Curso Ultrasonido II

5/28/2018 Curso Ultrasonido II

1/459

ULTRASONIDO NIVEL II

Msc. Demian Pereira


2/459

ULTRASONIDO NIVEL II

CAPITULO # 1

INTRODUCCION Y PRINCIPIOS

FISICOS


3/459

0.- Sonido y sus propiedades

fundamentales.

Vibraciones mecVibraciones mecnicas de las partnicas de las partculas queculas que

conforman un medio material, alrededor deconforman un medio material, alrededor deuna posiciuna posicin de equilibrion de equilibrio

YYProporcionan un mecanismo para el transporteProporcionan un mecanismo para el transporte

de energde energaa


4/459


fundamentales.

Fig. (a) Sonido producido por un diapasn


5/459


fundamentales.

1.-Algunas caractersticas.a.- Consiste en zonas de compresin y de

rarificacion.

b.- Se refleja y / o transmite cuando hay cambios

en las propiedades mecnicas del medio

c.- No se transmite en el vaco


6/459


fundamentales.

d.- Tiene tres propiedades muy importantes:

Intensidad

Se refiere al hecho de que el sonido lo

percibamos como fuerte o dbil, en base a la

cantidad de energa que transporta.


7/459


fundamentales.

Tono

Es la cualidad que nos permite diferenciar entresonido agudos o graves, depende del numero de

veces que las partculas vibra por unidad de

tiempo


8/459


fundamentales.

Timbre

Es la propiedad de distinguir el mismo tono,cuando el sonido es producido por objetos

diferentes, es decir depende del material


9/459

ULTRASONIDO NIVELULTRASONIDO NIVELIIII

CAPITULO # 1CAPITULO # 1

INTRODUCCION YINTRODUCCION Y

PRINCIPIOS FISICOSPRINCIPIOS FISICOS


10/459

1.1.-- INTRODUCCION

Evaluacin no destructiva de materiales significa:

Obtener informacin acerca del estado de una piezamanufacturada o componente en servicio sin alterar

sus propiedades y/o capacidades para el cumplimiento

de sus funciones


11/459

1.1.-- INTRODUCCIONINTRODUCCION

Que representa ?

.- Mayor confiabilidad en productos o servicios

.- Mejores diseos

.-Ventajas econmicas

.- Menor numero de reparaciones y/osuspensiones de servicio

.- Mayor avance en la tecnologa de materiales


12/459

1.1.-- INTRODUCCION Herramientas disponibles ?

1.- Convencionales

.- Inspeccin Visual.

.- Lquidos Penetrantes.

.- Partculas Magnticas.

.- Corrientes Inducidas.

.- Ultrasonido.

.- Radiografa Industrial Rayos X

Gammagrafia


13/459

1.1.-- INTRODUCCION Herramientas disponibles ?

1.- No Convencionales

.- Emisin Acstica.

.- Anlisis y monitoreo de vibraciones.

.- Holografa ptica

.- Holografa acstica.

.- Perdida de flujo.

.- Otras.


14/459

1.1.1.1.-- BREVE HISTORIA

Primeras aplicaciones practicas descritas por

Sokolov (1.935)

Firestone los aplica en 1.940

Gran desarrollo instrumental desde entonces


15/459

1.2.1.2.-- ALGUNAS APLICACIONES Generales

.- Biologa .- Comunicaciones

.- Fotografa .- Qumica

.- Medicina .- Navegacin

.- Industria .- Investigacin.

Industriales

.- Colada y solidificacin .- Pulvimetalurgia

.- Tratamientos .- Soldadura


16/459

1.2.1.2.-- ALGUNAS APLICACIONES

.- Limpieza .- Mecanizado.- Metrologia. .- Defectologia

.- Otros.


17/459

1.3.1.3.-- VENTAJAS Y DESVENTAJAS

DEL ULTRASONIDO..1. Ventajas.

Alto poder de penetracin. Gran sensibilidad

Exactitud en la localizacin y evaluacin de lasdiscontinuidades

Requiere acceso a una sola cara del componente

Da indicacin inmediata de la presencia de una

discontinuidad


18/459


DEL ULTRASONIDO..1. Ventajas.

La mayor parte del equipo es electrnica

Es automatizable.

Permite la evaluacin de grandes volmenes dematerial.

Porttil.

Inofensivo para el operario.

La seal puede ser procesada por un computador


19/459


DEL ULTRASONIDO..2. Desventajas.

Operacin bsicamente manual.

Informacin algo difcil de interpretar.

Baja capacidad de deteccin y evaluacin muy cercade la superficie.

Afectada por la rugosidad superficial.

Necesidad de sustancias acoplantes.

Necesidad de Standards de comparacin (Bloques)


20/459

1.4.1.4.-- QUE ES EL ULTRASONIDO ?

Son ondas mecnicas (perturbaciones) de altafrecuencia, que se propagan a travs de los

materiales y que son reflejadas al encontrarcambios (discontinuidades o interfases) en las

propiedades elsticas de los materiales


21/459

Produccin deuna

perturbacin


22/459

1.5.1.5.--PRPRINCIPALES CARACTERISTICAS

DEL ULTRASONIDO..1.- El grado de reflexin depende de las

caractersticas elsticas de las interfases

2.- Son reflejadas en su totalidad en interfases metal

gas

3.- Las frecuencias mas empleadas se encuentran

dentro del rango de 0.1 25 Mhz.

4.- Generan esfuerzos y tensiones inferiores al limite

elstico de los materiales.


23/459

11.5..5.--PRPRINCIPALES CARACTERISTICAS

DEL ULTRASONIDO..5.- Primordialmente se aplican a la deteccin y

caracterizacin de materiales.

6.- Proporciona informacin, a travs de la medicin

de las siguientes variables:

.- Tiempo de vuelo.

.- Atenuacin de la energa que transportan.

.- Amplitud de las ondas reflejadas y

transmitidas.

.- Cambios en la respuesta espectral.


24/459

1.5.1.5.--PRPRINCIPALES CARACTERISTICAS

DEL ULTRASONIDO..7.- Se puede emplear en metrologia con una exactitud

de 1 %

8.- Su aplicacin esta regulada por cdigos o normas:

a.- ASME. b.- AWS. c.-AWWAd.- JIS. e.- BS. f.- AFNOR

9.- Puede alcanzar profundidades de hasta 7 mts enAcero (Tcnicas convencionales)

10.- Puede aplicarse sin detener la instalacin


25/459

1.6.1.6.-- PRINCIPIOS FISICOS DEL

ULTRASONIDO.


26/459

f

plate

crack

0 2 4 6 8 10

Pulso inicial

Eco

grieta

Eco de fondo

UT Instrument Screen

Produccin de la informacin

ultrasnica


27/459

Production de laProduction de la informaciinformacinn

ultrasultrasnicanicaSeal del eco

de fondo.

Seal de eco defondo y de una discontinuidad


28/459


ULTRASONIDO.1.6.1.- Naturaleza de las ondas ultrasnicas

a.- Movimiento peridico (oscilacin) de las partculasdentro del material.

b.- Transfiere energa entre puntos distantes.


29/459


ULTRASONIDO.c.- La perturbacin se propaga debido a las fuerzas

interatmicas.


30/459


ULTRASONIDO.d.- Los tomos que tienen igual estado de

movimiento estn en fase

e.- La perturbacin requiere tiempo para propagarse

f.- No pueden propagarse en el vaco.

g.- Pierden energa al propagarse (atenuacin)

.- Tpica del material.

.- Afectada por la rugosidad superficial

.- Afectada por la geometra de la pieza


31/459


ULTRASONIDO.1.6.6.- Definiciones importantes.

