Inspeccion Ultrasónica

7/30/2019 Inspeccion Ultrasnica

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APROB. FECHAAPROB.FECHA

VOLUMEN 1

E PDVSA, 1983

PI020301 ENSAYO ULTRASONICO

(GENERAL)

APROBADA

Eliecer Jimnez Alejandro NewskiNOV.86 NOV.86

PROCEDIMIENTO DE INSPECCION

NOV.86

JUL.94 J.S.1

0

REVISION GENERAL 15

14

E..J. A.N.

MANUAL DE INSPECCION

ESPECIALISTAS

PDVSA
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ENSAYO ULTRASONICO(GENERAL) JUL.941

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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice

1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ASPECTOS GENERALES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1 Principio del Ensayo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Aplicaciones 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Ventajas 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Limitaciones 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5 Equipo Bsico 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6 Formas de Aplicacin del Ensayo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.7 Tcnicas 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8 Variables del Ensayo 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 NORMAS A CONSULTAR 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 PROCEDIMIENTO 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Procedimiento de Inspeccin Ultrasnica 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Calibracin del Equipo 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Estandarizacin del Equipo 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Ejecucin del Ensayo 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 EVALUACION DE LAS INDICACIONES 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 INFORME 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 MEDICION DE ESPESORES 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 ALCANCE

El siguiente procedimiento tiene como objetivo guiar al inspector para que juzguela metodologa, interpretacin y aceptacin de los resultados obtenidos en unainspeccin con ultrasonido.

2 ASPECTOS GENERALES

2.1 Principio del Ensayo

La inspeccin ultrasnica es un mtodo de ensayo no destructivo en el cual hacesde ondas sonoras de alta frecuencia (usualmente entre 0,5 a 25 Megahertz) seintroducen en el material a inspeccionar para detectar discontinuidades

superficiales e internas. El ensayo ultrasnico est basado en las propiedades depropagacin, reflexin y refraccin de las ondas ultrasnicas (vibracionesmecnicas) a travs del material inspeccionado. La aplicacin ms comn deeste ensayo se basa en la reflexin del ultrasonido en las discontinuidades delmaterial, lo que permite la deteccin y evaluacin de las mismas.

2.2 Aplicaciones

El ensayo ultrasnico es uno de los mtodos de ensayo no destructivos msutilizados en la inspeccin de materiales. Su principal aplicacin lo constituye ladeteccin y caracterizacin de discontinuidades internas y superficiales del

material.Tambin se utiliza para medir espesores, detectar avance de corrosin; y conmenos frecuencia, para determinar propiedades fsicas del material, tales comomdulo elstico, microestructuras, contenido de inclusiones, endurecimiento,etc.

Este ensayo tiene la particularidad de ser muy sensible a la deteccin dediscontinuidades criticas, tales como grietas, falta de fusin en soldaduras, etc.

2.3 Ventajas

Las principales ventajas del ensayo ultrasnico, en relacin con otros mtodos

de ensayo no destructivos, son las siguientes:

Alto poder de penetracin, lo que permite la deteccin de discontinuidadesprofundas del material.

Capacidad de detectar discontinuidades muy pequeas (alta sensibilidad).

Mayor exactitud que otros mtodos de inspeccin en cuanto a la determinacinde la posicin, tamao, orientacin, forma y tipo de discontinuidad.

Se requiere de accesibilidad a slo una de las superficies de la pieza ainspeccionar.
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Ausencia de riesgos para el operador y el personal circundante.

Portabilidad del equipo. Resultados inmediatos permitiendo una inspeccin rpida.

2.4 Limitaciones

Este mtodo de inspeccin requiere de un alto conocimiento tcnico paraanalizar el tipo y tamao de las discontinuidades; por lo tanto, el entrenamientorequerido para el personal que realiza la inspeccin ultrasnica es,generalmente, ms exigente que para otros mtodos de inspeccin.

El mtodo es difcil de aplicar en piezas muy rugosas, de geometra irregular,muy pequeas o de poco espesor; y en materiales de grano grueso (tamaode grano igual o mayor a un dcimo de la longitud de onda).

A medida que aumenta el espesor del material, la capacidad de detectardiscontinuidades pequeas (sensibilidad) disminuye.

2.5 Equipo Bsico

La mayora de los sistemas de inspeccin ultrasnica incluyen el siguiente equipobsico:

Generador de impulsos elctricos.

