Inspeccion de Ultrasonido

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Este trabajo muestra una descripcion del trabajo de la inspeccion de soldadura mediante el equipo de ultrasonido. Muestra a su vez, una relacion de los ensayos de pruebas no destructivas.

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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS

ENSAYOSNO DESTRUCTIVOS ULTRASONIDOS NIVEL II

AENDAsociacin Espaola de Ensayos no DestructivosEdita: FUNDACION CONFEMFTALPrncipe de Vergara, 74,28006 Madrid.Tfno,: 91 782 36 30 m Fax: 91 563 17 41Depsito Legal: M-39131-2006Impreso en Espaa - Printed in Spain

INDICE

1ULTRASONIDOS 71.1NATURALEZA DE LOS ULTRASONIDOS71.2PRODUCCIN Y TRANSMISION DE LAS ONDAS SONORAS81.3PROPAGACION DE LAS ONDAS SONORAS91.4PARAMETROS DE LAS ONDAS SONORAS101.5EMISION SONICA112MODOS DE VIBRACIN O TIPOS DE ONDAS 132.1ONDA LONGITUDINAL O DE COMPRESION132.2ONDA TRANSVERSAL O DE CORTE132.3ONDA DE SUPERFICIE O DE RAYLEIGH142.4ONDAS DE CHAPA U ONDAS DE LAMB152.5IMPEDANCIA ACUSTICA162.6Intensidad acstica162.7PRESION ACUSTICA162.8PRESION REFLEJADA EN UNA DISCONTINUIDAD182.9ATENUACION DE LAS ONDAS SONORAS182.9.1Dispersin182.9.2Absorcin193REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS 213.1INCIDENCIA NORMAL213.1.1Incidencia normal en superficie limite nica213.1.2Incidencia normal en superficie lmite mltiple233.2INCIDENCIA ANGULAR244GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS 264.1MAGNETOSTRICCION264.2PIEZOELECTICIDAD264.3CARACTERISTICAS DE LOS CRISTALES PIEZOELECTRICOS275CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR 305.1CAMPO PROXIMO Y LEJANO DE UN OSCILADOR CONT1NUO305.2CAMPO ULTRASNICO DE UN OSCILADOR POR IMPULSOS325.3ECO Y SOMBRA DE UN OBSTACULO EN EL CAMPO ULTRASONICO336PALPADORES 336.1CONSTRUCCIN DE LOS PALPADORES336.2CARACTERISTICAS RESPECTO A FRECUENCIA Y DIAMETRO DEL CRISTAL346.3DIFERENTES TIPOS DE PALPADORES356.3.1Palpadores de contacto356.3.2Palpadores de inmersin386.3.3Palpadores focalizantes396.4PALPADORES ESPECIALES407TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS 417.1TECNICA DE RESONANCIA417.2TECNICA DE TRANSMISION427.3TECNICA DE IMPULSO-ECO437.3.1Medida del tiempo de recorrido (T)437.3.2Medida de la intensidad acstica y tiempo de recorrido (IT)437.4DETECCIN DE DISCONTINUIDADES448EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO 478.1SISTEMA DE SINCRONISMO478.1.1Generador de voltaje de deflexin horizontal478.1.2Emisin de impulsos elctricos de alta frecuencia488.1.3Luminosidad del pincel Luminoso488.2GENERADOR DE ALTA FRECUENCIA488.3AMPLIFICADOR498.4MONITORES508.5SISTEMAS DE REPRESENTACION508.5.1Representacin de tipo A508.5.2Representacin de tipo B518.5.3Representacin de tipo C519PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO 529.1CONDICION DE LA SUPERFICIE DEL MATERIAL529.1.1Acabado superficial529.1.2Rugosidad de la superficie529.1.3Curvatura de la superficie529.2MEDIO DE ACOPLAMIENTO549.3DIAMETRO Y FRECUENCIA DEL