Def. # 1.- Frecuencia (f)Numero de oscilaciones (ciclos) que efectan los

tomos por unidad de tiempo

Unidades:

.- Hertz (Hz) = 1 oscilacin / seg

.- Kilohertz (Khz) = 103 Hz.

.- Megahertz (Mhz) = 103

Khz = 106

Hz


32/459


ULTRASONIDO.a.- El ultrasonido se encuentra dentro del rango de

frecuencias superior a 20 Khz.

b.- Se generan las siguientes bandas:

.- Ultrasonido prximo. 20 100 Khz

.- E.N.D 0.2 25 Mhz.

.- Microscopia acstica100 Mhz en adelante


33/459



Def. # 2.- Periodo (T)Tiempo que tardan los tomos en efectuar una

oscilacin

Unidades: Segundos

a.- Se relaciona con la frecuencia por la siguienterelacin:

f

T1

=


34/459



Def. # 3.- Longitud de onda ()Distancia que separa a los tomos que se

encuentran en el mismo estado de movimiento (fase)

Unidades: Nanometros =nm =10-9 mts

a.- Se relaciona con el tamao de lasdiscontinuidades y el tamao de grano.


35/459


ULTRASONIDO.


36/459


ULTRASONIDO.Def. # 4.- Velocidad de propagacin.

Es la velocidad con la cual se propagan las ondas.

Unidades: mts/seg. (sistema internacional)

a.- Es caracterstica del tipo de onda.

b.- Cumple la siguiente relacin:

fV =


37/459


ULTRASONIDO.Def. # 5.- Amplitud de oscilacin.

Es el desplazamiento de las partculas, medidodesde su posicin de equilibrio en funcin del

tiempo

a.- Viene dado por la siguiente expresin:

( ) 22con),( 0 === kfwwtkxsenZtxZ m


38/459


ULTRASONIDO.( )

22con),( 0 === kfwwtkxsenZtxZ m


39/459


ULTRASONIDO.Def. 6.- Impedancia acstica (Z)

Es la resistencia que opone un material, a lapropagacin de las ondas.

a.- Cumple la siguiente relacin.densidadpropdeVelocVdondeVZ === ..:

Unidades: Presin / tiempob.- Depende del tipo de onda.


40/459


ULTRASONIDO.Def. 6.- Presin acstica (P)

Amplitud del esfuerzo producido por las ondasultrasnicas.

a.- Cumple la siguiente relacin.P = Z Z(t)

b.- A mayor amplitud, mayor presin.c.- La cantidad de presin reflejada permite evaluar

las discontinuidades


41/459


ULTRASONIDO.Def. 7.- Intensidad acstica (I)

Energa transmitida por unidad de rea, perpendiculara la direccin de propagacin de la onda.

a.- Cumple la siguiente relacin. Z

p

I 2

2

=

b.- La expresin anterior es valida para incidencia

normal.c.- Se relaciona con la energa acstica

1 61 6 PRINCIPIOS FISICOS DEL


42/459

1.6.1.6.-- PRINCIPIOS FISICOS DELULTRASONIDO.1.7.- Ondas ultrasnicas y sus Propiedades

Son vibraciones de las partculas cuya frecuencia es

superior a los 20 Khz, y que se propagan en losmateriales

a.- Su velocidad de propagacin as como la vibracinde las partculas, depende de las propiedades

elsticas del material.

b.- Se clasifican en base a:

.- Direccin de propagacin de la onda

.- Vibracin de las partculas.


43/459

Ondas Ultrasnicas, propiedades y

propagacin

a.-

Clasificacin en base a:

.- Direccin de propagacin.

.- Movimiento de las partculas.b.- Tipos:

.- Longitudinales

.- Transversales.

.- Superficiales


44/459


propagacin1.- Ondas Longitudinales.a.- Partculas oscilan paralelo a la direccin depropagacin.b.- Son las mas rpidas


45/459


propagacin1.- Ondas Longitudinales.c.- Se pueden propagar en:

.- Slidos

.- Gases

.- Lquidos


46/459


propagacin2.- Ondas Transversales.a.- La oscilacin de las partculas es perpendicular ala la direccin de propagacin de la ondab.- Su velocidad es aproximadamente 5/9 la de laslongitudinales.


47/459


propagacin2.- Ondas Transversales.c.- Solo se propagan en slidos.d.- Mayor sensibilidad que las longitudinales adiscontinuidades pequeas (menor longitud deonda)

e.-

Pueden ser generadas con diferentes angulos.


48/459


propagacin3.- Ondas Superficiales.a.- Viajan por la superficie del material.b.- Alcanzan profundidades del orden de


49/459


propagacin3.- Ondas Superficiales.c.- Su velocidad de propagacin es independientede la frecuencia. Aproximadamente Es 11/12 la delas ondas transversales.

d,.- Las ondas de Rayleigh o Lamb tienen comocaso especial Las ondas guiadas


50/459


propagacin4.- Ondas de Lamb.a.- Aparecen en materiales delgados:

Espesor Aprox. Igual a 3

b.- Su velocidad depende de:.- Frecuencia .- Espesor de la pieza

c.- Hay dos tipos bsicos..-

Simtricas

.-

Asimetricas


51/459


propagacin4.- Ondas de Lamb.


52/459


propagacin5.- Reflexin y transmisin en interfases.a.- Cambio en direccin de propagacin de la onda,cuando esta incide en la superficie de separacinentre dos materiales con Z

diferentes

b.- Hay dos casos:.-

Incidencia Normal

.- Incidencia Oblicua


53/459


propagacin5.- Reflexin y transmisin en interfases.c.- Incidencia Normal

2

21

21

)(

.4

ZZ

ZZ

I

IT

i

t

+==

2

21

212

)(

)(

ZZ

ZZ

I

IR

i

r

+

==


54/459


propagacinEjemplo #1.- Calcule los coeficientes deTransmisin y Reflexin para una interfase Acero-Aire.

Solucin: Tomaremos los valores de impedancia de

las tablas:

Acero >> Z1

= 46,6 x 103 kg/mt

2

segAire >> Z2

= 0

Sustituyendo en la expresin de los coeficientes

tenemos:


55/459


56/459


57/459


propagacin

%1001)10629.49(

)10629,49(

)(

)(3

23

2

21

2

12

===+

== x

x

ZZ

ZZ

I

I

Ri

r

0)(

.4 221

21 =+

==ZZ

ZZ

I

IT

i

t

Conclusin: En interfases acero-aire, se refleja latotalidad del ultrasonido


58/459

REFLEXIONULTRASONICA

EN

INTERFASES


59/459


propagacin5.- Reflexin y transmisin en interfases.c.- Incidencia Oblicua )()( 12 ri senVsenV =


60/459


propagacin

)()( 12 ri senVsenV =

5.- Reflexin y transmisin en interfases.d.- Conversin de modos

Fenmeno debido a lasdiferencias enconstantes elsticasentre dos materiales

distintos


61/459


propagacin5.- Reflexin y transmisin en interfases.Ejemplo. Calcule el ngulo de entrada de una ondalongitudinal en una interfase agua acero, para quesalga una onda transversal con un ngulo de 45Solucin:

Aire: V1L

= 1480 mt/seg

Acero: V2T

= 3.250 mt/seg

La ley de Snell da:==

=

18)250.3

7,01480(

)45(1480)(3250

x

arcsen

sensen

r

i


62/459


propagacin5.- Reflexin y transmisin en interfases.Ejemplo. Calcule el ngulo de salida para una ondatransversal, en una interfase Plexiglas acero,cuando incide una onda longitudinal con ngulo de45

Solucin: Aire: V1L

= 2730 mt/seg Acero: V2T

=

3.250 mt/seg. La ley de Snell da:

057)2730

7,03250(

)(2730)45(3250

==

=

x

arcsen

sensen

r

r


63/459

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO.

