118163035-ultrasonido (1).pdf

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

1/89

1

ULTRASONIDO

Ing. Ricardo Echevarria

AO 2002

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUEFacultad de Ingeniera

Laboratorio de Ensayos No destructivos

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

2/89

Indices

Ing. Ricardo Echevarria- Lab. END -F.I. - Univ. Nac. Comahue

2

INDICE

INDICE.................................................................................................................................................2ENSAYO DE ULTRASONIDO............................................................................................................4

1.- PRINCIPIOS ACSTICOS.........................................................................................................41.1 OSCILACIN.........................................................................................................................41.2 ONDAS:..................................................................................................................................61.3 TIPOS DE ONDAS:................................................................................................................8

1.31 Onda longitudinal..............................................................................................................81.32. Onda transversal: ............................................................................................................9

1.4. SONIDO.................................................................................................................................91.41- Propagacin del sonido:................................................................................................101.42 .El comportamiento de ondas snicas en superficies limites........................................12

1.43. Dispersin, difraccin , interferencia:............................................................................151.44. Disminucin de la presin snica..................................................................................172. PRINCIPIOS BASICOS DE LOS INSTRUMENTOS................................................................20

2.1. GENERACIN DE ULTRASONIDO...................................................................................202.11. Procedimientos mecnicos...........................................................................................202.12. Efecto magnetoestrictivo...............................................................................................202.13. Efecto piezoelctrico.....................................................................................................20

2.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO ULTRASONICO............................................................232.21. Procedimiento de transmisin.......................................................................................232.22. Procedimiento de pulso-eco..........................................................................................252.23. Otros procedimientos de ensayo ..................................................................................27

2.3. PALPADORES....................................................................................................................28

2.31 Propiedades....................................................................................................................282.32. Campo snico................................................................................................................292.33. Descripcin de palpadores ultrasnicos .......................................................................31

2.4. EQUIPOS DE ENSAYO ULTRASONICO..........................................................................432.41. Instrumental bsico.......................................................................................................43

2.5. SISTEMAS DE REPRESENTACION .................................................................................492.51 Representacin "Tipo A" (o pantalla Tipo A) .................................................................492.52 Representacin "Tipo B" ................................................................................................492.53 Representacin "Tipo C" ................................................................................................50

2.6. BLOQUES PATRONES DE CALIBRACION Y DE REFERENCIA....................................512.61 Bloques de calibracin ...................................................................................................512.62 Bloques normalizados de referencia..............................................................................51

3.- PRINCIPIOS BASICOS DE APLICACIN ..............................................................................543.1. ACOPLAMIENTO................................................................................................................543.2. SUPERFICIE DE LA PIEZA DE ENSAYO .........................................................................54

3.21. Rugosidad......................................................................................................................543.22. Curvatura .......................................................................................................................553.23. Recubrimiento................................................................................................................57

3.3. SELECCION DE LOS PALPADORES...............................................................................573.31. Procedimiento de ensayo..............................................................................................573.32. Seleccin de la direccin del haz ultrasnico...............................................................573.33. Seleccin de la frecuencia de ensayo ..........................................................................583.34. Seleccin del tamao del transductor...........................................................................59

3.4. AJUSTE DEL EQUIPO .......................................................................................................613.5. TECNICA DE INMERSION.................................................................................................61

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

3/89

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

4/89

1 Principios acsticos


4

ENSAYO DE ULTRASONIDO

1.- PRINCIPIOS ACSTICOS

Para obtener una mejor comprensin de los fenmenos que ocurren en el ensayo no destructivode ultrasonido, es necesario recordar algunos pocos conceptos fsicos bsicos.

1.1 OSCILACINComo punto de partida consideremos el trmino oscilacin y todas sus caractersticasrelacionadas. Un ejemplo bien conocido de oscilacin son los pndulos o las cuerdas de un

instrumento musical, cuya caracterstica comn de oscilacin en ellos es el cambio regular de suvalor de estado ( por ejemplo posicin de una partcula de la masa) o el peridico alcance de unacondicin instantnea (en un pndulo, por ejemplo, el punto de inversin derecho o izquierdo). Unpndulo puede moverse veloz o lentamente, fuerte o dbilmente; dos pndulos idnticos puedenoscilar en el mismo sentido o no con otro.Los siguientes trminos estn relacionados con las vibraciones y sern abreviadamente definidoscomo sigue:

OSCILACIN (CICLOS): cambio peridico de la condicin o el comportamiento de un cuerpo.

PERODO: tiempo necesario para llevar a cabo una oscilacin, por ejemplo el tiempo en que uncuerpo se mueve un ciclo completo relacionado al momento de estados idnticos. Este se

designa "t" y es usualmente expresado en segundos (seg.), ver figura 1.

Fig. 1 : Oscilacin de un pndulo ( derecha) y su representacin grfica vs. el tiempo

FRECUENCIA: Es la inversa del perodo o el nmero de oscilaciones (ciclos) por unidad detiempo. La frecuencia se la designa con "f" dando la relacin:

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

5/89



5

tf

1=

(1)

La unidad es el "Hertz" (Hz).1 Hertz (Hz) = 1 ciclo por segundo.1 Kilohertz (KHz) = 103 Hz = 1000 ciclos por segundo.1 Megahertz (MHz) = 106 Hz = 1 milln de ciclos por segundo.1 Gigahertz (GHz) = 109 Hz = 10 9 ciclos por segundo.

Fig.2: Ejemplo de oscilaciones con diferentes tiempos y frecuencias.

AMPLITUD: Es la mxima desviacin del cuerpo oscilante desde la posicin de equilibrio(posicin cero), ver figura 3 .Si la amplitud (designada por "A") es constante en el tiempo, la oscilacin es desamortiguada; si

esta decrece con el tiempo, se la llama oscilacin amortiguada, ver Fig. 5.

Fig. 3: Definicin de la amplitud A de una oscilacin

FASE: Es la condicin instantnea en una oscilacin: el concepto se aplica principalmente cuandose comparan 2 oscilaciones, de modo que es tambin llamado diferencias o desplazamiento defases, ver Fig. 4. La diferencia de fase, designada por "", es comnmente dimensionada engrados de ngulo, donde el perodo t corresponde a un ngulo de 360 (crculo) ,

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

6/89



6

Fig. 4: Ejemplo de oscilacin con diferencia de fases ""

AMORTIGUACIN o ATENUACIN: Decremento en el tiempo de la amplitud de una oscilacin.Las diferentes razones por lo que sucede esto, se vern ms adelante. Ver Fig. 5 .

Fig. 5: Oscilaciones amortiguadas y desamortiguadas

1.2 ONDAS:Hasta aqu se ha considerado el comportamiento de un cuerpo simple ( por ejemplo el

pndulo). La misma consideracin se puede aplicar ahora aplicada a partculas elementales(tomos y molculas) de un cuerpo. Aqu deben ser discutidas algunas caractersticas de granimportancia para el ensayo ultrasnico debido al gran nmero y a las fuerzas actuantes entre ellos(tomos y molculas).Si varios cuerpos son acoplados entre s rgidamente y a uno de ellos se lo hace oscilar, todos

los otros oscilarn en la misma fase, frecuencia y amplitud; mientras sea desamortiguado, estopuede ser considerado como una entidad, ver Fig. 6.

