Pruebas No Destructivas: Ultrasonido Industrial

Pruebas No Destructivas: Ultrasonido Industrial

1. Objetivo

a. General

• Conocer una de las pruebas no destructivas realizadas a los materiales para detectar si el material es sano o presenta discontinuidades.

a. Particular

• Observar la realización de la prueba ultrasónica utilizando un palpador normal y un palpador angular

• Reconocer las características principales de los materiales a los cuales se les puede realizar una prueba ultrasónica.

• Reconocer el equipo a utilizar para realizar una prueba ultrasónica.

• Determinar las limitaciones y/o desventajas de la aplicación de una prueba ultrasónica.

2. Desarrollo de la práctica

a. Introducción

El ultrasonido es una vibración mecánica con un rango mayor al audible por el oído humano que se transmite a través de un medio físico y es orientado, registrado y medido en Hertz con ayuda de un aparato creado para ese fin.

Rangos de sonido:

Infrasónica = 1 – 16 Hz

Sónica o audible = 16 Hz a 20 KHz

Ultrasónica = 20 KHz en adelante

Para la prueba de ultrasonido en materiales metálicos es de 0.2 a 25 MHz.

• Principios

• La impedancia acústica es la resistencia que oponen los materiales al paso de una onda ultrasónica.

• Ondas acústicas iguales a las ondas sónicas.

• Transmisión de energía entre partículas que propicia el oscilamiento.

• El número de oscilaciones son de acuerdo al tipo de onda que se trata.

• Se propagan en todos los medios elásticos donde exista fracciones de materia ( átomos o moléculas capaces de vibrar ).

• La vibración depende de la separación de las partículas.

• Aplicaciones

• Detección y caracterización de discontinuidades.

• Medición de espesores, extensión y grado de corrosión.

• Determinación de características físicas.

• Características de enlace entre materiales.

• Ventajas

• La prueba se efectúa mas rápidamente obteniendo resultados inmediatos.

• Se tiene mayor exactitud al determinar la posición de las discontinuidades internas; estimando sus dimensiones, orientación y naturaleza.

• Alta sensibilidad para detectar discontinuidades pequeñas.

• Alta capacidad de penetración, lo que permite localizar discontinuidades a gran profundidad del material.

• Buena resolución que permite diferenciar dos discontinuidades próximas entre si.

• Solo requiere acceso por un lado del objeto a inspeccionar.

• No requiere de condiciones especiales de seguridad.

• Limitaciones

• Baja velocidad de inspección cuando se emplean métodos manuales.

• Requiere de personal con una buena preparación técnica y gran experiencia.

• Dificultad para inspeccionar piezas con geometría compleja, espesores muy delgados o de configuración irregular.

• Dificultad para detectar o evaluar discontinuidades cercanas a la superficie sobre la que se introduce el ultrasonido.

• Requiere de patrones de calibración y referencia.

• Es afectado por la estructura del material. ( tamaño de grano, tipo de material ).

• Alto costo del equipo.

• Se requiere de agente acoplante.

• Principios físicos

• Amplitud ( A ).- Es el desplazamiento máximo de una partícula desde su posición de cero.

• Frecuencia ( F ).- Se define como el numero de veces que ocurre un evento repetitivo ( ciclo ) por unidad de tiempo. Su unida Hertz.

• Longitud de onda ( l ).- Es la distancia ocupada por una onda completa y es igual a la distancia a través de la cual se mueve la onda por periodo de ciclo.

• Velocidad de propagación o velocidad acústica ( V ).- Es la velocidad de transmisión de la energía sonora a través de un medio.

• Impedancia acústica ( Z ).- Es la resistencia de un material a las vibraciones de las ondas ultrasónicas. Es el producto de la velocidad máxima de vibración por la densidad del material.

• Tipos de ondas

• Ondas longitudinales.- Sus desplazamientos de las partículas son paralelos de propagación del ultrasonido.

• Ondas transversales.- Los desplazamientos de las partículas es en forma perpendicular a la dirección del haz ultrasónico.

• Ondas superficiales.- Son aquellas que se desplazan sobre la superficie del material y penetran a una profundidad máxima de una longitud de onda.

Los principales parámetros que deben ser controlados en un sistema ultrasónico son:

Sensibilidad. Es la capacidad de un transductor para detectar discontinuidades pequeñas.

Resolución. Es la capacidad para separar dos señales cercanas en tiempo o profundidad.

Frecuencia central. Los transductores deben utilizar en su rango de frecuencia especificado para obtener una aplicación optima.

Atenuación del haz. Es la perdida de energía de una onda ultrasónica al desplazarse a través de un material. Las causas principales son la dispersión y la absorción.

• Transductores

Es el medio por el cual la energía eléctrica se convierte en energía mecánica ( ondas sonoras ) o viceversa. Opera debido al efecto piezoeléctrico, el cual consiste en que ciertos cristales cuando se tensionan, se polarizan eléctricamente y generan voltaje eléctrico entre las superficies opuestas. Esto es reversible en el sentido de que al aplicar un voltaje a través las caras de un cristal, se produce una deformación del mismo. Este efecto microscópico se origina por las propiedades de simetría de algunos cristales.

• Materiales Piezoelectricos

A. Cuarzo. Se obtiene a partir de cristales naturales. Posee excelentes características estabilidad térmica, química y eléctrica. Es muy duro y resistente al desgaste así como al envejecimiento. Desafortunadamente, sufre interferencias en el modo de conversión y es el menos eficiente de los generadores de energía acústica. Requiere alto voltaje para su manejo a bajas frecuencias. Se debe emplear a temperaturas menores de 550 °C, pues por arriba de ésta pierde sus propiedades piezoeléctricas.

B. Sulfato de litio. Este material se considera como uno de los receptores mas eficientes. Su ventaja principal en su facilidad de obtener una amortiguación acústica optima lo que mejora el poder de resolución, no envejece y es poco afectado por la interferencia en el modo de conversión. Sus desventajas son que es muy frágil, soluble en agua y se debe emplear a temperaturas menores de 75 °C.

C. Cerámicas polarizados. Se obtienen por sinterización y se polarizan durante el proceso

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