabajo, esta orientación es mejor para la detección de mas defectos en forjas, el ángulo de haz de inspección que emplea ondas de corte se utiliza a veces para los anillo o huecos en la forja.

La inspección de contacto es realizada en mas forjas que tienes dimensiones bastante uniformes. Debido a la dificultad en completar el contacto con la inspección de forma irregular en la forja, la inspección por inmersión puede ser preferible. Una alternativa, la inspección por contacto puede ser realizada en una etapa más fácil de producción antes de que inicien las formas irregulares; sin embargo una superficie rugosa maquinada es recomendada.

La inspección por contacto es también usada para inspeccionar forjas en servicio, por ejemplo, los rieles de los ferrocarriles, los cuales pueden ser analizados con el equipo portátil que se muestra en la figura el cual fue desarrollado para este propósito.

Equipo de ultrasonido portátil

Inspección de productos de rolado

Laminados en tiras, planchón y placas pueden ser inspeccionados ultrasónicamente mediante el uso haz directo o ángulo de haz, eco-pulsado, técnicas para inspección por inmersión; la inspección por contacto es más ampliamente usada. Con haz directo la inspección de tope de la superficie de una pieza de prueba, discontinuidades planares a las que los productos laminados son susceptibles son fácilmente detectados y sus límites y localizaciones son fácilmente y con precisión determinados.

Inspección superior de haz directo

Es empleado en la placa de rolado para detectar laminaciones, exceso de venillas o inclusiones no metálicas. Las laminaciones son particularmente perjudiciales cuando las piezas cortadas de la placa están siendo subsecuentemente soldadas a una forma de ensamble estructural grande. Las laminaciones usualmente ocurren centradas en el espesor de la palca y son usualmente centradas en el ancho de rolado de la placa.

La laminación no se extiende a la superficie excepto en cizallas o bordes por corte de flama y tal vez sea difícil la detección visual a menos que la laminación sea gruesa. Por estas razones, la inspección ultrasónica es solamente confiable en el camino de inspección a placa por laminación.

Frecuencia 2.25 MHz en unidades de búsqueda de 20 a 30 mm (3/4 a 11/8 in) en diámetros.

Altas y bajas frecuencias pueden ser necesarias para tamaño de grano, microestructura o espesor del material a inspeccionar. La superficie de la placa debe ser limpiada y libre de escalas que podrían afectar la transmisión acústica. Complementos empleados para la inspección por contacto incluyen, aceite, glicerina o agua conteniendo un agente húmedo y un inhibidor de herrumbre. Estos son usualmente aplicados en una delgada lámina con brocha.

Inspección de borde de haz directo

Se emplea para analizar cantidades larga de placas de acero con anchos de 1.2 a 2.1 m y espesores de 20 a 30 mm.

La inspección por borde es rápida, un haz ultrasónico es dirigido de un borde solamente a través de la placa perpendicular a la dirección de rolado. A medida que se incrementa la longitud de la placa el haz de sonido tiende a perderse como se muestra en la figura siguiente.

Figura a) 1.5 m y b) 2.4 m

Inspección por ángulo de haz

Puede ser usada para la inspección de placas de rolado. Con la inspección de Angulo de haz, es posible inspeccionar el ancho de la placa simplemente moviendo la unidad de búsqueda a lo largo del borde de la placa. Sin embargo, algunas especificaciones requieren que para un cubrimiento total de la placa la unida de búsqueda sea localizada en la parte superior de la superficie, direccionada hacia un borde, y alejada del mismo hasta que el borde contrario sea alcanzado.

La unidad de búsqueda empleada por el ángulo de haz para la inspección de placa es por lo general de 45 a 60° ondas en el material a ser inspeccionado.

Inspección de extrusiones y formas de rolado

Defectos en extrusiones y en formas de rolado están usualmente orientadas longitudinalmente, que es, paralela a la dirección de trabajo. Ambos contactos y la inspección por inmersión son usados para estos defectos. Usualmente emplean un haz longitudinal o la técnica de ángulo de haz. En algunos casos, las ondas superficiales son empleadas para detectar fracturas superficiales o defectos similares.

Extrusión en frió para partes de acero

Este tipo de material está sujeto a estallidos internos llamados chevrons, este tipo de defecto es fácilmente detectable también por inspección directa de haz (onda longitudinal) con la unidad de contacto al final de la extrusión o por inspección de haz de ángulo (onda esquilar) con la unidad de búsqueda en contacto con el lado de la extrusión.

En un procedimiento empleando la inspección en frío realizada al eje del árbol de un automóvil por galones, un ángulo variable columna de agua fueron empleadas por la unidad de búsqueda. El eje del árbol que era inspeccionado fue sostenido horizontalmente por un accesorio portátil de la unidad de inspección mostrado en la Fig. a) siguiente.