Fig. 6: Modelo de acoplamiento rgido.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

7/89



7

No obstante, si estos cuerpos no estuvieran unidos uno con otro, los dems permaneceran enreposo si uno de ellos oscilase (Fig. 7) .

Fig. 7: Modelo sin uniones

Cuando hay una unin elstica entre estos cuerpos (por ejemplo varios pndulos unidos porelsticos (o resortes) Fig. 8), la oscilacin de uno de los cuerpos ser gradualmente transmitida aladyacente y as siguiendo. De esta forma se produce una onda. Ver Fig. 9 .

Fig. 8: Modelo con acoplamiento elstico.

Fig. 9: Modelo de una onda (longitudinal) y su propagacin. :longitud de onda

Las definiciones relacionadas a la ocurrencia y la propagacin de ondas son las siguientes:

Onda: es la propagacin de una oscilacin y sucede cuando una partcula oscila transmitiendo suvibracin a la adyacente.

Las partculas adyacentes tienen una diferencia de fase constante.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

8/89



8

El grfico de una onda es similar al de una oscilacin, pero versus una distancia en lugar deltiempo.Acoplamiento : Unin entre dos partculas adyacentes o medio, y es el factor necesario para laocurrencia y propagacin de ondas. Un acoplamiento total (rgido) o el no acoplamiento totalnunca ocurre en la naturaleza, esto vara dentro de lmites amplios. El acoplamiento es producidopor fuerzas atmicas o moleculares elsticas de enlace, por friccin, por gravitacin, etc.Velocidad de propagacin (velocidad snica): es la velocidad de propagacin de una onda,relacionada a iguales fases, por lo que de all tambin es llamada velocidad de fase.Es designada por "c" (en alguna bibliografa tambin como "v") y se expresa en cm/s , m/s

Km/s .La velocidad snica es un a prop iedad d el material.Longitud de onda: es la distancia entre dos puntos adyacentes de condicin de oscilacin

equivalente o igual fase, mirando en la direccin de propagacin. La longitud de onda es unamagnitud muy importante, designada por " ", y cuya relacin de aplicabilidad es la siguiente:

. = c * t =f

c ; f =

c ; c = f (2)

1.3 TIPOS DE ONDAS:La propagacin de ondas puede ocurrir en dos direcciones:a) en la direccin de oscilacin de las partculasb) en la direccin perpendicular de oscilacin de las mismas.Existen los siguientes tipos de ondas:

1.31 Onda longitudinalAqu, la direccin de oscilacin de las partculas coincide con la direccin de propagacin de laonda como muestra la Fig. 9. Como ejemplo, se puede mencionar una onda normal ( variacin de

compresin) en aire. Por esto es tambin llamada onda de compresin, ver Fig. 10.

Fig. 10:Ondas longitudinales y transversales

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

9/89



9

1.32. Onda transversal:La direccin de oscilacin de la partcula es perpendicular a la direccin de propagacin de la

onda. Un ejemplo obvio, an cuando no sea correcto en el sentido fsico, es el encontrado enondas en agua (oscilacin vertical, propagacin horizontal)En la Fig. 10, estos dos tipos de ondas son comparadas con sus explicaciones pertinentes.Los pequeos puntos representan las partculas elementales del medio. Por aadidura, puedenser posible combinaciones de estos dos tipos de ondas lo que ser discutido ms adelante .

1.4. SONIDOConsideraremos el captulo de sonido fuera del amplio campo de las oscilaciones y procesos deondas y explicaremos esto algo ms detallado debido a que es de importancia en el mtodo deensayo.El sonido, como se conoce diariamente, se propaga en forma de ondas. En oposicin a las ondasmagnticas, calricas y lumnicas est asociado con la presencia de materia.En el rango de sonido audible uno puede distinguir:

Tonos: esto es determinado por la frecuencia.Volumen:depende de la amplitud de oscilacin .Timbre: es determinado por la ocurrencia de varias frecuencias simultneamente, por las variasamplitudes de una oscilacin individual , y por la duracin de las diferentes componentes delsonido.Respecto a la frecuencia (tonos), ms all de las divisiones que puedan ser hechas, se sabe queno todas ellas son audibles para el odo humano. Solamente lo es un cierto rango, con un lmitesuperior e inferior, el cual puede diferir entre individuos y que puede variar con la edad. El lmiteinferior de audibilidad se halla alrededor de 16 Hz, y el superior alrededor de 20 KHz.De acuerdo con convenios internacionales , el rango es ahora subdividido como sigue:Subsnico: f < 16 Hz; esto es el rango de vibracin debajo del lmite de audibilidad. No seescuchar ningn tono , solo se notar presin.

Sonido audible: 16 f 20 Hz, rango de frecuencias de sonido que son audibles por el odohumano.Ultrasonido: f > 20 KHz, estas frecuencias estn por encima del lmite de escucha humana. Lasfrecuencias usuales para los ensayos no destructivos son en el rango de 0.5 a 25 MHz. VerFig.11.

Fig. 11: Espectro acstico

Se puede hacer una subdivisin de acuerdo a la duracin del sonido en :

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

10/89



10

Sonido continuo: la duracin del sonido es mucho mas larga que el tiempo de oscilacin ,Sonido pulsado: aqu la duracin del sonido es solamente unas pocas veces el tiempo deoscilacin. El intervalo entre dos pulsos es mucho mas largo que la duracin del pulso, ver Fig.12.

Fig. 12: Sonido continuo y por pulsos graficado vs. tiempo ,

1.41- Propagacin del sonido:

Como ya se mencion, la propagacin de las ondas sonoras esta vinculado a la materia. Porejemplo si una onda sonora se est propagando, debe existir un material slido, lquido ogaseoso, por lo que se deduce que la onda sonora no es ms que la propagacin de lasvibraciones de las partculas del material elstico. Ya que lquidos y gases no ofrecen ningunaresistencia a los esfuerzos cortantes, las ondas transversales (ondas de corte) no pueden serpropagadas en estos medios.

En lquidos y gases solamente pueden serpropagadas ondas longitudinales.

Por esta razn, el ejemplo dado en 1.32 no es aplicable a esto.

En materiales slidos, se pueden propagar las ondas longitudinalesy transversales como as tambin todas sus combinaciones.

Las ondas longitudinales o transversales puras, slo se formarn si el espesor del material conrespecto a la direccin de propagacin de la onda, es considerablemente mayor que la longitudde onda .De otro modo, se formaran en las chapas o lminas, un tipo de ondas combinadas de los dosanteriores, que son llamadas ondas de chapa o Lamb. Estas ondas se pueden subdividir enondas de dilatacin y flexin adicionales, ver Fig. 13.

