Ultra SoNido

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS

** ULTRASONIDOS ** 1

ENSAYOS

NO DESTRUCTIVOS

ULTRASONIDOS

NIVEL II

AEND

Asociacin Espaola de Ensayos no Destructivos

Edita: FUNDACION CONFEMFTAL

Prncipe de Vergara, 74,28006 Madrid.



Tfno,: 91 782 36 30 m Fax: 91 563 17 41

Depsito Legal: M-39131-2006

Impreso en Espaa - Printed in Spain



INDICE

1 ULTRASONIDOS 8

1.1 NATURALEZA DE LOS ULTRASONIDOS................................................................................................. 8

1.2 PRODUCCIN Y TRANSMISION DE LAS ONDAS SONORAS ................................................................. 9

1.3 PROPAGACION DE LAS ONDAS SONORAS........................................................................................... 10

1.4 PARAMETROS DE LAS ONDAS SONORAS ............................................................................................ 11

1.5 EMISION SONICA .................................................................................................................................... 12

2 MODOS DE VIBRACIN O TIPOS DE ONDAS 14

2.1 ONDA LONGITUDINAL O DE COMPRESION......................................................................................... 14

2.2 ONDA TRANSVERSAL O DE CORTE ...................................................................................................... 14

2.3 ONDA DE SUPERFICIE O DE RAYLEIGH ............................................................................................... 15

2.4 ONDAS DE CHAPA U ONDAS DE LAMB................................................................................................ 16

2.5 IMPEDANCIA ACUSTICA........................................................................................................................ 17

2.6 Intensidad acstica ...................................................................................................................................... 17

2.7 PRESION ACUSTICA ............................................................................................................................... 17

2.8 PRESION REFLEJADA EN UNA DISCONTINUIDAD .............................................................................. 19

2.9 ATENUACION DE LAS ONDAS SONORAS............................................................................................. 19

2.9.1 Dispersin ....................................................................................................................................... 19

2.9.2 Absorcin........................................................................................................................................ 20

3 REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS 22

3.1 INCIDENCIA NORMAL............................................................................................................................ 22

3.1.1 Incidencia normal en superficie limite nica ...................................................................................... 22

3.1.2 Incidencia normal en superficie lmite mltiple .................................................................................. 24

3.2 INCIDENCIA ANGULAR.......................................................................................................................... 25

4 GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS 27

4.1 MAGNETOSTRICCION ............................................................................................................................ 27

4.2 PIEZOELECTICIDAD ............................................................................................................................... 27

4.3 CARACTERISTICAS DE LOS CRISTALES PIEZOELECTRICOS ............................................................. 28

5 CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR 31

5.1 CAMPO PROXIMO Y LEJANO DE UN OSCILADOR CONT1NUO .......................................................... 31

5.2 CAMPO ULTRASNICO DE UN OSCILADOR POR IMPULSOS ............................................................. 33

5.3 ECO Y SOMBRA DE UN OBSTACULO EN EL CAMPO ULTRASONICO................................................ 34

6 PALPADORES 34

6.1 CONSTRUCCIN DE LOS PALPADORES ............................................................................................... 34

6.2 CARACTERISTICAS RESPECTO A FRECUENCIA Y DIAMETRO DEL CRISTAL.................................. 35

6.3 DIFERENTES TIPOS DE PALPADORES .................................................................................................. 36

6.3.1 Palpadores de contacto ..................................................................................................................... 36

6.3.2 Palpadores de inmersin ................................................................................................................... 39

6.3.3 Palpadores focalizantes .................................................................................................................... 40



6.4 PALPADORES ESPECIALES .................................................................................................................... 41

7 TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS 42

7.1 TECNICA DE RESONANCIA.................................................................................................................... 42

7.2 TECNICA DE TRANSMISION .................................................................................................................. 43

7.3 TECNICA DE IMPULSO-ECO................................................................................................................... 44

7.3.1 Medida del tiempo de recorrido (T) ................................................................................................... 44

7.3.2 Medida de la intensidad acstica y tiempo de recorrido (IT)................................................................ 44

7.4 DETECCIN DE DISCONTINUIDADES .................................................................................................. 45

8 EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO 48

8.1 SISTEMA DE SINCRONISMO .................................................................................................................. 48

8.1.1 Generador de voltaje de deflexin horizontal ..................................................................................... 48

8.1.2 Emisin de impulsos elctricos de alta frecuencia .............................................................................. 49

8.1.3 Luminosidad del pincel Luminoso .................................................................................................... 49

8.2 GENERADOR DE ALTA FRECUENCIA ................................................................................................... 49

8.3 AMPLIFICADOR ...................................................................................................................................... 50

8.4 MONITORES ............................................................................................................................................ 51

8.5 SISTEMAS DE REPRESENTACION ......................................................................................................... 51

8.5.1 Representacin de tipo A.................................................................................................................. 51

8.5.2 Representacin de tipo B .................................................................................................................. 52

8.5.3 Representacin de tipo C .................................................................................................................. 52

9 PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO 53

9.1 CONDICION DE LA SUPERFICIE DEL MATERIAL ................................................................................ 53

9.1.1 Acabado superficial ......................................................................................................................... 53

9.1.2 Rugosidad de la superficie ................................................................................................................ 53

9.1.3 Curvatura de la superficie ................................................................................................................. 53

9.2 MEDIO DE ACOPLAMIENTO .................................................................................................................. 55

9.3 DIAMETRO Y FRECUENCIA DEL PALPADOR....................................................................................... 55

9.4 BLOQUES DE CALIBRACIN Y DE REFERENCIA ................................................................................ 55

9.4.1 Bloque de calibracin V1 ................................................................................................................. 56

9.4.2 Bloque de calibracin V2 ................................................................................................................. 57

9.4.3 Bloque ASME ................................................................................................................................. 57

9.5 COMPROBACIONES DEL EQUIPO-PALPADOR ..................................................................................... 58

9.5.1 Relacin seal-ruido ........................................................................................................................ 58

9.5.2 Zona muerta .................................................................................................................................... 58

9.5.3 Poder de resolucin.......................................................................................................................... 59

9.6 COMPROBACIONES DE LOS PALPADORES .......................................................................................... 59

9.6.1 Isobara de -20 dB............................................................................................................................. 59

9.6.2 Determinacin del punto de salida de un palpador angular .................................................................. 61

9.6.3 Determinacin del ngulo real de salida............................................................................................. 62

9.7 COMPROBACIONES EN EL EQUIPO ...................................................................................................... 63

9.7.1 Linealidad horizontal ....................................................................................................................... 63



9.7.2 Linealidad vertical ........................................................................................................................... 64

10 CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO 65

10.1 AJUSTE DE LA BASE DE TIEMPO .......................................................................................................... 65

10.1.1 Ajuste en recorrido del sonido con palpador normal ........................................................................... 65

10.1.2 Ajuste en recorrido del sonido con palpador angular........................................................................... 65

10.1.3 Ajuste con bloque de calibracin V2 ................................................................................................. 66

10.1.4 Determinacin de la situacin de un reflector..................................................................................... 67

10.2 AJUSTE EN DISTANCIA DE PROYECCIN ............................................................................................ 67

10.3 AJUSTE EN DISTANCIA DE PROYECCION ACORTADA....................................................................... 68

10.4 AJUSTE DE LA SENSIBILIDAD ............................................................................................................... 69

10.4.1 Tcnica del reflector simple .............................................................................................................. 69

10.4.2 Tcnica de la curva "amplitud-distancia" (CAD) ................................................................................ 70

10.4.3 Tcnica del "tamao-distancia-amplitud" (DAT)................................................................................ 71

10.4.4 Escalas AVG ................................................................................................................................... 72

11 ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS 74

11.1 DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS .................................................................................................... 74

11.1.1 Defectos internos ............................................................................................................................. 74

11.1.2 Defectos externos ............................................................................................................................ 76

11.2 TECNICAS DE INSPECCION.................................................................................................................... 78

11.2.1 Tcnica con incidencia normal .......................................................................................................... 78

11.2.2 Tcnica con incidencia angular ......................................................................................................... 80

11.3 REALIZACIN DEL ENSAYO ................................................................................................................. 81

12 ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS 82

12.1 PRODUCTOS MACIZOS COMO: LINGOTES, BARRAS, PALANQUILLAS, DESBASTES Y BRUTOS DE FORJA....................................................................................................................................................... 82

12.1.1 Lingotes .......................................................................................................................................... 82

12.1.2 Desbastes y brutos de forja ............................................................................................................... 83

12.1.3 Barras ............................................................................................................................................. 83

12.1.4 Palanquillas ..................................................................................................................................... 84

12.2 PIEZAS MOLDEADAS ............................................................................................................................. 84

12.3 PIEZAS FORJADAS, PRENSADAS O ESTAMPADAS .............................................................................. 84

12.4 PRODUCTOS LAMINADOS Y EXTRUIDOS ............................................................................................ 85

12.4.1 Ensayo de chapas ............................................................................................................................. 85