PALPADOR549.4BLOQUES DE CALIBRACIN Y DE REFERENCIA549.4.1Bloque de calibracin V1559.4.2Bloque de calibracin V2569.4.3Bloque ASME569.5COMPROBACIONES DEL EQUIPO-PALPADOR579.5.1Relacin seal-ruido579.5.2Zona muerta579.5.3Poder de resolucin589.6COMPROBACIONES DE LOS PALPADORES589.6.1Isobara de -20 dB589.6.2Determinacin del punto de salida de un palpador angular609.6.3Determinacin del ngulo real de salida619.7COMPROBACIONES EN EL EQUIPO629.7.1Linealidad horizontal629.7.2Linealidad vertical6310CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO 6410.1AJUSTE DE LA BASE DE TIEMPO6410.1.1Ajuste en recorrido del sonido con palpador normal6410.1.2Ajuste en recorrido del sonido con palpador angular6410.1.3Ajuste con bloque de calibracin V26510.1.4Determinacin de la situacin de un reflector6610.2AJUSTE EN DISTANCIA DE PROYECCIN6610.3AJUSTE EN DISTANCIA DE PROYECCION ACORTADA6710.4AJUSTE DE LA SENSIBILIDAD6810.4.1Tcnica del reflector simple6810.4.2Tcnica de la curva "amplitud-distancia" (CAD)6910.4.3Tcnica del "tamao-distancia-amplitud" (DAT)7010.4.4Escalas AVG7111ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS 7311.1DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS7311.1.1Defectos internos7311.1.2Defectos externos7511.2TECNICAS DE INSPECCION7711.2.1Tcnica con incidencia normal7711.2.2Tcnica con incidencia angular7911.3REALIZACIN DEL ENSAYO8012ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS 8112.1PRODUCTOS MACIZOS COMO: LINGOTES, BARRAS, PALANQUILLAS, DESBASTES Y BRUTOS DE FORJA8112.1.1Lingotes8112.1.2Desbastes y brutos de forja8212.1.3Barras8212.1.4Palanquillas8312.2PIEZAS MOLDEADAS8312.3PIEZAS FORJADAS, PRENSADAS O ESTAMPADAS8312.4PRODUCTOS LAMINADOS Y EXTRUIDOS8412.4.1Ensayo de chapas8412.4.2Ensayo de tubos8512.5ENSAYO DE EJES Y VASTAGOS8612.6DIFERENTES ENSAYOS DE MANTENIMIENTO8712.6.1Ejes de ferrocarril8712.6.2Rales de ferrocarril8812.6.3Bulones y tornillos8912.6.4Elemento estructural aeronutica9013ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS 9313.1MATERIALES COMPUESTOS DE FIBRA DE CARBONO9313.1.1Ensayo por contacto9313.1.2Ensayo por inmersin9513.2DETECCION DE AGUA EN ESTRUCTURAS DE PANAL DE ABEJA (HONEY-COMB)9513.2.1Ensayo por contacto9613.2.2Ensayo por inmersin9614ENSAYOS ESPECIALES 9814.1ENSAYOS DE INMERSION9814.2TECNICAS DE ENSAYO9914.2.1Impulso-eco9914.2.2Transmisin9914.2.3Placa reflectante10014.2.4Automtico con representacin C10014.3MEDIDORES DE ESPESORES10114.3.1Bloques de calibracin10114.3.2Calibracin con equipos analgicos y digitales10114.3.3Medida de espesores en superficies curvas10215DETERMINACION DEL TAMAO Y FORMA DE UN REFLECTOR 10415.1DETERMINACION DE LA FORMA ECONOMICA10415.2DETERMINACION DE UN REFLECTOR MAYOR QUE LA SECCION TRANSVERSAL DEL HAZ10515.2.1Determinacin de la longitud10515.2.2Determinacin de la anchura10615.2.3Determinacin de la altura o profundidad10615.2.4Tcnica TOFD para discontinuidades internas10715.2.5Tcnica TOFD para discontinuidades abiertas a la superficie109

