1

1

16 – Ultrasonido

2017

¿Que significa?

2

1. m. Fís. Variación corta e intensa del valor de una magnitud (http://dle.rae.es )

2. A short wave train of mechanical vibrations (ASTM E 1316)

2

Vibracion mecanica

• Onda longitudinal

– Direccion de oscilacion es paralela a la direccion de propagación

• Onda transversal

– Direccion de oscilacion es perpendicular a la direccion de propagación

• Ondas superficiales, de Lamb y

serpenteantes

http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemotion.html 3

4

ULTRASONIDO

Las ondas

acústicas

dependen de la

velocidad del

sonido en el

medio y de la

impedancia

acústica

3

¿Que significa?

5

1. m. Repetición de un sonido producida al ser reflejadas sus ondaspor un obstáculo (http://dle.rae.es )

2. A sound that is heard after it has been reflected off a surface such as a wall or a cliff (https://dictionary.cambridge.org)

3. Indication of reflected energy (ASTM E 1316)

Difraccion, refraccion o reflexion

6

4

7ASM Metals Handbook Vol. 17 Nondestructive evaluation and quality control, 5ta edición, 1997

S/D = sin datos; N/A = no aplica; VL = ondas longitudinales; VT = ondas transversales; VS = ondas superficiales

Material Densidad

(ρ)

[g cm-3]

Velocidad del sonido

[km s-1]

Impedancia acústica (Z)

[106 g cm-2 s-1]VL VT VS

Acero al carbono recocido 7,85 5,94 3,24 3,0 4,66

Acero aleado recocido 7,86 5,95 3,26 3,0 4,68

Acero aleado templado 7,8 5,90 3,23 S/D 4,6

Acero inoxidable tipo 304L 7,9 5,66 3,07 S/D 4,46

Acero inoxidable tipo 410 7,67 5,39 2,99 2,16 4,13

Aluminio 1100-O 2,71 6,35 3,10 2,90 1,72

Aire 0,00129 0,331 N/A N/A 0,0004

Etilenglicol 1,11 1,66 N/A N/A 0,18

Aceite SAE 20 0,87 1,74 N/A N/A 0,15

Agua 1,0 1,49 N/A N/A 0,149

Tungsteno 19,25 5,18 2,87 2,65 9,98

Datos acusticos

Espesor

• Si un pulso tarda 3,367 10-6 s en viajar

atraves de una chapa de acero al carbono

recocido, ¿Cuanto es el espesor de ese

material?

• ¿Con que instrumento se puede medir un

tiempo de 10-6 s o una frecuencia de 1

MHz?

8

5

Pulso-eco

9

Inte

nsi

da

d

Tiempo

Em

isió

n

Re

cep

ción

Impulso inicial

producido por

el palpador y

trasmitido a la

pieza

Impulso reflejado

El tiempo entre el

impulso inicial y el

impulso reflejado lo

mide el equipo, es el

tiempo recorrido.

Conociendo la velocidad

de propagación de la

onda se puede estimar la

distancia de la superficie

de reflexión.

Pulso-eco

10

Inte

nsi

da

d

Tiempo

Em

isió

n

Re

cep

ción

Impulso inicial

producido por

el palpador y

trasmitido a la

pieza

Impulso reflejado

El impulso inicial pierde

energía a medida que se

traslado por el material

(atenuación).

Cuando llega al final parte

se refleja R y parte se

trasmite T.

El % de cuanto vale R y T

depende de las

impedancias acusticas de

ambos medios

100.

2

+−=

21

12

ZZ

ZZ R

% de la intensidad que se refleja, R

6

Pulso-eco

11

Inte

nsi

da

d

Tiempo

Em

isió

n

Re

cep

ción

100.

2

+−=

21

12

ZZ

ZZ R

% de la intensidad que se refleja, R

R = [(0,004-4,66)/(4,66+0,004]2

R = 99,65%

En el caso de acero al carbono y aire:

En el caso de acero al carbono y agua –

¿Como seria el dibujo en la pantalla?

12

Aplicaciones del US

El campo de aplicación de los ultrasonidos abarca actividades muy diversas tales como:

- Medicina (Ej. diagnosis, terapias);

- Navegación (Ej. detección de cascos, bajos);

- Pesca (Ej. detección de bancos de peces);

- Comunicaciones (Ej. señales submarinas);

- Mecanizado (Ej. activación del proceso abrasivo y perforación);

- Limpieza ( Ej. en Patrones de Líquidos Penetrantes).

Nuestro interés se centrará en las:

APLICACIONES DEL METODO ULTRASONICO EN EL CONTROL DE CALIDAD DE MATERIALES

7

13

Aplicaciones del USDEFECTOLOGÍA

- Estudios de defectos ( detección, ubicación y evaluación )

- Internos;

- Superficiales;

- Subsuperficiales.