1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.2.b.- 10 ngulo Crtico.

Angulo incidente que genera solamente

una onda transversal en el material

Fig. # 15.- 10Angulo

Critico


64/459

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO.1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.2.b.- 10 ngulo Crtico.

a.-

La onda incidente, se convierte en

transversal.b.- Depende de la relaciones de lasvelocidades en los dos materiales.c.- Ideales para evaluar uniones soldadaso geometras complejas.


65/459



Ejemplo. Calcule el 10 ngulo critico para unainterfase plexigls - aceroSolucin. Tenemos que : V1L =2730 mt/seg, V2L =5940 mt/seg El ngulo de salida es de 90 Por Snell

0

2

112

265940

12730

)()()(

=

=

==

xarcsen

V

senVarcsensenVsenV

i

riri

i


66/459



Ejemplo. Para el problema anterior, calcule el ngulocon el cual emerge la onda transversal

Solucin. Tenemos que : V1L =2730 mt/seg, V2T =3250 mt/seg El ngulo de entrada es de 26 PorSnell

0

1

212

302730

43,03250

)()()(

=

=

==

xarcsen

V

senVarcsensenVsenV

i

irri

i


67/459



Ejemplo. Para el problema anterior, calcule el nguloincidente necesario para que produzca una ondatransversal a 45

Solucin. Tenemos que : V1L =2730 mt/seg, V2T =3250 mt/seg

El ngulo de salida es de 45

Por Snell

0

2

112

363250

70,02730

)()()(

=

=

==

xarcsen

V

senVarcsensenVsenV

i

riri

i


68/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.2.c.- 20 ngulo Crtico.

Angulo incidente para el cual la onda

generada es superficial.


69/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.2.c.- 20 ngulo Crtico.

a.-

Difciles de generar con este mtodo.

b.- til en la generacin de OndasGuiadasc.- Pueden evaluar condicin superficialen geometras complejas.d.- Reflejadas por bordes rectos.

1 6 PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO


70/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.2.c.- Reflexin de 61o

Es la conversin casi total de una ondalongitudinal en otra transversal, cuando

incide sobre una interfase aire - acero conun Angulo cercano a los 61oa.- Genera indicaciones confusas.b.- Debe tomarse en cuenta.c.- Hay normas que rechazan el uso desensores de 60o



71/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.2.c.- Reflexin de 61o

Fig. # 16.- Reflexin de 610



72/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.3.- Difraccin.

Capacidad de rodear obstculos, cuyas

dimensiones son del orden de la longitudde onda.

a.- Puede suceder cuando hay:.- Poros muy pequeos..- Inclusiones



73/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.3.- Difraccin.

b.-

Se rodea la discontinuidad y hay poca

reflexin.c.- Si hay irregularidad en interfases osuperficies comparable a la longitud deonda, esta bordea la superficie o interfasey no se refleja (hay aplicaciones en

perfilometria superficial)



74/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.4.- Caractersticas del Haz Ultrasnico

Es la regin del material en la cual se

propaga el ultrasonido.a.- Es modificada por la interaccin delultrasonido con el material. Se producentres zonas

.-

Zona muerta (Campo cercano)

.- Zona de transicin. .- Campo lejano



75/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.4.1- Campo cercano.

Se debe la interferencia de las ondas

producida por el cristal del palpadorR2

R1

aDestructivimparn2

12 == nRR



76/459



a.-

La presin acstica tiene

comportamiento irregular

Fig. # 17.- Haz

Ultrasonico



77/459



Fig. # 18.- Distribucin de presiones



78/459



b.-

No es posible detectar

discontinuidades (Zona muerta)

Fig. # 19.- Distribucin de presin en Campo Cercano (N)



79/459



c.-

Su extensin depende entre otras

cosas de:.- Palpador. .- Material

d.- Se puede determinar por la siguienteec. Para palpadores con cristal circular.4

2

DN =

D = Dimetro del palpador

= Longitud de onda



80/459



Ejemplo: Calcule el campo cercano para un

palpador circular normal de 20 mm de dimetro yFrecuencia de 2 Mhz para Acero inoxidable.Paso # 1.-

Se calcula

mm

x

segmt

f

VfV

seg

8,2

102

5630

16 ====



81/459



Paso # 2.-

Se calcula N

mmmm

mmDN 36

)8,2(4

)20(

4

22

==

e.- Se puede corregir mediante eldimetro efectivo del palpadorD2

eff = 0.94D2


82/459

Campo Cercano



83/459



e.-

Para un palpador angular se tiene:

..Trans.

...

Perspex.delLong.:Donde4

2

AceroenOndasVelocV

PerspexenLongOndasVelocV

PV

VP

DN

at

lp

d

at

lp

d

=

=

==



84/459



e.- Para un palpador angular con cristalrectangular se tiene:

.material.Trans.CristalAncho..

Perspex.delLong.:Donde4

97.03.1

enOndasVelocVAcristaldelLongL

PV

VP

V

fALN

at

tT

d

at

lp

d

t

tt

===

==

El campo cercano disminuye ladetectabilidad subsuperficial.



85/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.4.2- Campo Lejano.

Es aquella regin situada

aproximadamente a 3N del palpadora.- Se conoce como zona de Fraunhofferb.- La presin sonica se estabiliza.Mxima en el centro y disminuye hacialos lados

c.- La intensidad sonora disminuye como:


86/459

Campo Snico



87/459



2)(r

CtterI = d.-

Se cubre una mayor rea

e.- Se mide en base a un ngulo (Angulode Divergencia del Haz) se calcula como:D

sen

22.1)( = f.- Hay disminucin de lapresin acstica

1 6 - PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO


88/459



s

SPP 0= Donde: S = Sup. Del cristal

s = Camino sonico

f.-

Valida para cualquier palpador

g.- La divergencia del haz se calcula demanera mas general por la siguiente ec.



89/459



D

Ksen nn

=)(

Donde Kn

ctte que depende de:

.- borde considerado (Ver fig.)

.- Forma de medida

.- Forma del cristal



90/459



Fig. # 20.- Geometra del Campo Sonico (Bordes dereferencia)



91/459



Borde (%) dB Kcirc. KRectang.

0 % (o dB) 1.22 1.00

10 % (20 dB) 0.87 0.74

50 % (6 dB) 0.51 0.44

Valores de Kn

(Eco pulsado)



92/459

1.6. PRINCIPIOS FISICOS DEL ULTRASONIDO.


Borde (%) dB Kcirc. KRectang.

0 % (o dB) 1.22 1.00

10 % (20 dB) 1.08 0.60

50 % (6 dB) 0.54 0.91

Valores de Kn

(Transmisin)



93/459


1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.8.4.3- Zona de Transicin.

Es aquella zona situada a profundidades

entre N y 3Na.- La onda cambia de configuracinhacia una onda esfericab.- La intensidad viene dada por:

reIrI

= 0)(



94/459



Fig. # 21.- Distribucin de presin acstica



95/459



Ejemplo: Determine la divergencia del haz Sonico, para unpalpador normal de 4 Mhz

de frecuencia, con un cristal

circular de 24 mm de dimetro que se emplea parainspeccionar un bloque de acero de bajo carbono (VL

=5940mts

/seg) Tome la lnea de 20 dB.

Paso # 1.-

Calculo de la longitud de onda

mm

seg

seg

mt

fV 5.11

104

5940

6

==



96/459



Paso # 2.-

Seleccin del valor de Kn

Asumiendo Eco pulsado para la medida, de la tabla vemosque Kn

= 0.87

=

=

=

mm

arcsen

D

Karcsen

24

1.5mm87.02020



97/459



Tcnicas para medicin del Angulo de divergencia

E E

(1)

(2)

(1)

(2)

R

R

TransmisinEco pulsado

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DEL


98/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.- Otros procesos y sus causas.a.- Existe un proceso que disminuye la energade las ondas ultrasnicas.