Fig. 13: Tipos de ondas de Lamb. Arriba: onda de dilatacin. Abajo onda de flexin .

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

11/89



11

Una nueva combinacin de ondas longitudinales y transversales son las ondas superficiales, verFig.14, las cuales pueden existir solamente a lo largo de la superficie, siendo capaces de seguiruna superficie curvada. Como se puede ver en la figura 14, la profundidad de penetracin de unaonda superficial es aproximadamente igual a la mitad de la longitud de onda.

Fig. 14: Onda superficial.

Para completar, tambin sern mencionadas las ondas de torsin, las cuales se pueden dar encuerpos con forma de barras. Estas, son oscilaciones rotacionales alrededor del eje longitudinalde la barra, la direccin de propagacin se sita en la direccin del eje longitudinal.

La velocidad de propagacin (velocidad de sonido) deondas longitudinales, transversales o de superficie, sonconstantes del material, independientes de la

frecuencia y dimensiones del material.

Existe la siguiente correlacin:

Cl= )3()2)(1(1

-1

+

E

Cl= )()( 412

1

+

E

Cs = 0.9 tDonde Cl = velocidad de la onda longitudinal.Ct = velocidad de la onda transversal.Cs = velocidad de la onda superficial.E = Mdulo de elasticidad de Young = densidad. = constante de Poisson.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

12/89



12

La velocidad de propagacin de las ondas Lamb (tiposde flexin y dilatacin) y las ondas de torsin dependenno solamente de las constantes del material dadasarriba, sino tambin de las dimensiones del mismo, deltipo de onda y de su frecuencia. La dependencia de lafrecuencia de la velocidad de onda del sonido, estambin llamada " dispersin"

Las ondas snicas que se esparcen uniformemente en todas direcciones son llamadas ondasesfricas, aquellas que se esparcen slo en una direccin, ondas planas.

1.42 .El comportamiento de ondas snicas en superficies limites

1.421. Direccin del sonido en superficies limites perpendiculares .Si una onda snica incide normalmente en la interfase de dos materiales, una parte de la energa

snica es transmitida al otro material, mientras que otra parte ser reflejada, como se muestra enla figura 15 .

Fig. 15: Incidencia del sonido normal a la interfase entre dos medios.

Las proporciones de energa transmitida y reflejada dependen de la impedancia de los dosmateriales .La impedancia acstica se puede calcular como:

Z = * c (6)

Donde Z = impedancia acstica = densidad del material del medio consideradoC = velocidad del sonido del medio considerado

Si una onda snica viaja a travs de un material con impedancia acstica Z1, e incideperpendicularmente en una interfase correspondiente a otro material con impedancia acstica Z2,se pueden definir las siguientes magnitudes:

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

13/89



13

Factor de reflexin : R =12

12

ZZ

ZZ

(7)

Factor de transmisin : T' =12

22

ZZ

Z

+ (8)

El factor de reflexin da la proporcin (%) de presin acstica reflejada y el factor de transmisinda la proporcin de presin acstica transmitida en el segundo material ."R'" puede ser positivo o negativo, "T'" puede ser mayor o menor que 1, dependiendo cul de

los dos, Z1 Z 2 es mayor. Esto no esta en contraposicin con el principio de energa, sino queaqu se considera la presin acstica y no la energa (o intensidad) acstica. Un material con altaimpedancia acstica es llamado "acsticamente duro" y uno de baja impedancia,"acsticamente blando".

Si la impedancia acstica de los dos mediosson iguales (Z1= Z2), no hay reflexin ( R'=0 ), el sonido pasa a travs de la 1interfasesi alterarse (T'= 1).

Ser mencionado nuevamente que los valores de R' y T' estn relacionados con la presin y nocon la intensidad acstica. Esta forma de representacin ha sido elegida deliberadamente, puestoque la amplitud del eco que aparece indicado en un equipo de ultrasonido es proporcional al valorde la presin acstica .De las expresiones (7) y (8) se deduce, en primer lugar, que la presin acstica reflejada ser dela misma amplitud, cualquiera sea el lado de la superficie lmite sobre el cual incide la onda, es

decir, independiente de la secuencia de ambos materiales; si bien en el caso de ser Z2> Z1, R'ser positivo lo que indica que la onda incidente y la reflejada estn en la misma fase y, en casocontrario, (Z2 < Z 1), R' ser negativo, lo que indica una inversin de fase de la onda reflejadacon relacin a la incidente .En cambio, la presin acstica transmitida, si bien en fase con la onda incidente, no serindependiente de la secuencia de los dos materiales, de manera que se Z2> Z1 , T' >1, lo queindica que su amplitud ser mayor que la de la onda incidente y en caso contrario ( Z2< Z1, T1'

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

14/89

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

15/89



15

A partir de la incidencia de una onda longitudinal con un ngulo oblicuo se crearn:

- Una onda longitudinal reflejada.- Una onda transversal reflejada.

- Una onda longitudinal refractada.- Una onda transversal refractada.

En medios lquidos y gaseosos, por supuesto, la componente transversal asociada desaparece.Las diferentes direcciones estn definidas por el ngulo formado entre la onda y la normal en elpunto de incidencia sobre la interfase.Con una incidencia oblicua del sonido sobre la interfase entre dos medios, se aplican leyes fsicassimilares a las utilizadas en ptica .Con una proporcin de sonido pasando a travs de la interfase, uno hablar, por analoga con laptica, de "refraccin" u "onda refractada", mientras la expresin "reflexin" se conservar.La ley de Snell de refraccin, bien conocida en ptica, es tambin vlida aqu y es :

sen 1 = C1 ; sen 1 = sen 2 (10)sen 2 C2 C1 C2

La relacin es aplicable para todo tipo de ondas, independientemente si uno esta trabajando conla componente reflejada o refractada. Solo los ngulos correspondientes y las velocidades depropagacin deben ser introducidos en la frmula .

1.43. Dispersin, difraccin , interferencia:Si una onda snica encuentra un obstculo, por ejemplo un medio con diferentes propiedadesacsticas, pueden ocurrir varios fenmenos, dependiendo del tamao del obstculo. Lossiguientes tres casos sern apuntados, ver Fig. 18.

Fig. 18: Dispersin y difraccin de ondas en obstculos .

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

16/89



16

a) El obstculo es pequeo comparado con la longitud de onda, en este caso, aquel no interfierela propagacin de la onda y sta viaja como si el obstculo no estuviera presente.

1.431. Dispersin.b) Si el tamao del obstculo es del mismo orden de magnitud que el de la longitud de onda, elproceso de propagacin, como un todo, es dbilmente interferido, aunque, algo de energa de laonda es absorbida. Esta energa se extender como una nueva onda esfrica en todasdirecciones, con el obstculo como punto central. Este proceso es llamado " dispersin".La dispersin est ilustrada grficamente por la ley de reflexin y refraccin en la Fig. 19.

