Ultrasonido

Los Ensayos No Destructivos son herramientas de control de calidad o proceso que permite diagnosticar preventivamente las condiciones de un equipamiento, deterioro de un componente o su mal funcionamiento, análisis de piezas recién fabricadas o reparadas. Entre los más importantes métodos de ensayos no destructivos podemos citar los ensayos por Ultrasonido (EU), Líquidos Penetrantes (EP), Rayos X (ER), Análisis de Vibraciones (EV), Termografía, Partículas Magnéticas, entre otras.

Figura 1. Ensayos no destructivos.

Este método se basa en la medición de la propagación del sonido en el medio que constituye la pieza a analizar y tiene aplicación en todo tipo de materiales.

Sus distintas técnicas permiten su uso en dos campos de ensayos no destructivos: Control de calidad y Mantenimiento preventivo, siendo en esta última especialidad muy utilizados en la aeronáutica por su precisión para determinar pequeñas fisuras de fatiga en, por ejemplo, trenes de aterrizaje, largueros principales, blocks de motores, bielas, etc.

La manifestación de estas y otro tipo de fallas es la INTERPRETACION, generalmente en un osciloscopio, lo cual lo distingue de otros métodos, ya que no nos presenta un cuadro directo de las fallas, como en el caso de las películas radiográficas. Esto trae aparejado que los resultados de este ensayo no constituyan de por si un DOCUMENTO OBJETIVO sino una INFORMACION SUBJETIVA, cuya fidelidad no puede comprobarse sin recurrir, a menudo, a otros medios. Por lo tanto requiere un conocimiento profundo, tanto de las bases del método como del dominio de la técnica, por parte del operador.

Definición de ultrasonido.

La inspección por Ultrasonido Industrial (UT) se define como un procedimiento de inspección no destructiva de tipo mecánico, que se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido entre la densidad de un material.

La historia del Ultrasonido Industrial como disciplina científica pertenece al siglo XX. En 1924, El Dr. Sokolov desarrolló las primeras técnicas de inspección empleando ondas ultrasónicas. Los experimentos iníciales se basaron en la medición de la pérdida de la intensidad de la energía acústica al viajar en un material. Para tal procedimiento se requería del empleo de un emisor y un receptor de la onda ultrasónica. Posteriormente, durante la Segunda Guerra Mundial, los ingenieros alemanes y soviéticos se dedicaron a desarrollar equipos de inspección ultrasónica para aplicaciones militares. En ese entonces la técnica seguía empleando un emisor y un receptor (técnica de transparencia) en la realización de los ensayos. No fue sino hasta la década de 1940 cuando el Dr. Floyd Firestone logró desarrollar el primer equipo que empleaba un mismo transductor como emisor y receptor, basando su técnica de inspección en la propiedad característica del sonido para reflejarse al alcanzar una interface acústica. Es así como nace la inspección de pulso eco; esta nueva opción permitió al ultrasonido competir en muchas ocasiones superar las limitaciones técnicas de la radiografía, ya que se podían inspeccionar piezas de gran espesor o de configuraciones que sólo permitían el acceso por un lado. El perfeccionamiento del instrumento de inspección por ultrasonido se debe principalmente a los investigadores alemanes Josef y Herbert Krautkramer, quienes desde 1948 se han dedicado a desarrollar y mejorar el equipo de inspección ultrasónica.

Figura 2. Ultrasonido.

Los equipos de ultrasonido que empleamos actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, sub superficiales e internas, dependiendo del tipo de transductor utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un ámbito de 0.25 hasta 25 MHz Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico dentro del transductor; este elemento, que llamaremos transductor, tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente, y por el efecto piezoeléctrico, el transductor vibra a altas frecuencias (lo que genera ultrasonido); estas vibraciones son transmitidas al material que se desea inspeccionar. Durante el trayecto en el material, la intensidad de la energía sónica sufre una atenuación, que es proporcional a la distancia del recorrido. Cuando el haz sónico alcanza la frontera del material, dicho haz es reflejado. Los ecos o reflexiones del sonido son recibidos por otro (o por el mismo) elemento piezoeléctrico y su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos, en donde la trayectoria del haz es indicada por las señales de la pantalla; también puede ser transmitida a un sistema de graficado, donde se obtiene un perfil acústico de la pieza a una pantalla digital, donde se leerá un valor o a una computadora, para el análisis matemático de la información lograda. En muchos aspectos la onda de ultrasonido es similar a las ondas de luz; ambas son ondas y obedecen a una ecuación general de onda.

Figura 3. Aplicaciones de ultrasonido en la industria.

2. Equipos de inspección ultrasónica.

Existe una gran variedad de equipos ultrasónicos de diferentes marcas, modelos, tamaños, forma, presentación de resultados, etc. La selección deberá ser de acuerdo a las necesidades de inspección y al sistema de transmisión apropiado. Sin embargo, el sistema de transmisión pulso-eco es el más utilizado en la actualidad. El equipo de inspección ultrasónica se compone de:

• Equipo básico pulso eco (detector de fallas, medidor de espesores).

• Transductores.

• Block de calibración.

• Cable coaxial.

• Acoplante.

Equipo básico pulso-eco.

La mayoría de los sistemas de inspección ultrasónica incluye el siguiente equipo básico:

• Un generador electrónico de señales que produce pulsos eléctricos de corta duración.

• Un palpador (transductor) que emite el haz de ondas ultrasónicas cuando recibe los pulsos eléctricos.

• Un Acoplante que transfiere las ondas del haz ultrasónico a la pieza de prueba.

• Un palpador (que puede ser el mismo que se utilizó para emitir las ondas de ultrasonido) para aceptar y convertir las ondas de ultrasonido de la pieza de prueba a pulsos eléctricos.

• Un dispositivo electrónico para amplificar y si es necesario, desmodular o de otra manera modificar las señales del transductor.

• Un dispositivo de despliegue para indicar las características o marcas de salida de la pieza de prueba, el dispositivo puede ser un

...