Palpador(es) o transductor(es) que transforma los impulsos elctricos enmecnicos y viceversa (efecto piezoelctrico).

Medio de acople para transferir la energa ultrasnica del palpador a la pieza

a inspeccionar.

Dispositivo electrnico para amplificar las seales que recibe el palpador.

Sistema para observar / registrar los resultados del ensayo. Este puede ser untubo de rayos catdicos, registrador con cinta de papel, impresor decomputadora, etc.

El equipo ultrasnico a utilizar en una inspeccin debe ser capaz de generar,recibir y amplificar impulsos elctricos en tales frecuencias y niveles de energaque permitan realizar un ensayo significativo; y adems, suministrar un mtodode representacin y/o registro adecuado. El equipo debe estar calibrado segnlo indicado en el punto 4.2.

2.6 Formas de Aplicacin del Ensayo

Existen dos formas bsicas de aplicar el ensayo ultrasnico: por contacto y porinmersin. En la primera, el palpador se coloca directamente sobre la pieza ainspeccionar, y se utiliza un acoplante para permitir la transmisin del hazultrasnico a la pieza. En la segunda, el palpador se coloca a cierta distancia dela superficie del material, y el haz ultrasnico se transmite a ste a travs de unacolumna de agua. La seleccin de la forma de aplicacin depende del tipo depieza a inspeccionar y de las condiciones de la inspeccin.


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2.6.1 Ventajas y desventajas de la aplicacin del ensayo por contacto y por inmersin

a. ContactoVentajas

Requiere un mnimo de instrumentacin y accesorios.

Se pueden ensayar piezas de grandes dimensiones.

Portabilidad del equipo.

Desventajas:

La dificultad de mantener un acople uniforme entre el palpador y lasuperficie, origina una prdida de la sensibilidad y de la reproducibilidaddel ensayo.

Se requiere de superficies lisas para lograr la mxima transferencia deenerga ultrasnica al material.

La presencia de la zona muerta limita la deteccin o resolucin dediscontinuidades cercanas a la superficie del material.

No se puede variar en forma continua el ngulo de incidencia de la ondaultrasnica, a menos que se utilicen palpadores especiales.

La mxima frecuencia a utilizar en el ensayo est limitada a 15 MHz.

b. Inmersin

Ventajas:

Se pueden utilizar frecuencias mayores a 10 MHz, lo cual permite altas

velocidades de inspeccin y mayor sensibilidad a la deteccin dediscontinuidades pequeas.

Variacin continua del ngulo de incidencia.

Permite la inspeccin de piezas de superficies irregulares.

Mejor resolucin de discontinuidades cercanas a la superficie delmaterial.

Puede automatizarse para la inspeccin en serie de piezas

Desventajas:

Se requiere un gran nmero de accesorios.

El equipo no es porttil, por lo que su aplicacin en piezas de grandes

dimensiones est limitada.

2.7 T cnicas

Las tcnicas de ensayo ultrasnico son fundamentalmente dos: por reflexin(pulsoeco) y por transmisin. Ambas tcnicas pueden ser aplicadas porinmersin y por contacto. Otra tcnica de aplicacin ms limitada es la deresonancia, en la cual el palpador no trabaja con una frecuencia constante.

La tcnica de mayor aplicacin es la de reflexin (pulsoeco) mediante contactodirecto, utilizando palpadores simples con haz recto o haz angular.


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2.7.1 Tcnica por reflexin (pulsoeco)

En la tcnica por reflexin la energa elctrica es aplicada al cristal (palpador) enforma de pulsos cortos, repetidos con una frecuencia que permite al sistemadetectar, entre pulso y pulso, la energa ultrasnica reflejada en cualquierinterfase existente en el interior del material o en las superficies limites del mismo.Por esta razn, se le designa como tcnica por pulsoeco. Esta tcnica permitela deteccin, evaluacin y localizacin de discontinuidades en el materialmediante el anlisis de las reflexiones ultrasnicas (ecos) provenientes de lasmismas.

2.7.2 Tcnica por transmisin

En la tcnica por transmisin se utilizan dos palpadores acoplados

mecnicamente para asegurar su alineacin o enfoque a medida que sedesplazan sobre la pieza. Uno de los palpadores acta como emisor de energaultrasnica y el otro como receptor. La presencia de una discontinuidad en elproducto inspeccionado es revelada por una disminucin de la energaultrasnica que llega al palpador receptor.