Se utilizan equipos que miden tiempo de recorrido e intensidad acústica

METROLOGÍA

Se pueden realizar diferentes mediciones, ejemplos:

- Medir dureza;

- Determinar el nivel de un líquido en un recipiente;

- Determinar la velocidad acústica de un material;

- Medir espesores;

- Medir capas de tocino y músculo en porcino vivo; etc.

14

Def. Propiedad que tienen ciertos cristales de polarizarse

eléctricamente cuando son sometidos a presión, y a la

inversa

Titanato de bario (BaTiO3), cuarzo (SiO2), sulfato de litio

(Li2SO4), Metaniobato de plomo PbNb2O6;

Titanato-circanato-plomo [Pb(Ti, Zr)O3 � PZT]

Efecto piezoelectrico

Palpador de doble cristal para

medicion de espesores

8

15

¿Cómo se aplican los ensayos?

• Medición de nivel de un líquido en un

tanque

• Detección de imperfecciones en un

material

• Espesor de un pieza

16

ULTRASONIDO

PALPADORES ANGULARES

(para ensayo de soldaduras con junta a tope)

9

Difraccion, refraccion o reflexion

17

18

Difraccion, refraccion o reflexion

10

19

r = reflejada

d = refractada

i = incidente

Ley de Snell

20

ULTRASONIDODETECCION DE FALLAS CON PALPADORES ANGULARES

11

21

ULTRASONIDODETECCION DE FALLAS CON PALPADORES ANGULARES

22

ULTRASONIDOPROCEDIMIENTO POR PULSO Y ECO

Se basa en la medición del tiempo que pasa entre la transmisión del haz

ultrasónico desde la superficie elegida y el eco de fondo o el eco de

cualquier discontinuidad que exista en el camino

12

23

ULTRASONIDOONDAS TRANSVERSALES

24

ULTRASONIDO ONDAS DE SUPERFICIE

13

25

ULTRASONIDO SOLDADURA INCIDENCIA NORMAL

26

ULTRASONIDO

SOLDADURA INCIDENCIA NORMAL

14

27

Preguntas

1. ¿Para qué se utilizan los ensayos ultrasónicos?

2. ¿Qué limitaciones tiene el ensayo no destructivo por ultrasonido?

3. De acuerdo a IRAM-ISO-NM 9712, ¿qué nivel debe tener el operador de END para evaluar los resultados del ensayo?

4. ¿Qué diferencia hay entre una onda longitudinal y una transversal? ¿Cuál de las dos no se propagan en fluidos?

5. ¿De qué depende la velocidad de propagación de una onda mecánica en un sólido?

6. ¿Qué ondas se propagan más rápido en un sólido: las longitudinales, superficiales o transversales?

7. ¿Cómo se puede generar una onda transversal a partir de una onda longitudinal?

8. Describa la ley de Snell

9. ¿Qué función cumple el efecto piezoeléctrico en el ensayo ultrasónico?

28

Preguntas

10. ¿En qué consiste el efecto piezoeléctrico?

11. ¿Para qué se utiliza el acoplante en el ensayo por ultrasonido?

12. ¿Qué técnicas existen para la medición de espesores por

ultrasonido en materiales metálicos (ver NM 16809)?

13. ¿A partir de que espesor es apropiado el ensayo ultrasónico

aplicado en soldaduras?

14. ¿Qué tipo de palpadores se utilizan en los ensayos de

ultrasonidos de soldaduras a tope?

15. ¿En qué clase de soldaduras se puede aplicar el ensayo de

ultrasonido con palpadores normales?

15

29

Preguntas

16. De acuerdo a IRAM-ISO-NM 9712, ¿qué nivel debe tener el operador de END para evaluar los resultados del ensayo?

a. Nivel 1

b. Nivel 2

c. Nivel 3

d. b y c son correctas

17. ¿Qué ondas se propagan más rápido en un acero?a. Longitudinales

b. Transversales

c. Superficiales

d. Depende del angulo de incidencia

18. ¿Qué función cumple el efecto piezoeléctrico en el ensayo ultrasónico?a. Genera las ondas mecánicas a partir de señales eléctricas

b. Recibe los pulsos reflejados y los convierte en señales eléctricas

c. Explica los fenómenos de atenuación del haz sónico

d. a y b son correctas

30

Preguntas

19. ¿Para qué se utiliza el acoplante en el ensayo por ultrasonido?a. Para evitar el caletamiento por friccion del palpador

b. Para prevenir el desgaste prematuro del palpador

c. Para que sea eficaz la transferencia sonica entre la pieza a ensayar y el palpador

d. Ninguna de las anteriores

20. ¿Qué tipo de palpadores se utilizan en los ensayos de ultrasonidos de

soldaduras a con junta a tope?a. Normales

b. De doble cristal

c. Angulares

d. Por inmersion

21. ¿Qué tipo de palpadores se utilizan en los ensayos de ultrasonidos para

medición de espesores?a. Normales

b. De doble cristal

c. Angulares

d. Por inmersion