Fig. 19:Esquema de dispersin acstica

1.432. Difraccin.c) Si tenemos un obstculo ms grande que la longitud de onda, y si adems asumimos que laimpedancia acstica del obstculo difiere mucho del de los alrededores, se producir unareflexin de la onda en el mismo. En efecto, no habr onda de propagacin detrs de l (sombra

de la onda), pero esta sombra ser cada vez menor con el incremento de la distancia desde elobstculo. Esto ocurre porque las partes de la onda que corren a lo largo de los bordes delobstculo son algo curvadas (difractadas) y corren oblicuamente hacia el interior de la sombra. Dela misma forma el haz de onda reflejado se abre hacia el frente. Este proceso es llamadodifraccin", ver Fig. 18 .Por supuesto , estos procesos no son aislados unos de otros, mas bien ocurren con unatransicin gradual, dependiendo del tamao del obstculo. As se produce "difraccin" y"dispersin" en un obstculo de tamao medio.

1.433. InterferenciaHay an otro fenmeno: la nueva onda reflejada se superpone con la original tal que,dependiendo de las fases de ellas, se puede producir un refuerzo, un debilitamiento, o unacompleta anulacin.Si la onda original tiene un pico (mximo) al mismo tiempo que la reflejada, las dos se sumarn,y el pico de la nueva onda ser mayor que la original. En cambio, puede ocurrir la desaparicincuando el mximo de una coincide con el mnimo de la otra, o cuando una tenga la misma alturaque profundidad en la otra. Tal superposicin se llama " interferencia ", ver Fig. 20.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

17/89



17

Fig. 20 : Superposicin de ondas

1.44. Disminucin de la presin snicaAl alejarse la onda snica del transmisor, la presin snica disminuye. Esta reduccin tienevarias causas:

1.441. DivergenciaUn transmisor snico radia el sonido no solamente en una direccin, sino en un dado rango

angular (similar a un "cono" luminoso).La seccin transversal del haz se hace mayor con el incremento de la distancia, de tal forma quela energa se distribuye sobre ,un rea cada vez mayor. La cantidad de energa snica por unidadde rea as se va haciendo cada vez menor, como se muestra en la figura 21.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

18/89



18

Fig. 21: Reduccin de la presin acstica causada por la divergencia.

Este fenmeno es llamado divergencia. Una onda plana no tiene divergencia en contraposicin auna onda esfrica (ver tambin captulo 2.32).

1.442. Atenuacin del sonido

El amortiguamiento (atenuacin) del sonido no es causado por la geometra de propagacin, sinoque es una caracterstica del material.Los siguientes fenmenos son responsables de la atenuacin del sonido:

1.4421. Dispersin, ver seccin 1.431

1.4422. AbsorcinParte de la energa acstica disminuye debido a las perdidas por friccin, con lo cual se convierteen calor.Esta "friccin interna" crece con la frecuencia. Materiales con alta friccin interna (igual a altaabsorcin) se usan como amortiguadores acsticos.El coeficiente de atenuacin acstico indica la cantidad de atenuacin snica por unidad delongitud de recorrido del sonido, para un determinado material. Adems del material, laatenuacin snica tambin depende de la frecuencia y del tipo de onda.

1.443. Medicin de la atenuacin:La atenuacin se mide en decibeles (dB), una unidad comparativa logartmica. Esto es bienconocido por los electrnicos y definido como:

a [dB] = 20 log U1 (11)U2

U: voltajes elctricos.a: atenuacin de la respuesta de ganancia.

As, la altura de las indicaciones de los ecos en la pantalla del osciloscopio son proporcionales alos voltajes de los impulsos de los ecos, lo que puede ser escrito como:

H1 = U 1 (12)H2 U 2

(H: altura del eco)

y de all:,

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

19/89



19

21.20

HHLoga=

Se puede ver que solamente comparando la altura de dos ecos ser posible obtener evidencias

de la atenuacin del sonido. Tal estimacin es posible si hay posibilidades de comparacin .Con una relacin de altura de dos ecos H1/H2 = 2/1 = 2 encontramos:

a = 20 log 2 = 20 2x 10,3 = 6 dB

Esto significa que una reduccin de 6 dB en la altura del eco, corresponde a un decremento a lamitad de su altura.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

20/89

2- Principios bsicos de los instrumentos


20

2. PRINCIPIOS BASICOS DE LOS INSTRUMENTOS.

Los modelos del instrumental para ensayos ultrasnicos estn constantemente cambiando debidoal progreso tcnico; sus principios bsicos tienen, sin embargo, una vigencia inalterable.

Estos conocimientos deberan ser familiares al operador, para que le permitan la seleccin delmtodo ptimo para resolver su problema de ensayo entre varias posibilidades.Esta segunda parte de este apunte describe los tipos de palpadores usados comnmente tantocomo la construccin de los instrumentos y sus accesorios mas simples.

ULTRASONIDODe acuerdo a la definicin (inc. 1.4) la regin del ultrasonido comienza ms all de la frecuenciade 20 KHz. Para el ensayo no destructivo de materiales reviste particular inters el rango de 0,5 -15 MHz ; en algunos casos especficos ( el ensayo de hormign, por ejemplo), tambin el rangode 50 KHz y frecuenciasms altas.

2.1. GENERACIN DE ULTRASONIDO

2.11. Procedimientos mecnicos.Existe un gran nmero de mtodos para generar ultrasonidos; en principio sirven ya los mismosprocedimientos que se emplean para generar sonidos audibles. Si los dispositivos capaces deoscilar se construyen con una frecuencia propia correspondientemente alta. Empero, estosprocedimientos mecnicos, y algunos otros principios, no se utilizan en el ensayo no destructivode materiales, recurrindose por el contrario a otros efectos fsicos, a saber: el efectomagnetoestrictivo, y sobre todo el efecto piezoelctrico.

2.12. Efecto magnetoestrictivoLos materiales ferromagnticos (muy especialmente el nquel, adems del acero), tienen lapropiedad de contraerse o expandirse por efecto de un campo magntico.Inversamente, en una barra de acero ferromagntico se produce un campo magntico si esexpuesta a un esfuerzo de traccin o compresin.Este efecto se aprovecha para lograr altas potencias sonoras a relativamente bajas frecuencias,por ejemplo, en el ya mencionado ensayo de hormign o en el caso de algunos otros problemasespecficos en cuyo detalle no ha de entrarse en este trabajo.