12.4.2 Ensayo de tubos ............................................................................................................................... 86

12.5 ENSAYO DE EJES Y VASTAGOS ............................................................................................................ 87

12.6 DIFERENTES ENSAYOS DE MANTENIMIENTO .................................................................................... 88

12.6.1 Ejes de ferrocarril ............................................................................................................................ 88

12.6.2 Rales de ferrocarril.......................................................................................................................... 89

12.6.3 Bulones y tornillos ........................................................................................................................... 90

12.6.4 Elemento estructural aeronutica....................................................................................................... 91

13 ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS 94



13.1 MATERIALES COMPUESTOS DE FIBRA DE CARBONO ....................................................................... 94

13.1.1 Ensayo por contacto ......................................................................................................................... 94

13.1.2 Ensayo por inmersin....................................................................................................................... 96

13.2 DETECCION DE AGUA EN ESTRUCTURAS DE PANAL DE ABEJA (HONEY-COMB).......................... 96

13.2.1 Ensayo por contacto ......................................................................................................................... 97

13.2.2 Ensayo por inmersin....................................................................................................................... 97

14 ENSAYOS ESPECIALES 99

14.1 ENSAYOS DE INMERSION ...................................................................................................................... 99

14.2 TECNICAS DE ENSAYO ........................................................................................................................ 100

14.2.1 Impulso-eco................................................................................................................................... 100

14.2.2 Transmisin................................................................................................................................... 100

14.2.3 Placa reflectante............................................................................................................................. 101

14.2.4 Automtico con representacin C.................................................................................................... 101

14.3 MEDIDORES DE ESPESORES ................................................................................................................ 102

14.3.1 Bloques de calibracin ................................................................................................................... 102

14.3.2 Calibracin con equipos analgicos y digitales................................................................................. 102

14.3.3 Medida de espesores en superficies curvas....................................................................................... 103

15 DETERMINACION DEL TAMAO Y FORMA DE UN REFLECTOR 105

15.1 DETERMINACION DE LA FORMA ECONOMICA................................................................................. 105

15.2 DETERMINACION DE UN REFLECTOR MAYOR QUE LA SECCION TRANSVERSAL DEL HAZ ...... 106

15.2.1 Determinacin de la longitud .......................................................................................................... 106

15.2.2 Determinacin de la anchura........................................................................................................... 107

15.2.3 Determinacin de la altura o profundidad ........................................................................................ 107

15.2.4 Tcnica TOFD para discontinuidades internas ................................................................................. 108

15.2.5 Tcnica TOFD para discontinuidades abiertas a la superficie ............................................................ 110



GENERALIDADES E HISTORIA

La 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.

APLICACIONES Son 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.



1 ULTRASONIDOS

1.1 NATURALEZA DE LOS ULTRASONIDOS

Los 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.1

En 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.

1.2 PRODUCCIN Y TRANSMISION DE LAS ONDAS SONORAS

Cuando 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 1.2

Como 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 deformadora.

k = constante elstica.

X = desplazamiento del punto de equilibrio.

Una vez conseguido el desplazamiento, y cesada la accin de (F), vemos que la masa (M) vuelve, y aun rebasa su posicin de equilibrio hasta una distancia (-X), debido a la inercia de (M).

La misma fuerza del resorte comprimido, hace que (M) vuelva a su posicin de equilibrio, y la rebase hasta (X), repitindose este proceso indefinidamente, aunque en la prctica, y debido a la resistencia que opone el medio externo (rozamiento), cesa al cabo de un cierto tiempo.

El movimiento vibratorio armnico, se define por los parmetros: Amplitud (A), y Frecuencia (f).

Asimismo, los parmetros que definen la propagacin real a travs de un medio son:

Longitud de onda (A), y Velocidad acstica (C).

Todos estos parmetros tipifican el movimiento ondulatorio, y la transmisin snica. Esta transmisin snica, se realiza por la transmisin de energa de unas partculas a sus adyacentes, mediante sus enlaces elsticos: en la figura 1.3, vemos la imagen de un cuerpo elstico.



Figura 1.3

1.3 PROPAGACION DE LAS ONDAS SONORAS

Como hemos visto en el punto anterior, la transmisin snica se realiza de unas partculas a sus adyacentes mediante sus enlaces elsticos, por tanto, es necesario un soporte material, que puede ser slido, liquido, o gaseoso; de lo cual se deduce que no existe transmisin snica en el vaco.

Como caso sencillo de propagacin de ondas, tenemos el ejemplo del diapasn (figura 1.4).

Cuando el mazo golpea el diapasn, este vibra y genera una perturbacin en el medio que le rodea, en este caso el aire (figura 1.4).

La perturbacin se propaga por el aire hasta el odo del que escucha. La membrana del tmpano lo recepciona y transmite al cerebro, el cual lo convierte en seal sensitiva.

Anlogamente, en el ensayo ultrasnico, un corto impulso de corriente elctrica golpea a un vibrador (cristal), el cual vibra como lo hacia el diapasn (figura 1.5).

Figura 1.5

El haz snico que sale del cristal, se transmite a travs de un medio de acoplamiento (aceite, silicona, etc.), hasta la parte frontal de la pieza en ensayo.

En la figura, vemos las ondas ultrasnicas propagndose por la pieza. En el punto y figura 1.2, estudiamos el comportamiento de una partcula material o cuerpo simple. Ahora analizaremos el comportamiento de un grupo de partculas, tomos o molculas mostradas en la figura 1.6.



Figura 1.6

Tenemos tres partculas en cada uno de los planos 1, 2 y 3, unidas entre s, y a su vez, con las del plano adyacente, mediante fuerzas elsticas.

A las partculas del primer plano, las sometemos a un esfuerzo de traccin o compresin por debajo de su lmite elstico. Al estar unidas entre s mediante fuerzas elsticas, cada una transmitir a las del plano siguiente, el mismo esfuerzo de traccin o compresin.

Si la unin entre partculas fuera no elstica, comenzara el movimiento al unsono, permaneciendo constantemente en el mismo estado de movimiento, o sea, en la misma fase.

Cuando se trata de un material elstico (en mayor o menor grado, todos los materiales son elsticos), el movimiento requiere un cierto tiempo para ser transmitido de un plano al siguiente, y de este al siguiente; es decir, los planos sucesivos alcanzan el estado de movimiento con un retardo de fase.

En la figura 1.7 vemos la imagen instantnea de la seccin en un modelo elstico, donde la onda se propaga de izquierda a derecha, y nos permite observar, como el cambio de fase en los distintos planos, crea zonas en donde las partculas estn muy prximas unas a otras (zonas de compresin), y otras zonas donde las partculas estn mas separadas (zonas de dilatacin).

Figura 1.7

La figura nos muestra, las zonas de compresin consecutivas, al igual que las de dilatacin, las cuales conservan una misma distancia (longitud de onda).

1.4 PARAMETROS DE LAS ONDAS SONORAS

Amplitud (A): es el desplazamiento mximo de la partcula de su posicin de equilibrio.

Frecuencia (f): es el nmero de oscilaciones completas que la partcula realiza por segundo. Se mide en ciclos/seg.

1 c/s = 1 Hertzio (Hz). En ultrasonidos, las frecuencias utilizadas son mucho ms altas, por lo que se hace necesario utilizar los mltiplos del Hertzio:

Kilohertzio (kHz) = 1000Hz

Megahertzio (MHz) = 1000000Hz

Longitud de onda (A): es la distancia entre dos planos de partculas que se encuentran en el mismo estado

de movimiento (figura 1.7). La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia: =

.

Velocidad acstica (C): es la velocidad de propagacin de la onda acstica a travs del medio. Es constante y caracterstica de cada material, sea cual sea la frecuencia. En los metales sobre todo, podemos



afirmar que es constante, ya que las mnimas variaciones debidas a temperatura y presin, son despreciables. No ocurre lo mismo en lquidos y gases, ya que en estos medios, la velocidad variar en funcin de la presin, y sobre todo de la temperatura.

La velocidad acstica es igual al producto de la frecuencia por la longitud de onda ( = )

Velocidad mxima de vibracin (V): es la velocidad propia de la partcula en su movimiento oscilatorio.

Presin acstica (p): en los puntos de gran densidad de partculas, la presin es mayor que la normal, mientras que en las zonas dilatadas es menor. El smbolo de la presin instantnea es (p), mientras que al valor mximo de la presin se le designa por (P).

Fase : es la condicin instantnea dentro de una oscilacin. Este concepto se comprende fcilmente cuando se comparan dos oscilaciones distintas, (figura 1.8), en la que aparece una diferencia de fase.

Figura 1.8

Atenuacin: es la disminucin de la amplitud de una oscilacin, en funcin del tiempo. La atenuacin es debida a la suma de la Dispersin y la Absorcin. En la figura 1.9 se aprecia la diferencia en una misma onda sin atenuar; dbilmente atenuada; y fuertemente atenuada.

Figura 1.9

1.5 EMISION SONICA

La emisin snica se puede realizar continuamente o por impulsos.