El ángulo variable la columna de agua de la unidad de búsqueda fueron empleados para producir un haz de sonido en 1.6 a 2.25MHZ y fue ajustado hasta que el haz entrara en el eje a 45° del eje del árbol. Esto permitió que el haz viajara la longitud del eje Fig. b) se reflejara en el borde de la rueda. Un instrumento dual-gated fue empleado para permitir un sistema a prueba de averías y asegurar la inspección apropiada de cada eje.

También por este método se realizan inspecciones a:

  • Extrusiones de aluminio.
  • Barras de acero y tubos.
  • Rieles de ferrocarril
  • Tubería sin costura y tubos. Para este proceso la inspección se realiza por medio del siguiente equipo que se muestra en la siguiente figura.

Equipo mecanizado para inspección simultanea de ultrasonido y corrientes de Eddy
para una barra o tubería.

Inspección de uniones de soldadura

Las uniones soldadas pueden ser inspeccionadas ultrasónicamente empleando el haz direccionado o la técnica de ángulo de haz. La técnica de ángulo de haz es empleada muy a menudo, una razón es que el transductor no tiene que ir en el lugar de superficie de la soldadura, pero es colocado típicamente en la superficie lisa a lado de la soldadura. Con la inspección de ángulo de haz, el ángulo es por lo general seleccionado para producir la esquila de ondas en la parte a inspeccionar en un grado óptimo para encontrar los defectos.

Los tipos de defectos usualmente encontrados son poros, escoria atrapada, penetración incompleta, fusión incompleta y fracturas, serios defectos, como las fracturas y fisión incompleta, usualmente se extienden longitudinalmente a lo largo de la soldadura y dan señal de limpieza especial cuando el haz de sonido golpea sus ángulos. Una porosidad esférica produciría una pequeña amplitud de eco, siempre y cuando el haz de sonido golpe en el ángulo de la unión. Inclusiones de escoria pueden producir pasos de indicaciones, que son el ángulo máximo derecho a la orientación de la escoria. Una inclusión grande puede producir señales múltiples.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

La principal ventaja de la inspección por ultrasonido es la comparación con otros métodos para inspección no destructiva en las partes del metal.

Poder superior de penetración, el cual permite la detección de defectos bajo la superficie del material. La inspección por ultrasonido es realizada en alrededores de espesores de unos pocos metros en muchos tipos de partes y espesores cerca de 6m en inspección axial de partes como en la longitud de un eje de acero o rotores forjados.

• Alta sensibilidad, permitiendo la detección de defectos extremadamente pequeños.

• Mayor exactitud que otros métodos no destructivos en la determinación de la posición de defectos internos, el cálculo de su tamaño, y caracterizar su orientación, forma, y naturaleza.

• Solamente necesita una superficie para acceder.

• La operación es electrónica, que proporciona indicaciones casi instantáneas de defectos. Esto hace el método conveniente para la interpretación inmediata, la automatización, la exploración rápida, la supervisión en línea de la producción, y el control de proceso. Con la mayoría de los sistemas, permanente los resultados de la inspección se puede anotar para la referencia futura.

• Capacidad volumétrica de la exploración, permitiendo la inspección de un volumen de metal que extiende de superficie delantera a la superficie trasera de una pieza.

  • Nonhazardous to operations or to nearby personnel and has no effect on equipment and materials in the vicinity
  • Portabilidad.
  • Proporciona una salida que se pueda procesar digital por una computadora para caracterizar defectos y para determinar características materiales.

Las desventajas por la prueba de ultrasonido son las siguientes:

  • La operación manual requiere la atención cuidadosa de técnicos experimentados
  • El conocimiento técnico extenso se requiere para el desarrollo de los procedimientos de la inspección.
  • Las piezas que son ásperas, irregulares en forma, muy pequeña o fina, o no homogéneos son difíciles de examinar.
  • Las discontinuidades que están presentes en una capa baja inmediatamente debajo de la superficie pueden no ser perceptibles.
  • Couplants es necesario proporcionar una transferencia eficaz de la energía de onda ultrasónica entre los transductores y las piezas que son examinados.
  • Los estándares de referencia son necesarios, para calibrar el equipo y para caracterizar defectos.

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN AWS D1.1

Criterios de Aceptación Visual

Criterios de Aceptación y Rechazo para UT (Conexiones Estáticamente Cargadas Notubulares).

Criterios de Aceptación y Rechazo para UT (Conexiones Cíclicamente Cargadas Notubulares).

BIBLIOGRAFÍA

  • ASM Handbook Volumen 17.- Nondestructive Evaluation and Quality Control
  • AWS D1.1/D1.1M:2002 .- Structural Welding Code Steel.


 

 

Autor:

ING. JAIME HERNÁNDEZ RAMOS

ING. JOSUÉ GARCÍA NAVARRO

Materia: Control de calidad en la soldadura

Dr. Benjamin Vargas Arista

Saltillo, Coah, México, a 13 de junio del 2008

Partes: 1, 2


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