Atenuacinb.- Es el resultado de la interaccin de la ondacon el material.c.- Su efecto depende del espesor del material

XePP

= 0 Ley de Atenuacin paraPresin



99/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.- Otros procesos y sus causas.

d.- Se deduce lo siguiente: = 0log1 PPxe.-

Para cuantificarla se define el Decibel

=

0

20A

ALogdB

f.- Mide la alturarelativa de las seales

dB

A

A/2



100/459


Ejemplo Calcule la diferencia de altura endecibeles, entre una seal de altura A y otrade altura A/2

dBA

LogA

A

LogA

A

LogdB

dB 6

)5.0(20

2

2020 0

=

=

=

=



101/459


Algunas ventajas del sistema del decibel

.- Una inversin en el cociente, solo produce uncambio de signo

.- Relaciones de altura grandes entre diferentesseales, se transforman en pequeas sincambiar su altura relativa

.-

Multiplicar una seal, equivale a sumar una

cantidad en dB



102/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.- Otros procesos y sus causas.g.- La atenuacin es el resultado de:.- Absorcin.- Dispersin Granos

Rugosidad superficial



103/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.1.- Absorcin del Ultrasonido.

Conversin de energa ultrasnica en calor.

a.- Los esfuerzos producidos por las ondasultrasnicas, inducen M.A.S amortiguados.b.- El amortiguamiento depende del material (Granos ysu orientacin)c.- La absorcin aumenta con la frecuencia de la sealultrasnica.



104/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.2.- Dispersin del Ultrasonido.

Perdida de energa debida a las inhomogeneidadesdel material

a.- Se producen seales parsitas (Ruido o Grama)b.- La falta de homogeneidad puede ser producida por:.- Fronteras intergranulares.- Anisotropa y cambios de orientacion en los granos.- Interfases



105/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.2.- Dispersin del Ultrasonido.c.- Otras causas:.- Inclusiones (no metlicas o poros).- Heterogeneidades naturales (Tpicas del proceso).-

Presencia de Precipitados.

.- Cambios de Fases en estructura cristalina.



106/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.2.- Dispersin del Ultrasonido.

d.- Su importancia se relaciona con:.-

Tamao de Grano.

.- Longitud de ondae.-

Su efecto es la produccin de un gran numero de

ondas secundarias (Dispersadas)

f.-

Importante si:

/2 = Tamano del grano


O O


107/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.3.- Perdidas por Rugosidad Superficial.

Produce perdidas notables en la seal.

a.-

Se debe a la interferencia producida por la

Rugosidad Superficial.

b.- Influenciada por el espesor del acoplante.Fig. # 20.-Efecto del

espesor del acoplante


ULTRASONIDO


108/459

ULTRASONIDO1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.3.- Perdidas por Rugosidad Superficial.

Fig. # 21.- Efecto de la Rugosidad y del espesor del acoplante


ULTRASONIDO


109/459

ULTRASONIDO

1.8.- Propagacin de ondas ultrasnicas.1.9.3.- Perdidas por Rugosidad Superficial.

Fig. # 22.- Atenuacin resultante.

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DELULTRASONIDO


110/459

1.9. Estructura de un equipo deUltrasonido y modos de representacion

Transmisor ClockBase de

Tiempo

Receptor

X

Y

a b

c

abc



111/459

1.9. Estructura de un equipo deUltrasonido y modos de representaciona.-

Clock (temporizador)

.- Genera pulsos elctricos para sincronizacin

.- La frecuencia (Rata de Repeticin ) con la cualse generan es ajustableb.-

Transmisor.

.- Da pulsos de voltaje para excitar altransductor

.- Los pulsos van desde 50 hasta 300 Voltios



112/459

1.9. Estructura de un equipo deUltrasonido y modos de representacioni.-

Base de tiempo.

.- Controlan la graficacin horizontal en lapantalla

.- Miden el Tiempo de Vuelo

.- Permite posicionar las discontinuidades

.- Tienen circuitos adicionales (Gates) quepermiten seleccionar la cantidad de rebotes avisualizar



113/459

1.9.1 Esquema de funcionamiento.

Fig. # 23.- Funcionamiento de un equipo de UT.



114/459





115/459





116/459

1.9.2 Presentacion Modo A.

Transmisor ClockBase de

Tiempo

Receptor

X

Y

ab

c

abc



117/459

1.9.2 Presentacion Modo A.Caractersticas:

a.- Se grafica la altura de la seal, contra el tiempo devuelo.b.- Permite localizar las discontinuidades.c.- Permite estimar el tamao de las discontinuidades.d.- Permite estimar la atenuacin del materiale.- Tiene aplicaciones especializadas



118/459

1.9.2 Presentacion Modo A.

Fig n 24 Principio de deteccion en Modo A

Representacin Ultrasnica


119/459

f

plate

crack

0 2 4 6 8 10

Pulso

inicial

Ecogrieta

Eco de fondo

UT Instrument Screen

Representacin Ultrasnica

Modo A


120/459

Modo A

Pantalla

Pieza

Eco Pulsado Modo A


121/459

Eco Pulsado Modo A

Seal de Eco de

Fondo

Seal de Eco deFondo y

Discontinuidad



122/459

1.9.3 Presentacion Modo B.



123/459

1.9.3 Presentacion Modo B.Caractersticas.

a.- Se representa la posicin del palpador a lo largode una lnea de exploracin contra el tiempo devuelo.

Fig. # 24.- Presentacin Modo B.


124/459

BARRIDOEN MODO B

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DELULTRASONIDO1 9 3 P i M d B


125/459

1.9.3 Presentacion Modo B.Caractersticas.

b.- Proporciona cortes de la pieza.c.- La presencia de una discontinuidad, se muestraen base a la ausencia del eco de fondo.d.- Es automtico.e.- La informacin se muestra en una pantalla de TV.f.- Tiene las siguientes limitaciones:

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DELULTRASONIDO1 9 3 P t i M d B


126/459

1.9.3 Presentacion Modo B..- Las reas bajo una sombra no soninspeccionadas..- Las discontinuidades cercanas a la superficietrasera, aparecen con una mayor longitud debido ala Divergencia del Haz.

.- Las dimensiones de una discontinuidad,perpendiculares a la direccin del movimiento delpalpador, no son registradas en su totalidad al

mismo tiempo


127/459

Vista inferiorde la pieza

Representacin

Modo B

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DELULTRASONIDO1 9 4 P t i M d C


128/459

1.9.4 Presentacion Modo C.Se representa el tiempo de vuelo contra la posicin

del palpador en un plano.

Fig. # 24.- Presentacin Modo C



129/459

1.9.4 Presentacion Modo C.Se representa el tiempo de vuelo contra la posicin

del palpador en un plano.

Fig. # 24.- Equipo de UT Modo C



130/459

1.9.4 Presentacion Modo C.Caractersticas:

a.- Muestra una vista plana de la pieza.b.- La profundidad se muestra en base a laintensidad del eco recibidoc.- Usan compuertas (Gates) de tiempo.d.- No proporcionan informacin sobre

.- Forma .- Orientacin .- Profundidade.- Solo da una proyeccin del interior de la pieza.