La onda continua es aquella que se emite de una forma continuada, donde la partcula en cada instante tiene unas caractersticas de movimiento que varan de forma peridica con el tiempo (figura 1.10a). Este tipo de onda se utiliza con las tcnicas de Resonancia y Transparencia.



Figura 1.10

La onda por impulsos (figura 1.10.b), es la que se emite a intervalos variables de tiempo. Estos impulsos cortos tienen una duracin del orden de microsegundos, y el tiempo que transcurre entre impulsos consecutivos es del orden de milisegundos.

De esto se deduce que el sistema de ensayo esta listo para recibir seales la mayor parte del tiempo, ya que son unas mil veces mas, el tiempo recibiendo, que emitiendo.

La onda por impulso se utiliza en las inspecciones por la tcnica de impulso-eco. En la figura 1.11, estn representadas las diferentes formas de la onda por impulsos.

Figura 1.11

Si en un material introducimos por una cara una onda de emisin continua, y midiendo la cantidad de energa que llega a la cara paralela de dicho material despus de ser atravesado por la onda, podremos determinar si dentro del material se encuentra algn tipo de discontinuidad, pero no se podr determinar a la profundidad que se encuentra.

Si por el contrario introducimos una onda por impulsos, si se podr determinar el tiempo que tarda en ir y volver, lo cual nos permite no slo detectar la existencia de cualquier discontinuidad dentro del material, sino medir la distancia a la que se encuentra desde la superficie de entrada.


** MODOS DE VIBRACIN O TIPOS DE ONDAS ** 14

2 MODOS DE VIBRACIN O TIPOS DE ONDAS

Existe una gran variedad de tipos de onda que se van a mencionar, aunque slo profundizaremos en el estudio de las ms comnmente utilizadas en los ensayos de materiales.

Ondas de borde: se producen por difraccin, cuando el haz ultrasnico incide sobre el borde de una discontinuidad. Se propagan en todas direcciones.

Ondas de Creep (Creeping wave): se propagan por la superficie, proceden de la conversin de modos de una onda longitudinal, o de una transversal.

Ondas de Love: cuando la onda de chapa transversal, se propaga por una chapa adherida a un solido diferente, como puede ser un plaqueado, se denomina onda de Love.

Onda de barra: en una barra con seccin circular o cuadrada, es posible la propagacin de ondas de dilatacin, que se conocen como ondas de barra.

Las ondas ms conocidas por su utilizacin en los ensayos de materiales, son:

2.1 ONDA LONGITUDINAL O DE COMPRESION

Como vemos en la figura 2.1, en este tipo de onda, las partculas oscilan en la misma direccin que el sentido de propagacin de la onda.

Figura 2.1

Vimos en la figura 1.7 que la fluctuacin de las partculas respecto de su posicin de equilibrio, hace que existan zonas de compresin (partculas muy juntas), y zonas de depresin (partculas muy separadas); es por esto, que tambin se conocen como ondas de presin u ondas de densidad.

El modo de vibracin longitudinal se produce tanto en slidos, como en lquidos y gases.

Estas zonas de compresin y depresin se desplazan a travs del medio a una velocidad constante, y propia de este medio (C). Cada material, tiene una velocidad de propagacin fija y conocida, variando dicha velocidad de unos materiales a otros. Para el clculo de esta velocidad, se utiliza la frmula:

= (1 )

(1 + )(1 2)

Donde: E = mdulo de elasticidad

= coeficiente de Poisson

= densidad

Los parmetros que intervienen en la anterior expresin, y que son intrnsecos del material, determinan el valor de su velocidad de propagacin, la cual es totalmente independiente de la frecuencia, tenga sta el valor que tenga.

2.2 ONDA TRANSVERSAL O DE CORTE

En este tipo de onda, la vibracin de las partculas es perpendicular al sentido de propagacin (figura 2.2), se produce esta vibracin al aplicar una fuerza cortante y peridica en el borde de un material slido.

Esta fuerza cortante se transmite a las partculas de los planos adyacentes, dando lugar a oscilaciones transversales retardadas, segn su distancia al plano de excitacin.



Figura 2.2

A una cierta distancia (figura 2.3) se encontrar un plano donde las partculas se encuentran en el mismo estado de

vibracin, que las partculas de otro plano. La distancia entre los dos planos nos marca la longitud de onda ().

Figura 2.3

Este tipo de onda recibe tambin el nombre de onda de cizalladura.

La presin acstica de la onda transversal se define como: la fuerza cortante por unidad de superficie, normal a la misma.

Lo mismo para la onda longitudinal, que para la transversal, la mxima presin acstica se alcanza cuando las partculas estn ms prximas, y la mnima cuando estn ms alejadas, por lo que la presin y el movimiento de las partculas, estn desfasadas 1/4 T (periodo).

Los gases y los lquidos por su condicin de fluidos, no pueden transmitir este tipo de onda, ya que carecen de enlaces elsticos transversales.

Para el clculo de la velocidad de la onda transversal, se utiliza la siguiente frmula:

=

1

2(1 + )

La velocidad de la onda longitudinal y transversal para un mismo material, y de acuerdo con las formulas dadas, estn relacionadas segn:

= 1 2

2(1 )

El coeficiente de Poisson (), oscila entre 0 y 0,5 para todos los materiales slidos, por lo que el valor de la anterior ecuacin, se mantiene por debajo de 1, pudindose por tanto asegurar, que la velocidad de la onda transversal, es inferior a la longitudinal para un mismo material.

La relacin de velocidad entre la onda longitudinal y transversal es: 0,5

para acero= 0,55

para aluminio= 0,49

2.3 ONDA DE SUPERFICIE O DE RAYLEIGH

Son un caso particular de onda transversal. Se propagan por la superficie plana o curva de un solido siguiendo su contorno (figura 2.4), salvo que llegue a una arista viva, o una zona curva con un radio inferior a una longitud de onda, en cuyo caso la onda se refleja, dando una seal en pantalla.



Figura 2.4

Lo mismo ocurre si en el recorrido encuentra una gota de aceite o suciedad, que hacen que la onda se interrumpa, dando lugar a seales que se podran interpretar como defectos.

Figura 2.5

La vibracin de las partculas es en forma de elipse, como se ve en la figura 2.5, con una rotacin en sentido contrario a las agujas del reloj.

Debajo de la superficie, las partculas vuelven a estar de nuevo en su posicin de descanso, esto nos dice que la onda de superficie tiene algo de penetracin; esta profundidad de penetracin es del orden de una longitud de onda.

La velocidad de propagacin es independiente de la frecuencia y ligeramente menor que la velocidad de la onda transversal (0,9):

para acero: del orden de 0,92 para aluminio: del orden de 0,93

El estado tensional, modifica su velocidad; la traccin hace aumentar la velocidad, mientras que la compresin, la disminuye.

2.4 ONDAS DE CHAPA U ONDAS DE LAMB

Si el espesor del slido en el que inducimos ondas de superficie, se reduce en espesor, obtenemos una chapa, donde la onda de superficie, ya no puede existir como tal. Cuando este espesor es del mismo orden que la longitud de onda, se producen las ondas de chapa (figura 2.6).

Se conocen dos modos bsicos: onda simtrica o de dilatacin y onda asimtrica o de flexin.

Figura 2.6

En el caso de la onda simtrica, las partculas de la zona media o fibra neutra vibran con oscilaciones longitudinales, mientras que en la onda asimtrica con oscilaciones transversales; el resto de partculas oscilan en ambos tipos de onda elpticamente.

La velocidad de este tipo de onda no se considera como constante del material, ya que depende del espesor del material, del modo de onda y de la frecuencia.



Aunque en los anexos 1, 2 y 3 se incluyen tablas con valores de densidades, impedancias y velocidades de materiales metlicos, no metlicos, lquidos y aire, a continuacin se da un cuadro resumen con las velocidades longitudinales y transversales en tos materiales de ms corriente uso.

2.5 IMPEDANCIA ACUSTICA

Se representa por la letra Z y se define como: la relacin entre la presin acstica y la velocidad mxima de vibracin de los elementos de masa (partculas). Tambin suele definirse como: la resistencia que se opone a la vibracin de los elementos de masa.

Dependiendo del mayor o menor valor de la impedancia del medio se dividen: en acsticamente duros, cuando sus elementos de masa varan muy poco su velocidad de vibracin a pesar de una gran diferencia de presin; y acsticamente blandos, cuando con una pequea diferencia de presin sus partculas vibran a gran velocidad.

Debido a las anteriores definiciones puede parecer que la propagacin de las ondas ser peor en un material acsticamente duro, que en uno blando, no siendo as, ya que: la impedancia acstica se opone a la vibracin de los elementos de masa, pero no a la propagacin de la onda.

La frmula para el clculo del valor de la impedancia se apoya en la teora de la propagacin de las ondas acsticas que dice: La impedancia es una constante del material, siendo proporcional a la densidad del medio y a la velocidad acstica de la onda en dicho medio.