2.13. Efecto piezoelctricoEl efecto piezoelctrico reviste una importancia mucho mayor, siendo aprovechado casiuniversalmente para el ensayo no destructivo de materiales. Ciertos cristales naturales o

sintetizados tienen la propiedad de que en presencia de un esfuerzo de traccin o compresin seoriginan cargas elctricas en su superficie. La carga cambia de signo si se invierte la direccin delesfuerzo. As es que en las superficies de un cristal expuesto alternativamente a un esfuerzo detraccin y un esfuerzo de compresin existe un potencial alternativamente positivo y negativo (tensin alterna).El efecto piezoelctrico es reversible, es decir, cuando se aplica una carga elctrica a la superficiedel cristal, esta se contrae o se expande segn el signo de la carga elctrica. Una tensinelctrica alterna, aplicada a las superficies del cristal, da origen a oscilaciones mecnicas depresin (expansin y contraccin); Fig. 22. De la reversibilidad se extrae, de modo inmediato, quepuede emplearse el mismo principio para generar y recibir ondas longitudinales ultrasnicas.En efecto, en la mayora de los casos se utiliza un mismo cristal como emisor y receptor.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

21/89



21

Fig. 22: Efecto piezoelctrico del cuarzo (corte X)

El efecto piezoelctrico no es propio de todos los cristales y slo se produce en determinadascondiciones. El ejemplo ms conocido es el cuarzo. Un cristal de cuarzo natural tiene una formadeterminada, siempre recurrente, que se describe con ayuda de los ejes cristalogrficos,designados ejes X , Y y Z, igual que en un sistema de coordenadas cartesianas normales. (Fig.23).El efecto piezoelctrico slo se consigue en el cuarzo si la lmina de cuarzo ha sido cortada delcristal, perpendicularmente al eje X o al eje Y. En el primer caso, la deformacin mecnica delcristal tiene lugar en la misma direccin del campo elctrico; en el segundo casoperpendicularmente a ella. Por esto se habla de cuarzos, u oscilaciones, de corte X y de corte Y.Los cuarzos de corte X generan ondas longitudinales; los de corte Y, ondas transversales (Fig.24). En la mayora de los casos entra en consideracin el corte X.Adems del cuarzo, la turmalina como mineral natural, presenta tambin el efecto piezoelctrico.Una significacin mucho mayor han alcanzado los transductores cermicos sinterizadas queadquieren el efecto piezoelctrico por "polarizacin", esto es un enfriamiento desde una altatemperatura caracterstica del material con exposicin a altos voltajes elctricos. El efectopiezoelctrico puede, sin embargo, perderse por despolarizacin cuando se excede latemperatura de Curie.Los cermicos sinterizados ms importantes son el titanato de bario, el sulfato de litio, el zirconatode plomo-titanio (PZT) y el metanobiato de plomo.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

22/89



22

Fig. 23. a) Sistema simplificado de coordenadas en un cristal de cuarzo; posiciones de cortes X eY. b) efecto piezoelctrico del cuarzo.

Fig. 24: Efecto piezoelctrico del cuarzo (corte Y)

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

23/89



23

2.131. Caractersticas de algunos materiales piezoelctricos.

Cuarzo: fue el primer material usado. Tiene caractersticas muy estables en frecuencia, sinembargo es muy pobre como generador de energa acstica y es comnmente reemplazado pormateriales muy eficientes.Sulfato de litio: es muy eficiente como receptor de energa acutica, pero es muy frgil, soluble

en agua y su uso esta limitado a temperaturas por debajo de los 75 C.Cermicas sinterizadas: producen los generadores ms eficientes de energa acstica, perotienen tendencia al desgaste.

2.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO ULTRASONICO.Segn se dijo en 1.42, una onda ultrasnica incidente: en parte se refracta y en parte se refleja siexiste una variacin de la resistencia a la onda sonora, como en el caso en que exista un defectodentro del material.De ello se derivan dos procedimientos de ensayo, basados respectivamente, en la evolucin de laparte transmitida de la onda o de la parte reflejada de la misma.

2.21. Procedimiento de transmisinEn este procedimiento se evala la parte del ultrasonido que ha sido transmitido a travs de lapieza que se ensaya.A un lado de la pieza se aplica un emisor de sonido y al otro lado, un receptor.En presencia de un defecto, la intensidad sonora en el receptor disminuye a causa de la reflexinparcial o se hace nula en caso de reflexin total (Fig. 25). Lo mismo da que se emplee sonidocontinuo o impulsos de sonido para el ensayo, pues el emisor y el receptor elctricamente estnseparados entre s.En este ensayo no se puede determinar la profundidad a la que est localizado el defecto de lapieza.Existen dos zonas de transmisin en el recorrido del sonido

Dado que se utilizan dos palpadores, existen dos zonas de transmisin en el recorrido del sonido("acoplamiento") que influyen sobre la intensidad de sonido en el receptor ( la zona de transicindel emisor a la pieza objeto y la de la pieza en el receptor).As mismo es necesario una exacta alineacin geomtrica entre el emisor y el receptor.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

24/89



24

Fig. 25: Mtodo por transmisin (esquema)

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

25/89



25

2.22. Procedimiento de pulso-ecoEste procedimiento que se designa tambin como procedimiento de pulsos o impulsos reflejados,utiliza la porcin reflejada del sonido para la evaluacin de defectos. El oscilador piezoelctricofunciona a la vez como emisor y como receptor. Como la energa recibida es mucho ms dbilque la emitida, aqu no puede operarse sobre la base sonido continuo , emplendoseexclusivamente impulsos de sonido. Un impulso elctrico de cortsima duracin genera unaanloga onda ultrasnica; inmediatamente despus, mientras an se est propagando la onda, elmismo oscilador esta listo para la recepcin. La onda sonora penetra en el material, hasta que,como resultado de una superficie lmite, tiene lugar una reflexin parcial o total.Si la superficie reflectante se encuentra perpendicularmente a la direccin de propagacin de laonda sonora, sta es reflejada en su primitiva direccin y al cabo de un tiempo determinado, quedepende de la velocidad del sonido en el material objeto de ensayo y de la distancia que existeentre el oscilador y la superficie reflectante, llega de vuelta al oscilador, siendo reconvertida en unimpulso elctrico.Ahora bien, no toda la energa que regresa es reconvertida en energa elctrica, sino que en lainterfaz entre el palpador y la superficie de la pieza tiene lugar de nuevo una reflexin parcial ; unaparte menor del sonido atraviesa por segunda vez a pieza, y as sucesivamente. De este modo se

origina una sucesin de ecos (Fig. 26).

Fig. 26: Formacin de ecos mltiples (esquema)

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

26/89



26

Debe tenerse presente adems que no solamente el lado posterior, sino cualquier otro reflector(defecto) determina ecos mltiples (Fig. 27).Puesto que se puede medir el tiempo de recorrido y se conoce la velocidad del sonido de lamayor parte de los materiales, este mtodo permite establecer la distancia existente entre eloscilador y la superficie refractante, o dicho de otro modo, determinar la posicin del reflector (Fig.28) . Por esto es que se emplea este procedimiento en la mayora de los casos. Agregase a elloque no hay ms que una sola superficie de acoplamiento ( que es atravesada en el viaje de ida yde vuelta) entre el oscilador y la pieza, por lo que resulta mucho ms sencillo mantener constanteel acoplamiento.

