Inspección por Ultrasonido (página 2)

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.