131/459

Barridos enModo C

Representacin Modo C


132/459

p

Foto deComposite

Imagen

Modo C

Equipo UT enModo C

Imagen de lacara posterior


133/459

Imagen de la carafrontal

p

(vista por carafrontal)

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DELULTRASONIDO1 9 5 Equipo de Eco Pulsado


134/459

1.9.5 Equipo de Eco Pulsado

Fig. # 25.- Equipo de Eco Pulsado


135/459

EquipoAnalgico

Equipo Digital

1.6.- PRINCIPIOS FISICOS DELULTRASONIDO1 10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)


136/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)Dispositivo que convierte Energa Elctrica en

Mecnica y Viceversaa.- Se fundamenta en el Efecto Piezoelctrico

+++++++++++++++

- - - - - - - - - - - - - -

Presin- - - - - - - - - - - - - - - -

++++++++++++++++++

Voltaje

Presin

DirectoInverso



137/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)b.- La piezoelectricidad es:

.- Natural .- Inducida1.10.1.- Piezoelectricidad natural.a.- Se presenta en materiales como el cuarzo, Sulfatode Litio, Oxido de Zinc, y Turmalina entre otros.b.- Es condicionado por su estructura cristalina.



138/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)

Fig. # 22.- Sistema de coordenadas para el Cuarzo.



139/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)c.- En Cuarzo, cortes perpendiculares al eje Xproducen ondas Longitudinales.d.- Cortes perpendiculares al eje Y producen ondastransversales.

e.- Ventajas..-

Resistente al desgaste.

.-

Insoluble en agua

.- Estabilidad mecnica y elctrica

.- Resiste altas temperaturas.



140/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)f.- Desventajas..- Alto costo .- Baja eficiencia para generar UT..- No produce modos puros..- Necesidad de altos voltajes para operacin (8001000 V) aproximadamente.g.- El Sulfato de Litio tiene propiedades similares alas del Cuarzo.



141/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)h.- Ventajas:.- Eficiente receptor de UT. .- No envejece.- Fcilmente atenuable. .- Poca mezcla de

modosi.- Desventajas..- Muy frgil .- Soluble en agua.- Funciona hasta 75 0C



142/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)1.10.2.- Cermicas Polarizadas.

Son hechas con materiales Ferroelectricos

a.- Solamente se expanden al aplicrseles unadiferencia de potencialb.- Los mas comunes son:.- Titanato de Bario. .- Metaniobiato de Plomo.- Niobiato de Litio .- Zirconato Titanato dePlomo



143/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)c.-Se convierten en piezoelectricos mediante dosprocesos:.- Se calientan hasta el Pto. De Curie.- Se enfran mientras se aplica un Campo Elctricode 1000 V/mm aproximadamented.-

Se fabrican en forma de pastillas.



144/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)e.- Ventajas:.- Eficientes generadores de UT..- Operan con bajos voltajes (30 50 V).- Algunos soportan altas temperaturas (Metaniobiatode Plomo > 550 0C)f.- Desventajas.- Sufren envejecimiento .- Poca resistencia aldesgaste.- No dan modos puros



145/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)g.- Para compararlos se definen los siguientesparmetros1.- Modulo Piezoelctrico (d)

Mide la eficiencia de un material para generarultrasonido. A mayor valor, mayor eficiencia

2.-

Constante de Deformacin Piezoelctrica (H)

Mide la capacidad de recepcin del ultrasonido.

A mayor valor, mayor capacidad de recepcin.



146/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)3.- Factor de Acoplamiento Electromecnico (K)

Mide la eficiencia de un material, para convertirvoltaje elctrico en desplazamiento mecnico y

viceversa.

A mayor valor, mayor eficiencia como receptor y

emisor.

Importante en Eco Pulsado



147/459

1.10 Sensores Ultrasonicos (Palpadores)3.- Factor de Acoplamiento para oscilacionesradiales (K

P )

Es una medida de la resolucin del palpador.

Depende del ancho del haz Sonico que incide sobre

el.

A menor valor, mayor resolucin


Caractersticas ultrasnicas de materiales para palpadores


148/459

Zirconato

Titanato de

Plomo

Titanato

de

bario

Metaniobiato

de PlomoSulfato de

Litio

Cuarzo Niobiato

de

Litio

Veloc. Long.

De Sonido(mt/seg)

4000 5100 3300 5460 5740 7320

Imp. Acustica

X 106

kg/mt2

30 27 20.5 11.2 15.2 34

K 0.6

0.7 0.45 0.4 0.38 0.1 0.2

d 150

191 125

150 85 15 2.3 6

H 1.8

4.6 1.1

1.6 1.9 8.2 4.9 6.7

KP 0.5

0.6 0.8 0.07 0 0.1 ---



149/459

1.11.- Constitucin de un Palpador

Son dispositivos que permiten generar y recibir

ultrasonidoa.- Su constitucin mas general es:

Fig. # 26.- Constitucin interna de un palpador



150/459


b.- Su constitucin mas general es:1.- Material Piezoelctrico..-

Recibe pulsos de voltaje de aproximadamente 10

seg de duracion.

.- Genera ondas ultrasnicas con frecuencia centraldada por:

T

VF L

R

2

=

Donde: T = espesor del cristal.

VL = Veloc. De las ondas long. En el

material.



151/459


2.- Material Atenuador (Backing)Controla:

.-

Resolucin: Capacidad para diferenciar defectos

prximos entre si

.- Sensibilidad: Capacidad para detectar defectospequeos.a.- Alta resolucin exige rpida atenuacin de losecos. Se logra con materiales duros (Metales oporcelana)



152/459


b.- Alta sensibilidad exige atenuacin razonable delos ecos. Se logra mediante el uso de resinas conmateriales pulverizados como Dioxido de

manganeso, Limaduras metalicas, Wolframio etc)

c.- Lo anterior se puede cumplir cuando:LitiodeSulfato

11.1y

15

..

==

Back

cristal

Back

cristal

ZZCuarzo

ZZ



153/459


d.- El tamao de los granos del material pulverizado,controla la atenuacine.- La proporcin entre el polvo metlico y la resinacontrola la impedancia del atenuador.3.- Transformador de acople..- Es una bobina que permite acoplar las impedanciasdel transductor y del cable..-

Permite mxima transferencia de energa

Efecto de la cubierta deproteccin


154/459

p



155/459

1.12.- Clasificacin de Palpadores de UT

Transductores

Contacto Directo Inmersin Especiales

Normales Angulares

Cristal simple

Doble cristal

Transductores


156/459



157/459


1.12.1.- Palpadores de contacto.Se colocan directamente sobre la superficie.

a.-

Necesitan medios de acoplamiento (Acoplantes)

b.- Se clasifican de acuerdo a la direccin del hazultrasnico que producen en:.- Normales .- Angularesc.- Tienen cubiertas protectoras contra el desgaste

Transductores de Contacto


158/459



159/459


1.12.1.a.- Palpadores de incidencia normal.Inyectan el ultrasonido en direccin perpendicular a la

superficie de la pieza.

Fig. # 27.- Palpador Normal



160/459


1.12.1.a.- Palpadores de incidencia normal.a.- Empleados en Eco Pulsado y Resonancia.b.-

Aplicados en Defectologia, metrologia y

caracterizacin de materiales

c.- Emiten ondas longitudinales.d.- De acuerdo al numero de cristales que tienen, seclasifican en:.- Cristal simple. .- Doble cristal.



161/459


.- Palpadores de incidencia normal cristal simple

Fig. # 28.- Palpador normal de cristal

simple

Transductores con Lneade Retardo


162/459

Doble Cristal


163/459

Corte

Presentacin



164/459


.- Palpadores de incidencia normal cristal simplea.- Producen ondas longitudinales.b.- El cristal funciona como emisor receptor (Ecopulsado)

c.- Hay una conexin comn entre receptor ytransmisor (Big Bang)d.- Sufren el campo cercano



165/459


.- Palpadores de incidencia normal doble cristal

Fig. # 29.- Palpador normal de doble cristal



166/459


.- Palpadores de incidencia normal doble cristala.- Elimina el problema del Campo cercano mediantebloques de retardo de baja atenuacionb.- Un cristal funciona como emisor y otro comoreceptorc.- Entre ellos se coloca una barrera acstica.d.- Tienen un pequeo Angulo (Angulo Raz) paraenfoque.