Z = . C

2.6 Intensidad acstica

Se define como: la cantidad de energa que pasa por unidad de rea, en la unidad de tiempo. Se obtiene mediante el producto de la "Energa especifica" (energa presente en la unidad de volumen, que avanza con la velocidad acstica), por la velocidad de propagacin de la onda acstica.

Se debe tener muy en cuenta la relacin entre la energa especfica o intensidad acstica, con la presin acstica, pues la altura de la indicacin de un eco en la pantalla del osciloscopio en el mtodo de impulso-eco, es proporcional a la presin acstica.

De la frmula de la Intensidad: =1

2

2

frmula que nos indica la proporcionalidad existente entre el cuadrado de la presin acstica y la intensidad acstica:

La unidad de intensidad acstica es el Belio; =

0; donde I0 es una intensidad de referencia, por tanto el

nmero de belios, nos da el nivel de intensidad acstica.

Esta unidad Belio, an con la relacin logartmica es demasiado amplia, por lo que en ultrasonidos, se ha adoptado la unidad "Decibelio" (dB), que es ms apropiada para pequeas variaciones de intensidad snica.

= 10

0

2.7 PRESION ACUSTICA

En la inspeccin ultrasnica por el mtodo de impulso-eco, la altura de los ecos es proporcional a la presin acstica.

Para las ondas longitudinales, la presin acstica como fuerza por unidad de superficie, es normal a la superficie de la onda.



Para las ondas transversales, la presin acstica es una fuerza cortante por unidad de superficie, paralela a la superficie de la onda.

En la frmula = 10

0 , sustituimos los valores de I, por los obtenidos en:

=1

2

2

y tenemos que = 10

1

2

2

1

2

02

por lo que = 10 (

0)

2

de donde: = 20

0

Si la altura de los ecos (H), es proporcional a la presin acstica, tenemos que: = 20

0

En los equipos ultrasnicos con el mtodo de impulso-eco, se utiliza la amplificacin en dB; esta escala en dB es una escala logartmica asociada a la proporcin entre dos cantidades, y se utiliza por presentar bastantes ventajas sobre la escala lineal. Estas ventajas pueden ser por ejemplo que:

a) Las proporciones grandes entre dos cantidades, se pueden dar en nmeros pequeos, ejemplo:

1000

1= +60

b) Para inversin de dos proporciones, solo es necesario un cambio de signo. Ejemplo:

10

1= +20;

1

10= 20

Al comparar sensibilidad en medidas de debilitamiento de seal, como en determinacin de tamao de defectos, se indica la relacin de altura de ecos, en decibelios.

Los cambios de ganancia en decibelios, son la relacin entre dos valores de altura de ecos, siendo (H1) el valor en altura de un defecto de referencia, y (H2) el de un defecto que se va a evaluar.

Ejemplo:

El eco del defecto de referencia, tiene un valor del 80% de altura en pantalla.

La altura del eco del defecto que se va a evaluar, tiene el 40%.

Aplicando la frmula: = 20 (2

1) y sustituyendo tenemos:

= 20 (40

80) = 6

Esto nos indica que el eco del defecto que queremos evaluar esta 6 dB por debajo del eco del defecto de referencia.

Para simplificar estos clculos evitando el uso de logaritmos, se puede utilizar la tabla 1, en la que se dan directamente los valores de decibelios para las diferentes relaciones de altura de ecos.

Es importante resaltar, que para la confeccin de dicha tabla, se ha cambiado la frmula conocida de: =

20 (2

1), por: = 20 (

1

2)

(1

2) dB (

1

2) dB (

1

2) dB (

1

2) dB (

1

2) dB

1 0,0 2 6 5,01 14 20,0 26 80 38 1,059 0,5 2,12 6,5 5,62 15 22,4 27 89 39

1,122 1 2,24 7 6,31 16 25,1 28 100 40 1,189 1,5 2,37 7,5 7,08 17 28,2 29 178 45

1,26 2 2,51 8 7,95 18 31,6 30 316 50 1,333 2,5 2,66 8,5 8,9 19 35,5 31 560 55

1,413 3 2,82 9 10 20 40 32 1000 60 1,497 3,5 2,98 9,5 11,2 21 45 33 3162 70

1,585 4 3,16 10 12,6 22 50 34 10000 80



1,68 4,5 3,55 11 14,1 23 56 35 31623 90 1,78 5 4 12 16,0 24 63 36 100000 100

1,885 5,5 4,46 13 17,8 25 71 37

Damos un ejemplo del uso de la tabla:

La altura del eco del reflector de referencia es del 80%.

La altura del reflector a evaluar es del 40%.

La relacin 80/40 = 2.

En la tabla vemos que a la relacin 2, le corresponde un valor de 6dB.

2.8 PRESION REFLEJADA EN UNA DISCONTINUIDAD

Consideramos siempre, que la discontinuidad es perpendicular al eje del haz ultrasnico, y que debemos tener en cuenta dos supuestos:

Supuesto a. Discontinuidad menor que el haz ultrasnico

La altura del eco en el sistema de Impulso-eco, es proporcional a la presin, por tanto, la altura del eco que nos da una discontinuidad pequea es proporcional a la superficie de dicha discontinuidad, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al emisor-receptor (a2).

Supuesto b. Discontinuidad mayor que el haz ultrasnico

El oscilador acta como receptor, por lo que la presin acstica que mide es la de su propio haz a una distancia de 2a.

Este tipo de discontinuidad, no presenta problemas para su deteccin, pero si debe tenerse clara, la forma de determinar el tamao o lmites de la discontinuidad, profundidad, y anchura de la misma, que se estudiar en el capitulo 15.

2.9 ATENUACION DE LAS ONDAS SONORAS

Los medios slidos, atenan los ultrasonidos mediante dos efectos que son: Dispersin y Absorcin.

2.9.1 Dispersin

Son varias las causas que producen la dispersin, siendo estas:

a) Inclusiones en los aceros.

b) Presencia de grafito en fundiciones.

c) Orientacin de las estructuras cristalinas.

d) Anisotropa.

e) Tamao del grano.

Al ser estos dos factores de Anisotropa y Tamao del grano los que mas influyen en la Dispersin, se estudian a continuacin con mas detenimiento.

Anisotropa

Un material cristalino resulta elsticamente anistropo, cuando sus cristales tienen diferentes propiedades elsticas, segn la direccin en que reciben desde fuera un esfuerzo mecnico.



Si los cristales estn alineados el material no presenta dispersin al paso de la onda sonora por lo menos en una direccin como se ve en la figura 2.7.a. En otro material con los cristales orientados irregularmente como vemos en la figura 2.7.b, se presenta una considerable dispersin del sonido.

Tamao de l grano

Esta ltima es la causa ms importante para la dispersin, aunque debemos contemplar dos casos diferentes:

1. Grano con tamao mayor que la longitud de onda (A): la onda sufre reflexin, refraccin y cambio de modo en los limites de grano, volviendo a sufrir estos efectos en el grano siguiente y en el otro, y as sucesivamente.

Como ejemplo de esto, basta saber que en materiales moldeados la atenuacin aumenta con el cubo del tamao del grano.

2. Grano menor que la longitud de onda: este es el caso ms corriente en las inspecciones de los materiales metlicos. En este supuesto, la dispersin no se produce por el fenmeno geomtrico en los lmites de los granos. Aqu se produce la dispersin por el paso del sonido a travs de gran cantidad de obstculos pequeos.

Cuando el tamao del grano tiene un dimetro d = 0,2 de , comienza la aparicin de la atenuacin. Cuando el

dimetro del grano es d =0,5 de , tenemos una fuerte dispersin del sonido.

Figura 2.8

En la figura 2.8, vemos la diferencia entre los oscilogramas obtenidos en una pieza con estructura de grano fino donde el eco de fondo y su repeticin se ven con toda limpieza; y el oscilograma de una pieza con estructura de grano grueso, donde no aparece el eco de fondo, pero s muchos ecos parsitos con diferentes recorridos debidos a la dispersin y conocidos como "Csped". Este csped puede enmascarar los ecos de verdadero inters. La forma de eliminar este csped es bajando la frecuencia con la consiguiente reduccin de la detectabilidad de pequeos defectos.

2.9.2 Absorcin

Consiste en la conversin directa de la energa ultrasnica en calor, producido por el frenado en la oscilacin de las partculas. Cuanto mas fino y homogneo es el grano de un material, menor es la atenuacin. A igualdad de homogeneidad y tamao del grano, sufrir menor atenuacin la onda en un material forjado, que en uno moldeado.



Si durante la inspeccin vemos que la energa transmitida sufre una fuerte atenuacin, la solucin es utilizar frecuencias ms bajas, ya que con estas frecuencias disminuye la absorcin. Por contra tenemos que, al bajar la frecuencia, aumenta la longitud de onda, con lo cual bajamos la detectabilidad de defectos pequeos.


** REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS ** 22

3 REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS

Todos los parmetros de onda estudiados hasta ahora han sido suponiendo un medio ilimitado, es decir, sin contornos. En la prctica, todas las sustancias tienen uno o ms lmites en los que la onda resulta distorsionada. Si los lmites del material son un espacio vaco, no ser posible la vibracin mecnica fuera del mismo, por lo que la onda sonora retornar totalmente como un fenmeno de reflexin, si esta superficie lmite es suave; y como un fenmeno de dispersin si la superficie es rugosa. Estas irregularidades que forman

la rugosidad superficial se deben medir en trminos de longitud de onda ().

Si detrs de la superficie lmite se encuentra otro material adherido al primero, la onda acstica se propagar ms o menos alterada en direccin, intensidad y modo.

Debemos estudiar dos formas de reflexin y transmisin de ondas, dependiendo del tipo de incidencia de dicha onda: incidencia perpendicular o normal, e incidencia angular.

3.1 INCIDENCIA NORMAL

En este tipo de incidencia, debemos contemplar dos casos:

a) incidencia normal en superficie limite nica.

b) incidencia normal en superficie limite mltiple.

3.1.1 Incidencia normal en superficie limite nica

Cuando una onda incide perpendicularmente sobre una superficie lisa y plana que separa dos medios diferentes, una parte de la energa de la onda se refleja volviendo en la misma direccin que la incidente, y parte se propaga en el otro medio con la misma direccin y sentido.

En la figura 3.1 tenemos una entrecara que separa dos materiales con dos impedancias diferentes (Z1) y (Z2). Una onda incidente (Ii) perpendicular a la entrecara. Una parte de la onda se refleja (Ir), y parte se transmite al otro medio (It).

Coeficiente de reflexin =

Coeficiente de transmisin =

Ambos expresan el porcentaje de intensidad reflejada y transmitida en relacin con la intensidad incidente, indicndonos que se cumple la ley de la energa R + T = 1.

Para el calculo de la intensidad reflejada y transmitida se utilizan las siguientes formulas, en las que se aplican los valores de las impedancias de los medios 1 y 2.

Intensidad reflejada =(21)

(2+1)



Intensidad transmitida =4(2 1)

(2+1)2

De estas formulas se deduce que cuando nos referimos a Intensidades Acsticas, no es de importancia el lado de la superficie limite por el que incide la onda (ya sea por el medio 1, o por el medio 2), pues los porcentajes de reflexin y transmisin no cambian al permutarse entre si las impedancias Z1 y Z2.

A continuacin veremos que no ocurre lo mismo cuando nos referimos a Presiones Acsticas:

Si llamamos R' al coeficiente de reflexin referido a presiones, y T' al coeficiente de transmisin tambin referido a presiones, tenemos:

Coeficiente de reflexin =

Coeficiente de transmisin =

En este caso las formulas para calcular el tanto por ciento de Presin reflejada y transmitida, son las siguientes:

=(21)

(2+1) =

22

2+1

De estas formulas deducimos que: la presin acstica reflejada es del mismo porcentaje o amplitud, sea el lado que sea por el que incide la onda.

Si la impedancia del medio 2, es mayor que la impedancia del medio 1 (Z2 > Z1), el valor de R' ser positivo, lo que nos indica que la onda incidente y la onda reflejada estn en fase (figura 3.2).

Figura 3.2

En este caso, y como se ve en la figura, la onda transmitida T', tambin esta en fase con la onda incidente, pero su amplitud es mayor que 1, o mayor del 100%; por tanto, mayor que la onda incidente, lo que nos dice que en este caso no se cumple la ley de la adicin, ya que esta ley sirve s6Io para las energas, no para las presiones, pues como vemos el balance de las presiones nos da:

1 + =

En el caso en que la impedancia del medio 2, es menor que la del medio1 (Z2 < Z1), el valor de la onda reflejada R', ser negativo, indicndonos, como vimos en la figura 3.1, que existe una inversin de fase de la onda reflejada con relacin a la onda incidente, y que la onda transmitida es menor que la incidente.

De todo lo expuesto, se pueden sacar a modo de resumen dos conclusiones:

l. En el ensayo por ultrasonidos de materiales nunca se da el caso de que Z2 < Z1, por lo que nos olvidamos del signo negativo de R', y de la inversin de fase de las ondas incidente y reflejada.



2. Como la altura de los ecos en pantalla de un equipo de impulso-eco, depende de la presin acstica, en los ensayos de materiales se utilizan preferentemente los coeficientes de reflexin y transmisin de la presin acstica.

3.1.2 Incidencia normal en superficie lmite mltiple

En este caso, los efectos son distintos segn se propaguen ondas continuas u ondas por impulsos.

a) Ondas continuas

Como se puede ver en la figura 3.3, una onda continua que atraviesa el medio 1 y llega a la superficie lmite con el medio 2, se desdobla en una onda transmitida y en otra reflejada.

Despus de atravesar el medio 2 la onda transmitida se desdobla en la segunda entrecara y as sucesivamente.

Figura 3.3

El resultado es una serie de reflexiones en ambas direcciones en el medio 2, de forma queda cada lado, se produce una secuencia de ondas que abandonan el medio 2 superponindose.

Con una onda continua las ondas individuales se interfieren segn la posicin de fase cuando se solapan, dando lugar a interferencias.

b) Ondas por impulsos

En el caso de una onda incidente por impulsos constituida por un tren de ondas cortas, no se producen las interferencias que se generaban con las ondas continuas.

Figura 3.4

Como se ve en la figura 3.4, una onda por impulsos cortos que incide en, el medio 1, se desdobla en una serie de impulsos separados y mutuamente independientes, reflejados y transmitidos. El resultado de este desdoblamiento repetido hace que la presin acstica o altura de los sucesivos ecos, vaya disminuyendo continuamente como se ve en la curva marcada con lneas de puntos, en la figura.



3.2 INCIDENCIA ANGULAR

Cuando una onda sonora incide con un determinado ngulo con respecto a la normal, en una superficie que limita dos medios, parte del haz se refleja y parte se transmite al segundo medio, producindose un fenmeno de refraccin, que consiste en que el haz transmitido experimenta un cambio en la direccin de propagacin, con respecto a la direccin de incidencia, al igual que ocurre en ptica.

Figura 3.5

En la figura 3.5, vemos el fenmeno explicado anteriormente con las ondas incidente, reflejada y refractada.

Teniendo en cuenta la velocidad de propagacin del sonido en los medios 1 (C1) y 2 (C2), podemos relacionar los

ngulos de incidencia i; reflexin r; y, refraccin t en funcin de las velocidades, mediante la Ley de Snell:

1

=

1=

2

de esta expresin se deduce que el ngulo de incidencia (i), es igual al ngulo de reflexin (t)

Los fenmenos de reflexin y refraccin que sufre una onda sonora al incidir oblicuamente cobre una superficie que separa dos medios, son los mismos que ocurren en ptica; pero con la onda sonora ocurre adems un fenmeno denominado Cambio de Modos , que consiste en que un tipo de onda puede convertirse en otra, es decir, una onda longitudinal en transversal y viceversa.

La conversin de modos se produce porque la presin acstica de la onda longitudinal incidente, al incidir oblicuamente en la superficie lmite, puede descomponerse en dos componentes, una que acta a lo largo de la superficie lmite, y otra que acta perpendicularmente a ella. Por tanto, en el punto de incidencia, la superficie lmite est sometida a esfuerzos de compresin y cizalladura, producindose, por tanto, la reflexin y refraccin de ondas de compresin y ondas de cizalladura.

Figura 3.6



La onda longitudinal incidente XO, como se ve en la figura 3.6, se dirige oblicuamente a la superficie limite de separacin de los medios 1 y 2, donde se refleja y se refracta dando lugar a las ondas Y y Z longitudinales, y a las transversales Y' y Z'.

Aplicando la ley de Snell, relacionamos la velocidad de propagacin C1 y C2, en los medios 1 y 2, con los senos de los ngulos longitudinal incidente (i); transversal reflejado (Tr), longitudinal reflejado (rL); longitudinal

refractado (tL) y transversal refractado (tT), de la siguiente forma:

1

=

1=

1

=

2=

2

de estas igualdades, deducimos directamente dos conclusiones:

1. En el ensayo de materiales, lo normal es que C2 > Cl, por lo tanto la onda refractada longitudinal se separa de la normal, lo que hace que siempre, el ngulo de refraccin sea mayor que el de incidencia.

2. Al ser casi el doble la velocidad de la onda longitudinal, en un mismo medio, que la velocidad de la onda transversal; hace que el ngulo de las ondas longitudinal reflejada y longitudinal refractada, sea mayor que los ngulos de la transversal reflejada y refractada.

Debido a la construccin de los palpadores angulares utilizados en las aplicaciones prcticas de ensayos de materiales por ultrasonidos, el medio 1 es plexigls, y el 2 acero.