Fig. 27: Ecos mltiples causado por el eco de fondo y un defecto (esquema)

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

27/89



27

2.23. Otros procedimientos de ensayo

Mencionaremos aqu para redondear el cuadro, pero sin entrar en detalles, otros dosprocedimientos de ensayo que no se pueden realizar con los equipos ordinarios de impulsos-ecos; el procedimiento de resonancia y el de modulacin de frecuencias.

Fig. 28: Mtodo de pulso- eco (esquema)

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

28/89



28

2.3. PALPADORES

2.31 PropiedadesTodos los palpadores utilizados en el ensayo de ultrasonido, no destructivo de materiales, operansobre la base del efecto piezoelctrico.

El transductor, muchas veces designado genricamente pero equivocadamente como cuarzo-recibe un corto impulso elctrico.La oscilacin del cristal decae lentamente en su propia frecuencia de resonancia como ocurre enel caso de una campana taida brevemente (Fig.29). Esta frecuencia propia surge para laoscilacin fundamental, de la ecuacin :

0f =d

C

2 (12)

donde c : frecuencia naturaf0 : velocidad del sonido en el material del transductord :espesor del cristal.

Fig. 29: Arriba: Vibracin de un cristal dbilmente atenuado y de otro fuertemente atenuadoAbajo: La misma seal sobre la pantalla del TRC despus de rectificada y filtrada.

Ahora bien, como en el procedimiento de impulso-eco, el cristal, eventualmente debe, tras unintervalo extremadamente corto, funcionar otra vez como receptor, es preciso obtener en el menortiempo posible la atenuacin de la oscilaciones inductivas. Pero esta atenuacin no deber ser

demasiado fuerte tal que reduzca pronunciadamente la sensibilidad del palpado.Desafortunadamente el requisito de alta sensibilidad de respuesta y, al mismo tiempo, pulsosestrechos dando alta resolucin se oponen mutuamente.El trmino resolucin designa la capacidad de respuesta del palpador, para dar indicacionesseparadas de dos discontinuidades muy prximos entre s, en forma claramente separados en lapantalla del osciloscopio. Adems esto se distingue entre resolucin prxima y resolucin lejana.Estas expresiones serefieren a la distancia desde el transmisor de pulsos (oscilador) y pueden ser diferentes.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

29/89



29

Con un oscilador dbilmente atenuado se obtiene una altapotencia y sensibilidad pero, a causa de lo ancho de losimpulsos un menor grado de resolucin.

Con un oscilador fuertemente atenundose obtiene unaalta resolucin (pulsos angostos) y potencia y sensibilidaddecreciente

El poder de resolucin tambin depende del material del transductor. Los esfuerzos de losconstructores de los palpadores tienden hacia un compromiso lo ms ventajoso entre otrosfactores condicionantes. En parte hay palpadores construidos especialmente o para alta potenciao para alta resolucin .Para transmitir una cantidad suficiente de energa sonora a la pieza que se ensaya, es necesarioque el transductor genere unas pocas vibraciones de alta frecuencia. Sin embargo, oscilacionesde bajas frecuencias insumen ms tiempo que aquellos palpadores de alta frecuencia ( por Ej. , a1 MHz, un micro-segundo ;a 10 MHz , 0,1 micro-segundo ) .

2.32. Campo snicoEl rea influenciada por las vibraciones transmitidas por el palpador se conoce como camposnico. Este es muy importante para la evaluacin del tamao de defectos ; por ello, es necesarioexplicar brevemente algunos trminos especiales que conciernen al campo snico ycomportamiento de la presin acstica en l. Cumpliendo con los principios fsicos, el cristaltransmite las ondas ultrasnicas nicamente en sentido perpendicular a las superficies a las quese aplican cargas elctricas; esto ocurre, aproximadamente, en forma de un haz de rayos

paralelos, con una seccin transversal correspondiente aldimetro del transductor para la primera parte de la propagacin.A una cierta distancia del oscilador, el haz se abre en forma de cono. Esta caracterstica semuestra en la figura 30.

Fig. 30: Campo ultrasnico de un transductor.

El rea de rayos ultrasnicos paralelos se llamacampo cercano.El rea de rayos que se abren cnicamente sellama campo lejano

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

30/89



30

La distancia a la cual el campo cercano pasasobre el campo lejano es llamada "rango delcampo cercano" o "longitud del campo cercano".Esto depende del dimetro del cristal y de lalongitud de onda en el material de la pieza detrabajo y puede ser calculado como sigue:

c

fDDlo

== 44

22

(13)

El significado de los smbolos en la frmula son: I0: longitud del campo cercano; D: dimetro delcristal (dimetro efectivo, normalmente un pequeo porcentaje menos que el real); : longitud deonda; f: frecuencia; c: velocidad del sonido.Como la longitud del campo cercano puede ser determinado experimentalmente, las restantesmagnitudes son derivadas de esto. De esta forma, el dimetro efectivo del cristal se calcula como:

La presin snica en el campo cercano, y por consiguiente ,la altura del eco causado por undefecto en esta zona, depende mucho de la ubicacin del mismo dentro del haz. Las razones deeste fenmeno son las interferencias en el campo cercano. La estimacin del tamao del defectoes prcticamente imposible si ste se encuentra en esa zona (Fig. 31).

Fig. 31.

= 0lD (14)

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

31/89



31

En el campo lejano el haz ultrasnico se abre cnicamente. En todo momento, la presin snicamxima se encuentra en el eje del sistema sobre el eje del transductor, y decreceproporcionalmente con la distancia desde el cristal. (Fig.30).Desvindose desde el eje hacia los laterales, hay tambin una disminucin de la presin snica.Esta se considera como 100% sobre el eje de simetra, disminuyendo a medida que nosdesviamos hacia los lados. Si marcramos todos los puntos, en cualquier direccin y a cualquierdistancia del cristal, en los cuales la presin snica alcance el 10 % del valor en el eje, seobtendra el rea superficial de un cono. El ngulo de apertura de este cono se llama "ngulo dedivergencia del haz".El clculo del mismo puede hacerse como sigue:

Dsen

= 08,110 (15)

0

10 54,0 Isen

= (16)

Estas frmulas son vlidas para transductores circulares. Para aquellos que sean rectangulareslas relaciones son algo ms complicadas: en estos la longitud del campo cercano se calcula comosigue:

( )

+

=

b

abal

21*1 220

(17)

donde a : lado mas corto del rectngulo.b : lado ms largo del rectngulo

: longitud de onda.

La seccin transversal del campo ultrasnico ya no es circular; el ngulo mayor del haz lo causael lado ms corto del rectngulo, y viceversa ( Fig.32) . Aqu tambin luego de haber determinadoempricamente la longitud del campo cercano, se puede calcular el dimetro efectivo sustituto deltransductor.

Fig. 32: Haz ultrasnico de un transductor rectangular (esquema)

2.33. Descripcin de palpadores ultrasnicos

2.331. De incidencia normal

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

32/89



32

Para un haz de incidencia normal,( la transmisin del sonido es perpendicular a la superficie de lapieza) son vlidas las leyes del captulo 1.421.