GENERALIDADES E HISTORIALa primera utilizacin importante conocida de los ultrasonidos fue realizada por Langevin durante la Primera Guerra Mundial, para sondeos subacuticos.En 1929 el profesor S. Sokolov descubre que las vibraciones ultrasnicas pueden penetrar en grandes espesores de metal, y ser trasmitidas por alambres a grandes distancias.Entonces pens, que podran utilizarse para descubrir imperfecciones en los metales.Esto le llev a idear un instrumento que denomin Defectoscopio. Aplic su aparato al estudio de las cualidades estructurales de los metales, y del temple de los aceros.Tambin lo utiliz para revelar la presencia de objetos contenidos en bloques opacos de material.Para ello ide un aparato que enviaba sobre una pantalla especial, la imagen de los objetos ocultos que podan encontrarse en los cuerpos metlicos.Hasta 1942, con el descubrimiento y aplicacin del sonar por Firestone, para localizacin de buques, y medida de profundidades marinas, no empez el despegue en la utilizacin de los ultrasonidos en la deteccin de heterogeneidades en los materiales con la tcnica de impulso-eco.APLICACIONESSon tantas Las aplicaciones de los ultrasonidos, que la mejor clasificacin que se puede hacer, es atenindonos a la gama de frecuencias: Frecuencias entre 30 y 100kHz: se utilizan en procesos industriales como: comunicaciones, navegacin y pesca, qumica, biologa, soldadura, mecanizado, colada-moldeo. Frecuencias entre 100kHz y 100 MHz: utilizadas en control de calidad, para ensayos de: defectologa, metrologa y caracterizacin. En construcciones navales y metlicas, para el control de productos semielaborados, y de uniones. En la industria metalrgica, para el control de productos fundidos, forjados y laminados, como por ejemplo: chapas, tubos y alambres. En comunicaciones, para el control de material rodante, aeronutico y vas de comunicacin (rales). En instalaciones de potencia, para inspeccin de recipientes solicitados por presin, y temperaturas elevadas. En la industria qumica, para inspeccin de instalaciones susceptibles de ser atacadas por sustancias qumicas.

ULTRASONIDOSNATURALEZA DE LOS ULTRASONIDOSLos ultrasonidos son ondas del mismo tipo que los sonidos audibles, diferencindose nicamente en la frecuencia de operacin y forma de propagacin. Los ultrasonidos operan con frecuencias por encima de la zona audible del espectro acstico.

Figura l.1En la figura 1.1 se observan tres zonas perfectamente diferenciadas en el espectro acstico: INFRASONICA o sonidos no audibles por el odo humano. Corresponden a esta zona, las oscilaciones cuya frecuencia es menor de 16 Hz/seg. SNICA o sonidos audibles, comprendida en la gama de frecuencias de oscilacin, de 16 a 20000 Hz/seg. Una onda acstica dentro de esta gama de frecuencia pudiera no ser audible al no tener el mnirno de presin acstica necesaria para ser registrada por el odo, o por sobrepasar la presin mxima soportable por los mecanismos fsicos del odo. Para conocer cuando una onda sonora se aproxima al mximo de frecuencia soportable por el odo (20kHz), es el momento en que el sonido empieza a molestar en el odo: "Umbral del dolor". ULTRASNICA, es aquella donde la frecuencia de las oscilaciones es superior a 20kHz.

Las frecuencias ms altas logradas hasta el momento son del orden de 1000MHz. Las frecuencias utilizadas en los ensayos para el control de heterogeneidades en ensayos de materiales metlicos se realizan con frecuencias generalmente comprendidas entre 1 y 25MHz.PRODUCCIN Y TRANSMISION DE LAS ONDAS SONORASCuando un medio elstico es perturbado por una accin instantnea o continua, hace que esta perturbacin se propague a travs del referido medio, mediante lo que se llama movimiento ondulatorio u onda.Esta propagacin no supone traslacin real de la materia, sino transmisin de energa. As, cada partcula afectada por la perturbacin (figura 1.2), se desplaza de su posicin de equilibrio, tendiendo a volver a la posicin de reposo, y sobrepasando la misma pendularmente en un movimiento vibratorio armnico.

Figura 1.2Como se ve en la figura tenemos una masa (M), sujeta a un punto fijo mediante un resorte R. Si aplicamos a la masa una fuerza (F), haciendo que dicha masa se separe de su posicin de equilibrio (punto O), se producir un desplazamiento del punto de aplicacin de la fuerza.La relacin entre el desplazamiento y la fuerza aplicada, viene expresada por la ley de Hooke:

F = - k X

Donde:F = fuerza defor