Sabemos que:

Velocidad de la onda longitudinal en plexigls = 2.730 m/s

Velocidad de la onda longitudinal en acero = 5.900 m/s

Velocidad de la onda transversal en acero = 3.230 m/s

Aplicando la ley de Snell, tendremos:

2730=

5900=

3230

En el ensayo de materiales, y sobre todo en el ensayo de soldaduras, nos interesa que dentro del medio 2, slo haya una onda transversal refractada, lo cual se consigue variando el ngulo de incidencia, con lo que la onda

longitudinal se refracta en la superficie lmite (sen = 90).

Si en la igualdad:

2730=

5900 hacemos el ngulo = 90 y despejamos, vemos que el ngulo , o ngulo

incidente, es de 27'6, y en el acero slo queda la onda transversal refractada, con un ngulo de 33.

Si seguimos aumentando el ngulo de incidencia, hasta que el ngulo de la onda refractada transversal, sea igual a 90, en la igualdad:

2730=

3230 hacemos el sen = 90, despejamos, y el ngulo , o ngulo incidente, es de 57'8, y dentro del

material no tenemos ninguna onda.

El ngulo de 27'6 incidente, se conoce como Primer Angulo crtico.

El ngulo de 57'8 incidente, se conoce como Segundo Angulo crtico.


** GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS ** 27

4 GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS

De los diferentes fenmenos fsicos que se pueden utilizar para la generacin y recepcin de las ondas ultrasnicas, estudiaremos los dos ms utilizados en los ensayos no destructivos, como son la Magnetoestriccin y la Piezoelectricidad.

4.1 MAGNETOSTRICCION

Materiales como el nquel y sus aleaciones, las ferritas y los aceros, cambian su forma bajo la accin de un campo magntico. Este efecto es recproco, por lo que es idneo para la generacin y recepcin de ondas ultrasnicas.

Aprovechando el fenmeno de resonancia, se obtienen osciladores con muy pequeos espesores.

La magnetoestriccin se suele utilizar para el ensayo ultrasnico en hormigones, con frecuencias que oscilan entre 25 y 100kHz.

4.2 PIEZOELECTICIDAD

El cuarzo y la turmalina, son monocristales que estn fuera del sistema regular o cbico, tienen un eje polar, y poseen de por si un momento elctrico parecido al momento magntico de un imn.

Si uno de estos cristales se contrae o se expansiona en la direccin del eje polar aplicando una presin mecnica externa, aparecen cargas elctricas en su superficie.

Llamamos a este fenmeno Efecto Piezoelctrico Directo, y se utiliza en ultrasonidos, como receptor de las oscilaciones mecnicas. Fue descubierto en 1880 por el matrimonio Curie.

El fenmeno inverso, Efecto Piezoelctrico Recproco (figura 4.1), se utiliza como emisor.

Figura 4.1

Consiste en que, si un cristal se coloca entre dos electrodos, al aplicar una tensin alterna, el cristal vibra mecnicamente, al mismo ritmo que la alternancia de la tensin.

En la figura 4.2 vemos un prisma hexagonal con una pirmide en un extremo para simplificar la imagen, aunque los cristales de cuarzo en la naturaleza se presentan con una pirmide en cada extremo del prisma hexagonal.

Tenemos un eje Z o eje ptico, que une los vrtices de las pirmides, un eje X o eje elctrico, que une vrtices opuestos. Un eje Y o eje mecnico, que une puntos medios de los lados del hexgono.

Figura 4.2



Si cortamos una lamina del cristal de cuarzo normal al eje X, obtenemos un cristal piezoelctrico que genera ondas longitudinales. Si la lmina cortada es normal al eje Y, tenemos un cristal que genera ondas transversales. Para conseguir estas ondas, se recubren las caras del cristal con una pelcula conductora, y se someten a una tensin elctrica alterna, con lo que se genera una vibracin mecnica del mismo ritmo que la tensin alterna aplicada (efecto piezoelctrico recproco).

Cuando la lmina de cristal piezoelctrico recibe una presin acstica, se forma un dipolo elctrico, con lo que se liberan cargas elctricas positivas y negativas en las caras del cristal, que el equipo de ultrasonidos amplifica y registra (efecto piezoelctrico directo).

En el capitulo 2 estudiamos los diferentes tipos de onda utilizadas en los ensayos de materiales.

Las ondas longitudinales se generan con cristales piezoelctricos con corte en X. Otra forma de generar estas ondas es con materiales cermicas polarizados que vibran en la direccin de su espesor.

Con un cristal con corte en Y, se consiguen ondas transversales, aunque debido a su poca energa no se utilizan en el ensayo de materiales.

Las ondas transversales utilizadas en el ensayo de materiales, son ondas transversales refractadas dentro del material en inspeccin, generadas por el "cambio de modos", que se produce al incidir una onda longitudinal oblicuamente en la superficie de la pieza en inspeccin, como estudiamos en el capitulo 3, punto 3.1.2.

Las ondas de superficie se generan de forma similar a las transversales.

Las ondas de Lamb se generan haciendo incidir en la muestra una onda angular con un ngulo crtico determinado, aunque en este tipo de onda intervienen tambin los parmetros de la muestra en ensayo, como son: la naturaleza, forma y dimensiones.

Actualmente en la construccin de los palpadores casi no se utiliza el cuarzo, sino cermicas sinterizadas, que se obtienen a base de fundir un dielctrico y dejndolo solidificar bajo la accin de un campo elctrico, conservando su polaridad y, por tanto, un momento elctrico.

4.3 CARACTERISTICAS DE LOS CRISTALES PIEZOELECTRICOS

Se muestra una tabla con las caractersticas ms importantes de los cristales piezoelctricos que se montan en los palpadores, utilizados en los ensayos de materiales

Titanato de

Circonato de

Plomo (PZT)

Titanato de Bario Metaniobato de

Plomo

Sulfato de

Litio

Cuarzo

Velocidad del sonido (m/s) 4.000 5100 3300 5460 7320

impedancia Acstica (Z) 30 27 20,5 11,2 15,2

Mdulo Piezoelctrico (d) 150-593 125-190

85 15 2,3

Constante de Presin (g) 11 37 165 57

Coef. de Amortiguacin

interna ()

1 1,3 1,2 1

Factor (k) de A coplamiento

Electromecnico

0,6 - 07 0,45 0,4 0,38 0,1

Constante (H) de

Deformacin

Piezoelctrica

1,8 4,6 1,1 1,6 1,9 8,2 4,9

Factor (kp) de Acoplamiento

para Oscilacin Radial

0,5 0,6 0,3 0,07 0 0,1

Frecuencia Caracterstica

para 1mm. de Espesor

2,2 1,4 2,36 2,88



(fc)

Frecuencia caracterstica fundamental

Un cristal piezoelctrico logra la mxima eficacia cuando coinciden la frecuencia de excitacin elctrica o mecnica, con la frecuencia caracterstica fundamental del oscilador. Para el clculo de esta frecuencia caracterstica fundamental tenemos que:

=

2

donde: C = velocidad acstica del cristal

d = espesor del oscilador

Si el cristal se excita a una frecuencia distinta a la de resonancia, oscilar con esa frecuencia, pero de una forma forzada, es decir, con una amplitud mucho menor.

Si la frecuencia fundamental es baja, limita el empleo de frecuencias altas, siendo el peor con relacin a esta caracterstica, el metaniobato de plomo, y el mejor el cuarzo.

Temperatura crtica

Es aquella temperatura en la que el cristal pierde sus propiedades piezoelctricas. Tambin se la denomina Punto de Curie.

Como vemos en el cuadro, el cuarzo y el metaniobato de plomo son los mejores para el trabajo con altas temperaturas.

Mdulo piezoe lctrico (d)

Es el cambio de espesor por unidad de voltaje. En el cuadro vemos que el cambio de espesor (d) del cuarzo hace que sea el peor emisor de ultrasonidos, siendo el mejor de todos el titanato de circonato de plomo (PZT), siguindole el titanato de bario.

Constante de pres in piezoe lctrica (g)

Es la inversa del m6dulo piezoelctrico, y nos indica la variacin del voltaje generado por unidad de espesor variado; esto quiere decir, que a igualdad de presin de las oscilaciones mecnicas recibidas, genera mayor tensin alterna en la superficie del cristal. Segn el cuadro, el sulfato de litio es el mejor receptor.

Coeficiente de amortiguacin interna ( )



Este parmetro nos indica fa mayor o menor facilidad intrnseca del material para amortiguar los impulsos cortos

en el mtodo de impulso-eco. Segn el cuadro, vemos que el metaniobato de plomo (=1,3), no necesita amortiguacin artificial, con lo cual gana en sensibilidad.

Impedancia acstica (Z)

Esta impedancia debe ser lo ms baja posible, tanto para la amortiguacin como para el acoplamiento. El titanato de bario es el peor en este aspecto, siendo el sulfato de Litio el mejor.

Factor de acoplamiento para oscilacin radial (kp)

Este factor mide la aparicin de oscilaciones radiales que afectan a la anchura de las seales y, por tanto, al poder de resolucin. Cuanto ms bajo sea este valor, mejor el poder de resolucin. Segn vemos en el cuadro, el mejor en este aspecto es el metaniobato de plomo.


** CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR ** 31

5 CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR

Segn el principio de Huygens, cualquier tipo de onda se puede formar a partir de un gran nmero de ondas esfricas simples de la misma frecuencia, llamadas Ondas elementales.

Fresnel completo el principio de Huygens aadiendo que: "la vibracin producida en un punto es la resultante de la interferencia de las diversas ondas que llegan al punto, procedentes de cualquier superficie de onda anterior" (figura 5.1).

Figura 5.1

El campo acstico de un oscilador ultrasnico esta formado por una serie de mximos y mnimos de presin acstica, debido a la interferencia de tas ondas elementales originadas en la superficie del oscilador.

En la direccin de propagacin de la onda, existe un ltimo mximo de presin acstica localizado en el eje, que marca el fin del campo de interferencias.

Esta zona de mximos y mnimos, hasta el mximo principal, se llama: Campo prximo o Zona Fresnel, y se representa por la letra N.

Este campo prximo, tiene forma de cilindro de longitud N, y dimetro D, que es igual al dimetro del oscilador.

A partir del final del campo prximo, vemos en la figura 5.2, que el haz ultrasnico comienza a abrirse tomando forma de tronco de cono. Aqu la presin acstica decrece, desde el eje hacia el exterior.

A esta parte del haz ultrasnico libre de interferencias se le conoce con el nombre de Campo Lejano o Zona de Fraunhofer, y al ngulo contenido en el campo lejano, entre el eje y el borde del haz, donde la presin cae

hasta un nivel definido, es el Angulo de divergencia ( 0).

A continuacin estudiamos el campo prximo y el campo lejano, generado por un oscilador continuo, y otro por impulsos.

5.1 CAMPO PROXIMO Y LEJANO DE UN OSCILADOR CONT1NUO

Supongamos un oscilador en forma de disco, que transmite a las partculas del material en inspeccin su movimiento vibratorio y, suponemos adems, que toda su superficie vibra con la misma amplitud y fase.

El frente de ondas ser homogneo si el oscilador fuese infinito. En la practica esto no es posible, ya que los osciladores tienen dimensiones finitas y en los sucesivos frentes de ondas faltarn en ciertos puntos las correspondientes ondas elementales, que segn Fresnel se anularan con sus homnimas para presentar un frente homogneo con resultantes nicas en la direccin de propagacin.



En esta onda plana y cerca del oscilador, debido a la superposicin por el fenmeno de difraccin y el efecto de bordes, se produce un campo con mximos y mnimos de presin acstica (figura 5.3).

Figura 5.3

En la direccin de propagacin de la onda, tenemos en el eje un ltimo mximo de presin acstica; este mximo determina el final del campo de interferencias o campo prximo. Para calcular el valor de este campo prximo, se utiliza la expresin:

=2

4 D= dimetro del cristal y = longitud de onda =

La relacin entre el dimetro del cristal D, y la longitud de onda =

, nos da el nmero de mximos y mnimos

de presin acstica dentro del campo prximo. Adems, si este valor es grande, tendremos un campo prximo largo.

En la expresin para el clculo del campo prximo, vemos que interviene la longitud de onda, y a su vez, para el clculo de esta, interviene la velocidad de propagacin de la onda (C), que es propia de cada material, lo cual nos dice, que un mismo oscilador tiene diferentes valores de campo prximo, dependiendo del material en el que se propaga la onda.

Hemos estudiado, que el mximo de presin acstica, nos marca el fin del campo prximo, y el inicio del campo lejano; este campo lejano esta libre de interferencias, siendo mucho ms simple que el campo prximo.

Como se ve en la figura 5.4, a la distancia N, tenemos el mximo de presin acstica, siendo a partir de este punto, cuando el haz empieza a abrirse con dos rectas que parten del centro del oscilador.

Figura 5.4.

En este campo, se cumple la ley de la distancia de una onda esfrica que dice: La presin acstica decrece inversamente con la distancia. Esto se ve en la figura, donde a la distancia 3N, la altura de la presin acstica en el eje del haz, es menor que en N, con unos mximos secundarios que decrecen hacia fuera. A la distancia 6N, la anchura del eco es el doble, con lo que la presin acstica en el eje disminuye a la mitad.

El ngulo formado por una de las rectas que parten del centro del oscilador, y el eje del oscilador, se llama "ngulo

de divergencia" (0,).



Para calcular el valor de este ngulo, y basndonos en la teora de la difraccin, tenemos que: 0 =

; esta

formula slo es vlida para valores pequeos de

5.2 CAMPO ULTRASNICO DE UN OSCILADOR POR IMPULSOS

La excitacin por impulsos ejerce gran influencia en el campo ultrasnico; si la excitacin decrece hacia los bordes, el campo ultrasnico es ms uniforme, esto sucede con los cristales piezoelctricos de los palpadores normales.

En la figura 5.5 tenemos dos curvas que nos muestran la distribucin de excitacin en la seccin transversal y la presin acstica sobre el eje. La curva (a) corresponde al cristal (a) que tiene una excitacin normal. El cristal (b), sufre una excitacin en forma de campana de Gauss, y como vemos en la curva (b) desaparecen las irregularidades del campo prximo, lo que representa una gran ventaja en cuanto a la focalizacin de una discontinuidad, y la estimacin del tamao segn la altura de sueco.

En un campo ultrasnico excitado por impulsos, no existen mnimos totales, ya que los impulsos que proceden de diferentes puntos del oscilador, no producen interferencias (figura 5.6), y aunque se superpusieran parcialmente su cancelacin sera incompleta, sumndose a este resultado la propia distorsin de la emisin por impulsos, con sus amplitudes desiguales.

Figura 5.6

De todo lo anterior, se deduce que:

- Las interferencias en el campo prximo, no son de mximos o mnimos absolutos, es decir, en el eje del haz no se tiene presin.

- En el campo lejano, en puntos fuera del eje del oscilador, se produce distorsin del tren de ondas por superposicin con las procedentes de otras direcciones.

- En el campo lejano, en el eje del oscilador, los impulsos no se distorsionan.

Por estas razones es aconsejable que en el ensayo de materiales, los reflectores a detectar coincidan, a ser posible, con el final del campo prximo y principio del campo lejano, donde la discontinuidad ser tocada por un haz sin irregularidades, y con la mxima presin acstica.

Asimismo, una vez detectada una discontinuidad, convendr desplazar el palpador hasta obtener la mxima altura del eco, que ser cuando la heterogeneidad sea tocada por el eje del haz en campo lejano, donde no existe distorsin, y se cumple la relacin presin/distancia.


** PALPADORES ** 34

5.3 ECO Y SOMBRA DE UN OBSTACULO EN EL CAMPO ULTRASONICO

Una discontinuidad dentro de un material supone un obstculo en la propagacin de una onda ultrasnica. La presencia de esta discontinuidad se manifiesta por un eco cuando se utiliza la tcnica de impulso-eco, o por una sombra cuando es la tcnica de transparencia.

Este obstculo, a su vez, se comporta como un oscilador o emisor de ondas, dando lugar a fenmenos de difraccin, dispersin e interferencias. Se supone que la sombra detrs del obstculo tendra que ser total, pero la onda incidente al refractarse en los bordes de la discontinuidad penetra en la zona de la sombra formando un campo ultrasnico con mximos y mnimos de presin.

El fenmeno de la difraccin de la onda incidente en los bordes del defecto ha servido para desarrollar la tcnica TOFD (Difraccin del Tiempo de Vuelo), para deteccin y dimensionado de discontinuidades, que se estudiara en el captulo 15.

Supongamos un obstculo con forma de disco circular pequeo, situado perpendicularmente al eje del oscilador. El disco ser tocado uniformemente, al ser menor que el haz ultrasnico.

La superficie del disco se comporta como un oscilador, por tanto, la onda reflejada ser igual a la onda emitida por el oscilador. Su campo ultrasnico se puede calcular con las formulas ya estudiadas del campo prximo; divergencia del haz; y presin acstica a lo largo del eje.

6 PALPADORES

Un palpador consiste como vemos en la figura 6.1 en:

l. Carcasa metlica, que soporta y protege los componentes.

2. Relleno de "Epoxi.

3. Amortiguador.

4. Conectar.

5. Contactos elctricos.

6. Elemento piezoelctrico.

7. Suela protectora.

6.1 CONSTRUCCIN DE LOS PALPADORES

El oscilador o cristal piezoelctrico de un palpador determinado se basa en estudios tericos de acuerdo con lo estudiado en el capitulo 4. El resto de componentes van dirigidos a modificar y mejorar las caractersticas emisora y receptora del cristal, para que el haz ultrasnico tenga unas cualidades determinadas.

El amortiguador es un material adosado al cristal que debe tener una elevada impedancia acstica y una gran atenuacin. Es una mezcla de caucho o resinas sintticas con aserrn, material que presenta una gran


** PALPADORES ** 35

atenuacin, llevando adems disueltas sustancias de elevada impedancia, como son limaduras de hierro o tungsteno.