2.7.3 Tcnica por resonancia:

Esta tcnica se utiliza para medir espesores, y se basa en el fenmeno deresonancia (vibraciones) que se producen en el material cuando existe ciertarelacin entre su espesor y la longitud de onda del haz ultrasnico.

2.8 Variables del Ensayo

Entre las variables que determinan la capacidad del ensayo ultrasnico dedetectar discontinuidades estn:

Caractersticas del palpador (tipo, dimensiones, frecuencia).

Caractersticas del material (geometra, condicin superficial, tamao degrano, microestructura, etc.).

Tcnica de inspeccin aplicada.

Caractersticas del equipo (tipo, calibracin, resolucin).

Competencia del inspector.

3 NORMAS A CONSULTARExisten diversos documentos que indican los requerimientos aplicables a lainspeccin ultrasnica de productos. Su utilizacin depende del producto ainspeccionar. Algunos documentos importantes son los siguientes:

ASMESeccin V Ensayos no destructivos

ASMESeccin VIII Recipientes a presin

AWS Dl.l Cdigo para la soldadura de estructuras
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ASTMA577 Especificacin para el ensayo ultrasnico de planchas de acero

mediante haz angular.ASTM A578 Especificacin para el ensayo ultrasnico de planchas de aceroal carbono y de planchas de acero al carbono con revestimientometlico mediante haz recto.

ASTM B548 Metodologa y especificaciones para el ensayo ultasnico deplanchas de aluminio aleado para recipientes a presin

ASTM A388 Metodologa recomendada para el ensayo ultrasnico deproductos forjados en acero

ASTM E213 Metodologa para la inspeccin de tubos metlicos

ASTM E273 Metodologa para la inspeccin ultrasnica de tubos soldados

con costura longitudinal y helicoidal.ASTM A609 Especificacin para la inspeccin ultrasnica de acero fundido (al

carbono y de baja aleacin) con ondas longitudinales

ASTM A745 Metodologa recomendada para la inspeccin ultrasnica deproductos forjados de aceros austenticos.

ASTM E113 Metodologa recomendada para el ensayo ultrasnico porresonancia.

ASTM E114 Metodologa recomendada para el ensayo ultrasnico porcontacto con la tcnica de pulsoeco y haz recto.

4 PROCEDIMIENTOLos siguientes parmetros son esenciales para realizar un buen ensayoultrasnico, por lo cual debern ser verificados por el inspector.

4.1 Procedimiento de Inspeccin Ultrasnica

El ensayo ultrasnico debe ser realizado de acuerdo a un procedimiento escrito,el cual deber cumplir con los requisitos establecidos en los cdigos o normasaplicables. El procedimiento de inspeccin deber incluir como mnimo lasiguiente informacin:

Caractersticas del material a inspeccionar (tipo, material, dimensiones,

ubicacin). Superficie(s) a partir de la(s) cual(es) se realizar el ensayo

Condicin superficial

Medio de acoplamiento

Tcnica de inspeccin (haz recto, haz angular, por contacto, por inmersin).

Angulos de propagacin de las ondas en el material

Caractersticas del equipo ultrasnico a utilizar

Tipo, tamao y frecuencia del palpador
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Procedimiento de calibracin y estandarizacin del equipo

Bloques de calibracin para establecer el nivel de referencia Nivel de referencia

Nivel de barrido

Direcciones y cobertura de la inspeccin

Datos a ser registrados y mtodos de registro (Formato del reporte de ensayo)

Ajuste de alarma automtica y mtodo de registro

Criterios de evaluacin de indicaciones.

4.2 Calibraci n del Equipo

El primer paso en cualquier ensayo ultrasnico es asegurarse de que el equipo

este calibrado. La calibracin del instrumento asegura su funcionamientoadecuado y la linealidad de respuesta del mismo a discontinuidades de diferentestamaos y profundidades. Las siguientes caractersticas son de vital importancia:

Linealidad vertical o de amplitud

Linealidad horizontal o de base de tiempo

Linealidad de ganancia

Resolucin

El procedimiento y frecuencia de calibracin del equipo deben estar indicados enel procedimiento de inspeccin, y cumplir con las exigencias del cdigo, normao especificacin de referencia. El inspector debe revisar los registros decalibracin para verificar el cumplimiento de estos requerimientos.