167/459


.- Palpadores de incidencia normal doble cristale.- Sufren el Crosstalkf.- Su sensibilidad varia con la distancia

Fig. # 30.- Sensibil idad para palpadores de



168/459


.- Palpadores de incidencia normal doble cristalg.- La distancia de mxima sensibilidad en funcin de:

.- Angulo raz. .- Frecuenciah.- Tiene una distancia focal (Distancia de Trabajo)

Fi . # 31.- Distancia de traba o ara E - R

Transductores Angulares


169/459

Esquema

Bsico

Algunosdiseos



170/459


.- Palpadores Angulares cristal simple

Fig. # 32.- Esquema de un palpador angular



171/459


.- Palpadores Angulares cristal simplea.- Emiten ondas longitudinales.b.- Producen ondas transversales y superficiales porConversin de Modos

c.- El Angulo de salida del haz, es calculado paraAcerod.- Usan zapatas de Perspex (Metacrilato de Metilo)e.- Son direccionales


C f


172/459


.- Palpadores Angulares cristal simplef.- La zapata es resultado del compromiso entre elmaterial, frecuencia de la onda, geometra ysimulacin de las distribuciones de presin acstica.

g.- Proporcionan localizacin precisa de lasdiscontinuidades, pero mediante ciertos clculos:h.- Ideales para inspeccin de uniones soldadasi.-

El Angulo del cristal se calcula cuidadosamente

Ultrasonido en soldaduras


173/459

Deteccin dediscontinuidades


1 12 Cl ifi i d P l d d UT


174/459


.- Palpadores Angulares cristal simple para ondassuperficiales.a.- Son palpadores angulares en los cuales elultrasonido incide con el 20

Angulo critico.

b.- Pueden ser producidas mediante incidencianormal con palpadores de cuarzo de corte Y

con

tecnicas de contacto especiales.

c.- Se pueden producir con frecuencias entre 2 y 10Mhz




175/459


.- Palpadores de inmersin.

Fig. # 33.- Esquema de un palpador deinmersin




176/459


.- Palpadores de inmersin.a.- Se emplean sumergidos en lquidos.b.- No tienen cubierta de proteccin.c.- Son blindados.d.-

Usan altas frecuencias

e.- Producen ondas longitudinales.f.-

Se emplean en sistemas automatizados

Transductores de Inmersion


177/459

Focalizados




178/459


.- Palpadores de inmersin.g.- Se aplican generalmente a:

.- Metrologia.

.- Defectologia

.-

Caracterizacin de materiales

h.- La produccin de otros tipos de ondas la realizanpor Conversin de Modos.




179/459


.- Palpadores Piezocompuestos

.- Nueva tecnologa en palpadores

.- Materiales piezoelctricos sobre una base cermica

.- Dan pulsos mas cortos con mayor ancho de banda.

.-

Minimizan el ruido y el efecto de los lbulos

laterales.

.- mayor eficiencia en la conversin de energaelctrica en ultrasonido.




180/459






181/459



Imagen al

microscopioelectrnico


1 12 Clasificacin de Palpadores de UT


182/459




1 13 Criterios para seleccin de Palpadores


183/459

1.13.- Criterios para seleccin de Palpadoresde UT

La seleccin de palpadores se hace en base a

criterios:

.- Tcnicos. .- Prcticosa.- Entre los tcnicos se tienen:

.-

Resolucin.

.-

Sensibilidad

b.- Entre los prcticos se tienen:.-

Extensin a cubrir.

.-

Geometra de la pieza

.- Orientacin de las discontinuidades .- Granos




184/459


a.- La Resolucin es controlada por el fabricante. Hay

un criterio mnimo a cumplir (Entalla del bloque V1)

b.- La Sensibilidad se refiere al tamao critico de la

discontinuidad detectablec.- Se relaciona con:

.- Longitud de onda .- Factor de calidad (Q)

12 ff

fQ C

=Donde: fC= Frecuencia central

f1 y f2 Frecuencias para 70 % del mximo (anchode banda




185/459


d.- A mayor Q mayor sensibilidad, pero menor

resolucion.

e.- En general, Q se encuentra entre 1 a 10

A (dB)

A0

70 % A0

f1 f2F (Mhz)


Informacin proporcionada por el fabricante


186/459

Grafica V t Espectro de frecuencia

(Grafica E t)




187/459


Entre los aspectos prcticos se tiene:

Deteccin o evaluacin de discontinuidades ?

a.- La deteccin necesita palpadores con grandivergencia del haz, es decir baja frecuencia.

b.- Su sensibilidad es poca.

c.- La alta frecuencia da mayor sensibilidad, perosufre otros efectos como el grano del material, y la

atenuacin




188/459


d.- Tanto La localizacin como la evaluacin de

discontinuidades, necesita que ellas produzcan lamayor distorsin posible en el haz ultrasnico

e.- Lo anterior exige que el haz ultrasnico sea lo masperpendicular posible a la discontinuidad

Como afecta el material ?

a.- Si el grano es fino, se recomiendan frecuencias de2 a 5 Mhz. Buena sensibilidad y resolucion




189/459


b.- Si el grano es grueso, se recomiendan frecuencias

desde 0,5 a 2 Mhz. Bueno en fundiciones , plsticosetc

Que pasa a frecuencias mayores ?a.- Hay mayor sensibilidad (5 a 10 Mhz) Pero mayoratenuacin. til para grano muy fino.

b.- Problemas para detectar discontinuidades lejanas.

c.- El campo cercano crece, se compensaseleccionando palpadores de gran dimetro




190/459


d.- Disminuye la divergencia del haz.

Que debo recordar siempre ?

Que el palpador seleccionado debe proporcionarnosuna buena:

Sensibilidad, Resolucin y Divergencia del haz

adecuada a lo que deseamos con la menoratenuacin y grama posible


1 14 Otros aspectos a considerar:


191/459

1.14.- Otros aspectos a considerar:Seleccin del medio de acoplamiento

Que son ?

Son sustancias que se colocan entre el palpador y lasuperficie de la pieza con la finalidad de mejorar la

transmisin del UltrasonidoComo lo hacen ?

Eliminando el aire existente entre el palpador y lasuperficie de la pieza.




192/459


Cuales son los mas recomendables ?1.- Compuestos acuosos: Metilcelulosa

2.- Aceites: Glicerina, grasas de base bituminosa, ysiliconas

3.- Otros: Pulpa de papel, Mercurio, pastas4.- Gomas suaves o presin (1000 psi)




193/459


Como se pueden seleccionar ?En base a:

.- Costo .- Reacciones qumicas

.- Disponibilidad .- Limpieza posterior.

.- Viscosidad.

.- Adherencia superficial


1 14 - Otros aspectos a considerar:


194/459


Como se clasifican ?1.- Para contacto directo.

a.- Condicionados por.- Condicin superficial.

.- Temperatura superficial.

.- Inclinacin de la superficie




195/459


b.- los mas usados:Agua

Barata, poco viscosa, y reacciona qumicamenteAceites

Viscosos, generan seales parsitas, sufren contemperaturas, algunos tienen alta atenuacion




196/459


Glicerina

Buen conductor acstico, no tiene buena adhesin,mayor facilidad de remocin, se degrada con latemperatura rpidamente

Pulpa de papel y pastas

Se mezclan fcilmente, sencillas de remover, seendurecen con facilidad




197/459

1.14. Otros aspectos a considerar:Seleccin del medio de acoplamiento

Metilcelulosa

Buena para piezas con alta rugosidad, en vertical y en

bvedas. Para que no se seque se le aade glicerina.Puede inducir corrosin.