2.332. El palpador normalEl nombre de "Palpador normal", deriva de la direccin en que las ondas ultrasnicas viajan en lapieza ( la direccin perpendicular a la superficie de un objeto se conoce como la direccin"normal" ).El cristal del transductor tiene metalizadas las caras para poder aplicarle pulsos elctricos. Una deesas caras se pega al cuerpo amortiguador, la otra puede bien ser acoplada directamente a lapieza a ensayar (cristal sin proteccin), o estar cubierta con una capa de material plstico ocermico.Las caractersticas del tamao del palpador dependen de las propiedades de amortiguamiento ocuerpo de atenuacin. Los alambres de conexin, soldados a las caras plateadas del cristal,suben pasando junto al cuerpo amortiguador hacia una pequea bobina que realiza la adaptacinelctrica entre el oscilador y el emisor de impulsos. Dos alambres adicionales van a la ficha enque se inserta el cable.Los palpadores para la tcnica por inmersin tienen en lugar de ficha, un enchufe directo,fijamente fundido, para el cable.La unidad compuesta por el oscilador, el cuerpo amortiguador y la bobina es tambin llamada"Inserto" o "Nob", y va alojada en una carcaza metlica puesta a tierra (Fig.33).

Fig. 33: Palpador normal con suela protectora (esquema)

2.3312. Palpadores de doble cristal Los palpadores de doble cristal combinan dos sistemas de palpadores completos, en una solacarcaza. Una barrera acstica entre los dos sistemas evita la transmisin de uno a otro dentro delpalpador, mientras que uno acta como emisor, y el otro como receptor.

Por esto, el sistema se puede asumir como una combinacin del mtodo de transmisin yreflexin. Entre los cristales y la superficie de la pieza que se ensaya hay lo que se llaman "lneasde retardo" construidos de plstico (plexigls) o, para superficies calientes, de material cermicoresistente al calor, lo que hace que el pulso transmisor no coincida con el punto cero de lapantalla, correspondiendo a la superficie de la pieza como se conoce con el uso de palpadornormal.El pulso transmisor aparece a la izquierda del punto cero y, cuando se lleva a cabo la calibracin,esta seal queda afuera del campo de observacin. La propagacin ultrasnica como muestra lafigura 34 explica el principio:

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

33/89



33

Fig.34: Palpador con doble cristal (esquema)

La onda ultrasnica generada por el transmisor T primero atraviesa el bloque plstico y llega a lasuperficie lmite entre ste y la pieza, donde una parte del haz es reflejado hacia el cristaltransmisor. Como ste no esta conectado con la seccin receptora del equipo, la onda sonorareflejada no es indicada ( esto sucedera si el palpador fuera normal). La otra parte de la onda quefue transmitida dentro de la pieza que se ensaya, viaja hasta la superficie trasera donde se reflejay vuelve a la superficie donde , nuevamente una parte es transmitida hacia el bloque plstico delreceptor y llegando al transductor R, causa en l el primer eco de fondo. Una parte de la onda hasido reflejada en la superficie forzndola a recorrer la pieza por segunda vez antes de entrar en elbloque plstico y generar as el segundo eco de fondo. El mismo fenmeno sucede varias veces,lo que causa un tercer, cuarto, etc. ecos de fondo.Calculando desde el comienzo del pulso de emisin, los ecos recibidos aparecern despus dehaber recorrido las siguientes distancias: 2s + 2d; 2s + 4d; 2s + 6d; 2s + 8d; etc. Los intervalos delos ecos mltiples sucesivos corresponden al espesor de la pieza, mientras que la distancia entre

el pulso emisin y el primer eco de fondo es mayor en 2s correspondiendo al espesor delrecorrido de retardo ( bloque plstico).Como, sin embargo, la pantalla del TRC no indica la distancia real sino el tiempo de recorridocorrespondiente, es necesario convertir la distancia en tiempo de acuerdo a la frmula:

(18)

donde c : velocidad del sonido; a: longitud de onda; t: tiempo de recorrido.Por esto, las verdaderas distancias sobre la pantalla son las siguientes:

2s + 2d ; 2s + 4d ; 2s + 6dcs cd cs cd cs cd

donde s: espesor de la lnea de retardo; d: espesor de la pieza de ensayo; cs: velocidad deretardo de la lnea de retardo; cd: velocidad del sonido en el material de la pieza.De una consideracin ms detenida surge que debe, adems, tenerse en cuenta que las partesde la onda snica que llegan al oscilador emisor tanto como las que llegan al oscilador receptor,son reflejadas nuevamente, y, en el caso del cristal transmisor, penetran en la pieza con unretraso de tiempo de2s/cs, y son tambin recibidas con ese retraso.En el caso del receptor las ondas pueden ser reflejadas en la superficie lmite entre el bloque deretardo y la superficie de la pieza, y tambin recibido nuevamente despus del mismo retraso detiempo. Principalmente lo mismo es vlido para los correspondientes ecos mltiples. Ademsdebera ser considerado que en realidad las distancias s y d no son las transversales del bloque

c

at

t

ac == ;

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

34/89



34

de plstico y de la pieza, sino levemente mas largas que estas debido a los ngulos algo oblicuosdel camino snico. Estas diferencias deben ser consideradas para la medicin exacta, porejemplo la medicin de espesores de pared.

Fig. 35: Ecos mltiples de un palpador de doble cristal

La eleccin correcta del material del trayecto previo hace posible la atenuacin de esasindicaciones de reflexiones de ecos no buscadas de tal forma que no interfieran sobre la pantalla;sin embargo, puede aparecer, cerca del punto cero (superficie de la pieza) y, a la distancia 2sdesde el eco de emisin (Fig. 35), un pequeo "eco de interferencia" causado por una deficientebarrera acstica entre el transmisor y elreceptor, que se origina a travs del acoplante. Este eco puede ser suprimido , en muchos casos,por un adecuado ajuste del equipo.Cuando los dos transductores del palpador de doble cristal son levemente inclinados uno sobre elotro (Fig. 36), la trayectoria de los haces ultrasnicos se solapan dentro de la pieza de ensayo. Elpalpador de doble cristal tiene la ms alta sensibilidad en el punto de interseccin de los ejes deloshaces (Fig. 37). Se produce una zona muerta debido al espesor finito de la barrera acstica entreel transmisor y el receptor.Las ventajas que ofrecen los palpadores de doble cristal son queprcticamente eliminan la zona muerta.Se pueden utilizar cristales ms adecuados para las funciones a cumplir. Por ejemplo se puedeusar titanato de bario como emisor y sulfato de litio como receptor.

Fig. 36: Propagacin ultrasnica de un palpador de doble cristal con ngulo grande y unopequeo

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

35/89



35

Fig. 37: Influencia de los ngulos sobre la sensibilidad en palpadores de doble cristal (esquema)

Los palpadores de doble cristal tienen, debido a su estructura general y a la presencia de lostrayectos de retardo, tericamente una ms baja sensibilidad que los palpadores normales, perouna resolucin a corta distancia incomparablemente mejor debido a que no aparece el eco deemisin sobre la pantalla, en un equipo ajustado correctamente.De esta forma , es posible detectar posibles defectos a pocos milmetros por debajo de lasuperficie. Otro campo de aplicacin de estos palpadores es la medicin de espesores.