4.2.1 Linealidad vertical

La linealidad vertical es una medida del grado de proporcionalidad entre la sealque entra al amplificador y la altura del eco indicado en la pantalla del aparato.La linealidad vertical se expresa en porcentajes de desviacin del valor real. Porejemplo, la seccin V del cdigo ASME especifica que la linealidad vertical delinstrumento debe ser de" 5% de la amplitud mxima de pantalla, para un rangode amplitudes (alturas de picos) comprendida entre 20% y 80% de la alturamxima de pantalla.

4.2.2 Linealidad horizontal o de base de tiempo

La linealidad horizontal es una medida de la desviacin o diferencia existenteentre la distancia real (trayectoria recorrida por el haz ultrasnico) y la distanciaindicada en la pantalla del equipo. La linealidad horizontal debe ser calibradaconsiderando la mxima trayectoria del haz ultrasnico durante la inspeccin.

4.2.3 Linealidad de ganancia

Es una medida de la proporcin que existe entre la relacin de amplitud nominal(en decibeles) y el control de ganancia del instrumento. La linealidad de ganancia


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se puede expresar en porcentajes de desviacin o directamente en decibeles. Por

ejemplo, la seccin V del cdigo ASME especifica que el control de gananciadel instrumento debe tener una desviacin mxima de" 20% de la relacin deamplitud nominal, dentro del rango de utilizacin.

4.2.4 Resolucin

La resolucin se refiere a la capacidad del equipo de resolver pequeasdiferencias en distancia y direccin. Tambin se puede definir como la capacidaddel equipo de distinguir o diferenciar las seales (reflexiones) provenientes dediscontinuidades cercanas. La resolucin de un equipo (con un determinadopalpador) se verifica utilizando bloques de calibracin o referencia.

Otras caractersticas importantes de verificar antes de realizar la inspeccin son:

estimacin de la zona muerta, divergencia del haz, punto de salida del haz yngulo de refraccin verdadero en palpadores angulares.

4.3 Estandarizacin del Equipo

Una vez que el equipo ha sido calibrado de acuerdo a las exigencias del cdigo,norma o especificacin de referencia, el siguiente paso consiste en el ajuste delmismo de acuerdo con el tipo o tipos de discontinuidades a detectar durante lainspeccin del producto (Estandarizacin). La estandarizacin al igual que lacalibracin, debe realizarse de acuerdo con lo especificado en las normasaplicables, y se efecta utilizando los llamados bloques de calibracin o

referencia.Estos bloques deben ser del mismo material de la pieza a inspeccionar y conpropiedades fsicas y dimensionales similares a las de sta.

Algunos de los bloques de calibracin normalizados que se utilizan con mayorfrecuencia para calibrar y estandarizar los equipos ultrasnicos se ilustran en lasFigs. 1., 2., 3. y 4. En algunos casos, es conveniente utilizar como bloque decalibracin una pieza similar a la que se desea inspeccionar con discontinuidadesartificiales, tales como agujeros de fondo plano, entallas, etc., mecanizadas ensitios seleccionados. Esta pieza, al igual que los bloques de calibracinnormalizados, se utiliza para establecer el nivel de sensibilidad (ganancia) a

utilizar en el ensayo y los niveles de referencia para la evaluacin de lasindicaciones.

4.4 Ejecuci n del Ensayo

Despus que el equipo ha sido estandarizado, se realiza el ensayo ultrasnico deacuerdo a lo indicado en el procedimiento de inspeccin. En general, lainspeccin se realiza con una ganancia superior a la referencia con el objeto dehacer el ensayo ms sensible a la deteccin de discontinuidades. A este nivel deganancia se le llama nivel de barrido y debe estar especificado en el


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procedimiento. Los cdigos, normas o especificaciones indican cual debe ser el

nivel de barrido durante la inspeccin, el cual puede variar entre 0 y 45 dB sobreel nivel de referencia.

5 EVALUACION DE LAS INDICACIONESLas indicaciones detectadas deben ser registradas y evaluadas de acuerdo a lasexigencias de la especificacin de referencia. La evaluacin de lasdiscontinuidades se realiza mediante alguno o algunos de los siguientesmtodos:

Comparacin de la amplitud de los ecos reflejados por la discontinuidad conlos obtenidos a partir de los reflectores de referencia (bloques de calibracin).