Plastilina con aceite.

Buena acsticamente, excelente adherencia y buencomportamiento ante la rugosidad.




198/459


Que podemos usar con altas temperaturas ?Aceites con alto pto de ebullicin (> 300 0C)

Grasas y Silicona ( hasta 550 0C)

Zapatas de polmetros para alta temperatura


1 14 - Otros aspectos a considerar:S l i d l di d l i


199/459


2.- Para inmersin.a.- Generalmente es el liquido que rodea la pieza

(inmersin total)b.- Se usan mezclas entre agua, agentes humectantesy aceites (Taladrina) para evitar la formacin deburbujas (inmersin local)


1 14 - Otros aspectos a considerar:S l i d l di d l i t


200/459


Fig n 35. Efecto de la rugosidad superficialy el acoplante




201/459

1.15. Otros aspectos a considerar:Efecto de la condicin superficial.

Efecto de la condicin superficiala.- Los mas importantes son:

.- Cascarilla de xidos

.- Mala adherencia de recubrimientos.

.- Se recomienda eliminarlos sin daar la superficie

.-




202/459


Efecto del acabado superficiala.- Los mas importantes son:

.- Disminucin de la transmisin ultrasnica

.- Aumento de la zona muerta

.- Produccin de ondas secundarias




203/459


Que los produce?a.- La Rugosidad superficial.

b.- Coeficientes de reflexin y transmision.

c.- Frecuencia de la onda.

Fig. # 34.- Efecto de la Rugosidad


1.15.- Otros aspectos a considerar:


204/459


Que efecto especifico tiene la rugosidad?a.- Produce patrones de interferencia por los cambios

de velocidad.b.- El proceso es mas intenso cuando se alcanza laRugosidad Critica o multiplos de ella

)(2)(2 12

21

12

12

VV

V

VV

VRC

=

=




205/459


c.- La rugosidad afecta a travs de los siguientesprocesos:

.- Conversin de modos por la incidencia angular delos lbulos secundarios.

.- Diferencias en los tiempos de recorrido de las ondasen crestas y valles.

.- Reflexin de los lbulo laterales sobre las caras de

rugosidad




206/459


Que efecto especifico tiene la Curvatura de la pieza ?a.- Produce cambios en la divergencia del Haz

b.- Puede concentrar odispersar el Ultrasonido

c.- Es til en inspeccin conpalpadores angulares




207/459


Que sucede si inspecciono con palpadores normales?a.- Disminuye la sensibilidad

b.- El rea de contacto se reduce (Aumenta el Angulode divergencia)

c.- Se recomiendan adaptadores (Zapatas)d.- Emplear dispositivos especiales para enfoque(zapatas, o palpadores de mosaico)




208/459

5 O os aspec os a co s de aEfecto de la condicin superficial.

Que sucede si inspecciono con palpadoresangulares?

a.- Conversin de modos debido a los lbulossecundarios.b.- Para eliminar este efecto se

recomienda reducir la zona decontacto.

c.- Aumenta la divergencia del haz

2.- METODOS BASICOS Y TECNICASAPLICADAS

Introduccin


209/459

a.- Consiste en la seleccin y aplicacin de lastcnicas especificas en base a:.- Material .- Dimensiones .- Forma .- Condicinsuperficial.- Accesibilidad .- Estructura interna. .- Otrasb.-

Lo anterior lleva a seleccionar:

.- Mtodo de ensayo:.-

Contacto

: Eco pulsado o transmisin

.- Inmersin.


Introduccin


210/459

.- Tcnica:

.- Haz normal. .- Haz angular. .- Haz superficial

.- Tipo de onda

.- Ondas longitudinales. .- Ondas transversales.

.- Ondas de Rayleigh. .- Ondas de Lamb

.- Tcnicas especiales.

.- Phased Array .- Ondas Guiadas .- Otras


2.1.- Incidencia Normal (Haz Normal)


211/459

( )a.- El ultrasonido se introduce perpendicular a lasuperficie.b.- La onda transmitida es longitudinal.

Fig. # Tcnica de haz normal.




212/459

( )d.- hay problemas en los bordes de las piezas.

Fig. # Tcnica de haz normal.




213/459

( )c.- Se usan palpadores de uno o dos cristales.d.- Las ondas se propagan con una velocidad dadapor:

)21)(1(

)1(

+

=

EV

L

e.- Puede emplearse:.- Eco pulsado. .- Transmisin


2.2.- Incidencia Angular (Haz Angular)


214/459

g ( g )a.- El haz Sonico incide con un ngulo algo mayorque el primer Angulo critico.b.- El camino sonico puede ser complejo

Fig. # Tcnica de haz angular.

Inspeccin mediante palpadorangular


215/459




216/459

g ( g )c.- Para ondas transversales su velocidad depropagacin es:

)1(2 +=

EV t

d.- Sus aplicaciones bsicas son:.- Eco pulsado. .- Transmisin.- Tecnicas especiales.

TOFD. Modo convertido. Ondas CreepPitch Catch Otras.




217/459

g ( g )

Fig. # Principio de deteccion para

palpadores angulares.

Medicin por Punta de Grietas

Distanciasi l d


218/459

Paso n1

Paso n2

involucradas




219/459

Fig. # Casos de deteccion




220/459

Fig. # tecnica pitch - catch




221/459





222/459





223/459

Fig. # Backscattering




224/459

Fig. # Relacin entre modos y ngulos de

incidencia en interfase agua - acero


2.4.- Incidencia Angular para Ondas Superficiales

a Son tcnicas con procedimiento de calibracin no


225/459

a.- Son tcnicas con procedimiento de calibracin noestandarizados.b.- El ngulo incidente es algo mayor al segundongulo critico.c.- Tienen poca penetracin (del orden de )d.-

Se usan en la deteccin de discontinuidades

superficiales.

e.- Fuertemente afectadas por la RugosidadSuperficial.




226/459

Fig. # Tcnica de onda superficial.



f Su velocidad depende de las caractersticas del


227/459

f.- Su velocidad depende de las caractersticas delmaterial y del ensayo.

)1(21

12,187,0

++

+=

EV

S

g.-

Su velocidad promedio es el 90% de la que tienen

las ondas transversales.

h.- Son reflejadas por bordes en ngulo recto


2.5.- Tcnica de Inmersin.

Consiste en sumergir la pieza en un fluido


228/459

Consiste en sumergir la pieza en un fluidoacoplantea.- Generalmente es automatizado.

Fig. # Ensayo de Inmersin


2.5.- Tcnica de Inmersin.

b Puede ser empleado en piezas de geometra


229/459

b.- Puede ser empleado en piezas de geometracompleja.c.- Tiene tres tcnicas bsicas.

.-

Inmersin.

.-

Chorro

.-

Rueda

d.- Pueden producirse ondas longitudinales otransversales


2.5.1.- Tcnica de Inmersin en tanque

La pieza y el palpador se encuentran ambos


230/459

La pieza y el palpador se encuentran ambossumergidos en un tanquea.- Pueden haber problemas de superposicin deecos.

T

Liq.

Pieza

Pie.

L

Liq.

L

VVTS =

S= Camino sonico en Liq.

VL = Vel. Ondas Long.

Condicin para el nosolapamiento de ecos conpalpador normal

Ensayo Ultrasnico por

inmersin


231/459

IP = Pulso inicial1 2

Tcnica de Inmersin


232/459

0 2 4 6 8 10

FWE

BWE

DE

2IP

IP = Pulso inicial

FWE =Eco pared frontal

DE = Eco defecto

BWE = Eco pared de fondo

0 2 4 6 8 10

FWE

BWE

1IP

1

Defect


2.5.1.- Tcnica de Inmersin en tanque


233/459

Fig. # Ensayo de Inmersin con haz normaly angular


2.5.2.- Tcnica por chorro de acoplante.