Otra solucin a la que se recurre para aumentar la atenuacin consiste en mecanizar la cara libre del amortiguador en forma de dientes de sierra para que las ondas reflejadas en la pared libre se superpongan y no lleguen al cristal.

La unin entre cristal y amortiguador debe ser lo ms intima posible, utilizando capas muy finas de adhesivo entre cristal y amortiguador. Se realiza por vulcanizado o colado, segn se trate de caucho o resinas.

Cuando la unin se realiza por el mtodo de colado los bordes del cristal se mantienen embebidos dentro del amortiguador, con lo que se evitan las oscilaciones radiales que se producen en los cristales cermicos.

Se debe hacer hincapi en la gran importancia que tiene el elemento amortiguador ya que realiza tres funciones importantes, como son:

- Soportar mecnicamente el cristal.

- Absorber las ondas que pudieran interferir.

- Reducir el tiempo de oscilacin del cristal.

Cuanto ms corta sea la duracin del impulso mejor es el poder de resolucin, y la deteccin de defectos en las proximidades del oscilador.

Conexiones elctricas: se realizan extendiendo sobre las caras del cristal, una suspensin de plata, y soldando los electrodos con soldadura de plata, o pegndolos mediante un cemento conductor. Los cristales cuyo punto de Curie sea bajo, no pueden ser soldados, por lo que se utiliza la rnetalizacin por evaporacin al vaco.

Cuando el cristal montado en el palpador, tiene una elevada resistencia al desgaste, puede utilizarse en contacto directo con la superficie de exploracin, con lo que se favorece su poder de resolucin; los mejores cristales para esta utilizacin son tos de cuarzo. En este caso, la metalizacin se realiza solo por una cara del cristal, ya que la cara de contacto, si estuviera metalizada, se deteriorara con el roce durante el ensayo.

La pieza metlica en ensayo hace de electrodo; si la pieza no fuese metlica, se utiliza un material de acoplamiento que sea conductor, pudiendo ser agua con un electrolito.

6.2 CARACTERISTICAS RESPECTO A FRECUENCIA Y DIAMETRO DEL CRISTAL

Debido a la influencia que tienen la frecuencia de excitacin, y el dimetro del cristal sobre los parmetros del ensayo como son: longitud del campo prximo; divergencia del haz; penetracin; y sensibilidad, estudiaremos a continuacin como afectan las variaciones de la frecuencia y el dimetro del cristal, a los parmetros de ensayo.

a) Palpadores con frecuencias altas (entre 4 y 10MHz):

- Longitud del campo prximo grande, y presin acstica grande en zonas alejadas.

- Gran sensibilidad para deteccin de defectos pequeos.

- Reduccin del ngulo de divergencia, por tanto, mayor concentracin de la energa, lo que da mayor precisin en el posicionamiento de un defecto.

- Longitud de onda menor, por tanto menor poder de penetracin, pero mayor poder de resolucin.

- Ideales para inspeccin en materiales de grano fino.

b) Palpadores con frecuencias bajas (entre 1 y 2MHz):

- Mucha penetracin.

- Gran apertura del haz.

- Poca sensibilidad.

- Solo detectan reflectores grandes.


** PALPADORES ** 36

- Para inspeccin de materiales con grano grueso.

c) Palpadores con frecuencias entre 10 y 12MHz:

- Se utilizan para inspeccin de productos de espesor fino y bajo coeficiente de atenuacin, pudindose realizar los ensayos con cristales de menor dimetro.

d) Palpadores con frecuencias de 25 MHz:

- No se emplean en los ensayos por contacto, debido al poco espesor del cristal con el consiguiente peligro de rotura. Se utilizan primordialmente en los ensayos por inmersin.

e ) Dimetro de l cris tal de los transductores:

Si aumentamos el dimetro del cristal, se observa que:

- Aumenta el campo prximo.

- Disminuye el ngulo de divergencia del campo lejano.

- La sensibilidad aumenta.

No se pueden utilizar cristales de gran dimetro debido a problemas de acoplamiento y dimensiones de la muestra, por lo que los dimetros de los cristales no tienen ms de 20 a 25mm.

6.3 DIFERENTES TIPOS DE PALPADORES

Los palpadores constituyen una de las unidades bsicas del equipo de ultrasonidos, y se deben considerar como parte integrante del mismo. Se pueden clasificar en dos grandes grupos:

- Palpadores de contacto.

- Palpadores de inmersin.

6.3.1 Palpadores de contacto

Se aplican directamente en la superficie de la muestra con una cierta presin, interponiendo un medio de acoplamiento.

Dependiendo de la direccin del haz, con relacin a la superficie de entrada de la muestra, se pueden a su vez dividir en:

a) Palpadores de incidencia normal.

b) Palpadores de incidencia angular.

c) Palpadores de ondas de superficie.

d) Palpadores angulares de incidencia variable.

a) Palpadores de incidencia normal

Se utilizan con los equipos que operan con las tcnicas de impulso-eco, transmisin y resonancia, aplicndose en problemas de defectologa, metrologa y caracterizacin.

Incorporan cristales que emiten ondas longitudinales, y dependiendo del nmero de cristales que llevan incorporados, se consideran los tres tipos siguientes:

- Palpador de cristal nico, emisor y receptor (E+R).

- Palpador con doble cristal, uno emisor y otro receptor (E-R).

- Palpador con cristales mltiples.

Palpador con cristal nico, emisor y receptor (E+R)


** PALPADORES ** 37

En la figura 6.2, vemos el esquema de un palpador con cristal nico emisor-receptor con todos sus componentes:

Figura 6.2

Palpadores con doble cristal, uno emisor y otro receptor (E-R).

Para evitar los problemas que se presentan con la utilizacin de los palpadores con cristal nico emisor-receptor, en la deteccin de defectos cercanos a la superficie, debido a la llamada "zona muerta", que es la distancia entre el punto elctrico cero (impulso inicial) y el punto mecnico cero (superficie de la pieza), se han diseado los palpadores con dos cristales, uno emisor y otro receptor (E-R o SE).

Como se ve en la figura 6.3, el diseo de estos palpadores consiste en dos columnas de plexigls en forma de medio cilindro, llevando en su parte superior adosados los cristales. Las columnas de plstico y los cristales estn aislados elctrica y acsticamente por medio de una lmina de corcho.

Los cristales van montados con una pequea inclinacin, de uno con respecto al otro, lo que produce un cierto efecto focalizante para conseguir mayor sensibilidad. Este ngulo de inclinacin de los cristales vara entre 0 y 12, y se llama: Angulo de tejado.

Cuando se realiza un ensayo con este tipo de palpador se debe poner el equipo en operacin E-R, y conectar el cristal emisor en su enchufe, y el cristal receptor en el suyo.

Una gran ventaja de este tipo de palpador es que los cristales emisor y receptor son independientes, lo cual hace posible que se puedan montar los cristales ms idneos, por ejemplo: titanato de bario como emisor, y sulfato de litio como receptor.

Se utilizan generalmente para medida de espesores y deteccin de heterogeneidades prximas a la superficie.

Palpador con cristales mltiples

Estn diseados para cubrir determinadas aplicaciones especiales (figura 6.4). Consisten en varios cristales dispuestos en "MOSAICO", montados sobre un adaptador de plstico, que hace el efecto de lente, consiguiendo un haz sin divergencia.


** PALPADORES ** 38

b) Palpadores de incidencia angular

Como resumen de lo estudiado en el capitulo 2, recordamos algunos conceptos como ayuda, para comprender mejor el tema de los palpadores angulares.

Vimos que las ondas transversales generadas por un cristal piezoelctrico con corte en Y, no eran apropiadas para el examen de materiales.

Las ondas transversales utilizadas en el ensayo de materiales se obtienen a partir de un cristal de ondas longitudinales, al que se da una cierta inclinacin para que la onda longitudinal incida con un determinado ngulo sobre la superficie de entrada del material en ensayo.

En esta incidencia la onda longitudinal sufre un desdoblamiento de onda y un Cambio de modos. En ese momento, dentro del material en ensayo tenemos, dos ondas refractadas, una longitudinal y otra transversal.

Sabemos que la velocidad de la onda longitudinal dentro del mismo medio es el doble, aproximadamente, que la velocidad de la onda transversal. De esto se deduce, que el ngulo refractado longitudinal es mayor que el ngulo refractado transversal.

Para cualquier tipo de ensayo nos interesa que dentro del material slo tengamos la onda transversal, por tanto, debemos eliminar la onda longitudinal. Esto se consigue variando el ngulo de incidencia de la onda longitudinal.

Aplicando la ley de Snell, vimos que con un ngulo de incidencia de 27,6, la onda longitudinal refractada tiene 90 (fuera del material). Dentro del material, slo nos queda la onda tra

Ultra SoNido

Documents

Transcript of Ultra SoNido