El nivel de referencia puede ser un valor fijo, o considerar una correccin pordistancia mediante las curvas DAC (Distance Amplitud Correction). Con eluso de estas curvas de referencia se considera el efecto de la atenuacin delas ondas ultrasnicas a travs del material (Fig. 5.). El procedimiento deconstruccin de la curva debe estar descrito en el procedimiento de inspeccin.

Determinacin de la longitud de la discontinuidad y establecimiento de suaceptacin o rechazo en base a su tipo y longitud.

Comparacin de la amplitud del eco de fondo, del sector inspeccionado, conuna amplitud de referencia establecida previamente durante laestandarizacin. Este mtodo se utiliza comunmente en la inspeccin delminas y productos forjados.

Estimacin del tamao de la discontinuidad mediante el uso de los diagramasDGS (D: Distance, G: diference in Gain, S: Size of reflector) o AVG. Estosdiagramas relacionan la posicin del reflector, la amplitud del eco y la gananciautilizada durante el ensayo. Un ejemplo de este tipo de diagrama se indica enla Fig. 6.

Comparacin entre la ganancia (en dB) requerida para obtener unadeterminada amplitud de eco a partir de un reflector de referencia, y la que seobtiene al ajustar el eco de la discontinuidad a la misma amplitud de referencia.

Es de hacer notar, que el mtodo de evaluacin de las indicaciones debe estarclaramente especificado en el procedimiento de inspeccin.

6 INFORMESe deber elaborar un informe de inspeccin en donde se indiquen los resultadosdel ensayo. El tipo de indicaciones a reportar y su evaluacin deber realizarsede acuerdo a la exigencia del cdigo, norma o especificacin aplicable. Engeneral, se incluir la siguiente informacin:

Procedimiento

Equipo utilizado


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Personal que realiz la inspeccin y nivel de certificacin si ste se exige.

Fecha de la inspeccin Identificacin del registro de calibracin del equipo

Identificacin y localizacin del producto o sectores del productoinspeccionado.

Superficie o superficies a partir de la cual se realiz la inspeccin

Registro de indicaciones y su localizacin

Medio de acoplamiento

Identificacin del bloque de calibracin

Condicin superficial de la pieza

Equipos especiales

7 MEDICION DE ESPESORESLa medicin de espesores mediante ultrasonido se puede realizar con la tcnicapor resonancia o por pulsoeco. La seleccin de la tcnica a utilizar depende delespesor, geometra y condicin superficial de la pieza. Algunos documentos dereferencia para realizar la medicin de espesores con ultrasonido son: ASTM E113 y ASTM E 114.

Para la medicin de espesores:

La medida del espesor debe ser indicada en un tubo de rayos catdicos

(pantalla CRT) o indicador digital.

El instrumento debe ser calibrado utilizando un bloque de referencia dematerial y forma similar a la del producto en donde se realizar la medicin.


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Fig 1. BLOQUE DE CALIBRACION DEL INSTITUTO INTERNACIONAL DESOLDADURA (IIW). DIMENSIONES EN MILIMETROS. LA IIW ESPECIFICA

QUE EL MATERIAL DE ESTE BLOQUE DEBE SER ACERO CALMADO DE BAJOCARBONO, NORMALIZADO Y CON TAMAO DE GRANO MC QUAID EHN N 8


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Fig 2. BLOQUE DE CALIBRACION MINIATURA PARA HAZANGULAR. DIMENSIONES EN MILIMETROS

Fig 3. BLOQUE DE CALIBRACION NORMALIZADOS ASTM. (A) BLOQUEAREAAMPLITUD, (B) BLOQUE DISTANCIAAMPLITUD. MEDIDAS EN PULGADAS.

ESTOS BLOQUES SE UTILIZAN PARA LA EVOLUCION DE INDICACIONES

CONSIDERANDO SU AMPLITUD Y DISTANCIA


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Fig 4. BLOQUE DE CALIBRACION PARA DETERMINAR LA RESOLUCION DEPALPADORES ANGULARES. MEDIDAS EN PULGADAS

Todos los agujeros tienen un dimetro de 1/16


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Fig 5. CURVA DAC (DISTANCEAMPLITUDECORRECTION) TPICA


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Fig 6. DIAGRAMA DGS (AVG) TIPICO. RELACIONA LA GANANCIA (V), LADISTANCIA (A) Y EL TAMAO DEL REFLECTOR (DF)

Inspeccion Ultrasónica

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