El haz ultrasnico se propaga a travs de una


234/459

El haz ultrasnico se propaga a travs de una

columna de fluido acoplante

Fig. # Ensayo de Inmersin por chorro deacoplante


2.5.2.- Tcnica por chorro de acoplante.

b El l t l diti


235/459

b.- El acoplante se mezcla con aditivos.c.- Es bsicamente automtico y de alta velocidad.d.- Generalmente se desplaza el palpador y susaccesorios.e.- Los palpadores que se emplean son focalizados.f.- Existen variantes como el Paintbrush

2.- METODOS BASICOS Y TECNICAS APLICADAS

2.5.3.- Tcnica de la Rueda

El haz ultrasnico se proyecta a travs del fluido


236/459

El haz ultrasnico se proyecta a travs del fluido

acoplante

contenido en una Rueda

Fig. # Ensayo de Inmersin por tcnica derueda


2.5.3.- Tcnica de la Rueda

b - Necesita de una buena condicin superficial


237/459

b. Necesita de una buena condicin superficial.c.- Se coloca aceite entre la rueda y la pieza.d.- Es de alta velocidad y puede ser automatizado.

Fig. # Ensayo de Inmersin por tcnica de rueda

Inspeccin en rieles


238/459


2.6.- Tcnica de Inmersin con Haz Normal.


239/459

Fig. # Ensayo de Inmersin por Haz normal


2.7.- Tcnica de Inmersin con Haz Angular .


240/459

Fig. # Ensayo de Inmersin por Haz angular

3.- Ensayo Ultrasnico por contacto3.1.- Tcnica ultrasnica por contacto

3.1.1.- Palpadores Normales


241/459

Aplicacin directa del ultrasonido sobre la

pieza mediante palpadores que se colocan encontacto con ellaa.- Tiene necesidad de sustancias acoplantes

b.- Permite examinar piezas de gran tamao.c.- Permite:

.- Localizar discontinuidades con precisin.

.- Evaluar sus dimensiones

.- Determinar su naturaleza.


c.- Fuertemente afectado por la rugosidadfi i l


242/459

superficial.

d.- Imposibilidad de inspeccionar muy cerca dela superficie.c.- Gran dificultad para su automatizacin.

d.- Gran numero de variantes.- Ondas Longitudinales

.- Ondas Transversales.

.- Ondas Superficiales.

.- Tcnicas de Modo Convertido


e.- Aplicacin mediante palpadores normales


243/459

Fig. # Deteccin mediante palpadores normales y angulares



244/459

Deteccin de unadiscontinuidadmediante

palpador normal(Modo A)


g.- Se presentan distintos casos.


245/459

IMPORTANTE

Permite la evaluacin de discontinuidades,mediante normativas aplicables en base a la

altura del eco

Fig. # Casos posibles


g.- Puede emplearse la tcnica porT i i


246/459

Transmisin

g.- No permite localizar con precisinh.- Requiere acceso a las dos caras de la pieza

Fig. # Tcnica por Transmisin

Tecnica de Transmision

1

1

C l i d


247/459

0 2 4 6 8 10

2

11

T R

T R

2

Colocacion de

palpadores

Pantalla

SonidoT itid

Tcnica de Transmisin


248/459

Transmitido

Disminucion de

sonido por la

presencia de una

discontinuidad


3.1.2.- Palpadores Angulares.


249/459

a.- En eco pulsado se tiene:

Fig. # Aplicacin mediante palpadores angulares


b.- La deteccin mediante Eco Pulsado se basaen el Efecto de Esquina


250/459

en el Efecto de Esquina

Fig. # Efecto de Esquina


c.- La tcnica de transmisin tiene variantes


251/459

Fig. Tecnica Tandem


3.1.2.- Palpadores doble cristala.- Localizan discontinuidades muy cerca de la


252/459

a. Localizan discontinuidades muy cerca de lasuperficie.

Fig. # Palpador E / R

b.- Utilizados enevaluacin de

Corrosin.c.- Excelentes paradetectarDelaminaciones

D.- tiles muy cerca de

la superficie.

4.- Tcnicas de ensayo. Equipos y

aplicaciones.

4.1.- Sistemas de Ensayo.


253/459

Las aplicaciones del ultrasonido se fundamentan en

tres tcnicas bsicas:

1.-

Tcnica de Resonancia.

2.- Tcnica de Transmisin.3.-

Tcnica de Eco Pulsado

Con sus posibles variantes

4.- Tcnicas de ensayo. Equipos y

aplicaciones.

4.1.- Sistemas de Ensayo.


254/459

En general se miden tres magnitudes.:

1.- Frecuencias (Resonancia)2.- Intensidad Acstica (Altura del eco)3.- Tiempo de Vuelo del eco

Las medidas son condicionadas por:1.- Tipo de onda.2.- Velocidad de propagacin.

4.- Tcnicas de ensayo. Equipos yaplicaciones.

4.1.1- Tcnica de Resonancia.Se fundamenta en la mxima absorcin de energa


255/459

Se fundamenta en la mxima absorcin de energaacstica por un cuerpo.

a.- Depende de: .- Espesor del material..- Frecuencia del ultrasonido

b.- Se producen ondas estacionarias en la pieza.


4.1.1- Tcnica de Resonancia.c.- Los efectos se refuerzan cuando se cumple


256/459

c. Los efectos se refuerzan cuando se cumple

T

Vnfn

2

=

fn = Frecuencia de ResonanciaN = N0

de Orden = 1,2,3..

V = Veloc. De la onda

T = Espesor del material

d.-

La expresin anterior puede ser escrita como:

2

nT =

= Long. De Onda


4.1.1- Tcnica de Resonancia.d.- Existe un conjunto de frecuencias de Resonancia,


257/459

d. Existe un conjunto de frecuencias de Resonancia,asociadas con las formas de vibracin de la pieza.

e.- Tiene una precisin entre 1 y 3 % para espesoresdesde 0,1 hasta 80 mm


4.1.1- Tcnica de Resonancia.f.- No es til para detectar discontinuidades.


258/459

f. No es til para detectar discontinuidades.g.- No es til en evaluacin de Corrosin, porquenecesita que las caras de la pieza sean paralelas.g.- Superada por la tecnica de Eco Pulsado.h.- til para medicin de espesores en materiales conuna gran atenuacin del ultrasonido (Concreto enobras civiles)


4.1.2- Tcnica de Transmisin.Emisin y captura del ultrasonido mediante palpadores


259/459

s y captu a de u t aso do ed a te pa pado escolocados en diferentes caras de la pieza


4.1.2- Tcnica de Transmisin.a.- Puede ser empleado con onda continua o eco


260/459

ppulsadob.- Fuertemente dependiente de la alineacin de lospalpadores.c.- Puede ser aplicada mediante equipos especiales(ya en desuso) o mediante equipos de eco pulsadod.- Miden intensidad acsticae.-

Hay cierta relacin entre el valor de intensidad

acstica recibido, y el tamao de la discontinuidad.


4.1.2- Tcnica de Transmisin.

f Se usa en materiales con alta atenuacin (forjas


261/459

f.- Se usa en materiales con alta atenuacin (forjas,fundiciones, concreto por ej.)g.- Necesita acceso a las dos caras del material(Palpadores normales)h.- La orientacin y la posicin de lasdiscontinuidades no es fcil de determinar


Curso Ultrasonido II

Documents

Transcript of Curso Ultrasonido II