Se debe sealar que defectos con direccionalidad preferencial, por ejemplo finas lneas deinclusiones en productos laminados semi-terminados, mostrarn diferentes grados de reflexindependiendo de la posicin de la barrera acstica con respecto a la direccin del defecto .Comnmente, los mejores resultados se obtienen cuando ambas direcciones son paralelas.

2.3313. Palpadores normales de ondas transversales (corte - Y) La construccin de estos palpadores es igual a la de los palpadores normales de ondaslongitudinales. Solamente, el transductor en s mismo, tiene una orientacin cristalogrficadiferente y, por ello, genera vibraciones cortantes (ondas cortantes) (Fig. 24).El procedimiento detransmisin de ondas de corte desde el transductor al interior de la pieza es un problema difcildebido a que el lquido acoplante no se puedeusar porque stos son incapaces de transmitir ondas de corte (ver captulo 1.41). El acople

puede llevarse a cabo utilizando acoplantes rgidos (por ejemplo componentes de resinas epoxi),por presin firme del palpador sobre la superficie usando una goma protectora o lamina plsticadebajo del cristal, o por acople del transductor sobre la pieza con el agregado de cera de abejas.Por estas razones, los palpadores con cristales con corte Y son casi exclusivamente usados enlaboratorios de ensayos, por ejemplo para la determinacin de constantes elsticas de losmateriales.

2.332. Incidencia oblicua del ultrasonido. Ya se explic en el captulo 1.422, que una onda que incide oblicuamente es capaz de generarcuatro nuevas ondas con diferentes direcciones y velocidades las cuales pueden ser calculadascon la ley de refraccin (IX).

2.3321. Palpador angularEl palpador angular consiste esencialmente de un cristal cementado a una cua de plexigls. Deesta forma se consigue una incidencia oblicua sobre la superficie de la pieza.Los haces reflejados vuelven a la cua plstica y, o son absorbidos por un atenuadorconvirtindose en calor, o se evita el retorno al transductor con una adecuada forma de la cuapara evitar causar indicaciones de ecos perturbadores. Dentro de la pieza se propagarn la ondalongitudinal refractada y, adicionalmente, la nueva onda transversal generada. De acuerdo con laley de refraccin (IX) estos dos tipos de ondas tendrn tambin, debido a sus diferentesvelocidades, diferentes direcciones.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

36/89



36

Fig. 38: Palpador angular (esquema)

No puede determinarse en la pantalla del equipo si un eco tiene origen en una onda transversal ouna longitudinal. Por ello una indicacin sobre la pantalla puede tener distintas orgenes debido alos distintos ngulos y velocidades de los tipos de ondas, y, no sera posible la localizacin segurade un defecto detectado.

Una solucin a este problema est dado por el hecho de que la onda longitudinal tiene, debido asu mayor velocidad, un ngulo de refraccin mayor al de la onda transversal (Fig. 39 a).Incrementando gradualmente el ngulo de incidencia, se llegar a un punto en el cual la ondalongitudinal no penetrar el medio sino que se propagar a lo largo de la superficie, mientras quela transversal permanecer an en la pieza de ensayo (Fig. 3 b).En este punto, el ngulo entre la direccin de la onda transversal y la perpendicular a la superficieser de 33,2 en el acero. Un incremento adicional del ngulo de incidencia eliminar la ondalongitudinal ( no existe sen l > 1), por lo que puede ser calculado. Ahora la nica onda queexiste en el medio es la transversal (Fig. 39 c). S se contina incrementando el ngulo deincidencia, tambin la onda transversal se propagar a travs de la superficie del medio (ondasuperficial, Fig., 39 d).

Fig. 39: direccin de propagacin de onda como funcin del ngulo de incidencia.

Los palpadores angulares comerciales utilizan slo el rango donde existe onda transversal,exclusivamente, en el medio de ensayo, el cual es normalmente acero. La onda ultrasnica reales emitida hacia el medio en la forma de un haz de rayos donde, la lnea geomtrica que se ha

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

37/89

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

38/89



38

Fig. 40 a: Definicin de paso

b: Ecos obtenidos alternativamente del borde inferior y superiorc: Reflexin alrededor de un borde.

Si antes de la reflexin en la cara opuesta de la pieza de ensayo la onda ultrasnica alcanzadirectamente a un defecto , la llamada "distancia proyectada" (p) se define como sigue (Fig.41):

p = s * sen t (20)

Donde "s" es la distancia (en la direccin del haz) entre la superficie y el reflector p la distanciaproyectada sobre la horizontal desde el punto de emisin del palpador al defecto.

Fig. 41: Definicin de distancia proyectada

t0= s . cos t (cuando la discontinuidad est antes del medio paso)

t1= 2 . d s . cos t (cuando la discontinuidad est ms all del medio paso)

Estas relaciones son muy importantes para la localizacin de defectos en una pieza. Algunasveces es ms fcil, para el operador, medir la distancia desde el frente del palpador en lugar dehacerlo desde el punto de salida del haz. En esos casos uno esta hablando de la "distanciaproyectada acortada".Las relaciones que se han dado ms arriba solamente son vlidas cuando el ensayo se realizasobre superficies planas. Si el ensayo se debiera realizar sobre un objeto curvo, el pasodepender, adicionalmente, del radio de curvatura(R) (Fig. 42).

La frmula para su clculo es la siguiente:

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

39/89



39

cos)1(1

)2

1(

=

R

d

senRtg

t (21)

donde "" es el ngulo en el centro de curvatura correspondiente al paso.

Como esta ecuacin no puede ser resuelta para "", el clculo se lleva a cabo para un arregloplano y la curvatura ser tenida en cuenta por el factor de correccin k como se muestra acontinuacin:

kdtgpts

= 2 (22)

El factor de correccin k depende de la relacin entre el espesor de pared d y el dimetro D o delradio R y su valor se puede sacar de la figura 43.

Fig. 42. Distancia de en una superficie curva con reflexin causada por la superficie interna.Superficie plana para comparacin.

Fig. 43. Factor de correccin k como una funcin de la relacin del espesor de pared d aldimetro D al radio de curvatura R

El paso puede ser ms fcilmente determinado cuando no hay reflexin en la superficie interna ocuando el material es slido (Fig. 44).

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

40/89



40

Fig. 44: Distancia de paso sobre un objeto curvo sin reflexin interna.

Las siguientes frmulas son vlidas para estos casos:

)24(90

90

)23)(90(2

t

t

rp

=

=

Adems, se puede deducir de la geometra de la propagacin de un haz ultrasnico en un objetocurvado, cuando la parte central de la pieza no puede ser alcanzada ni an usando el palpador demenor ngulo ( 35 ) que se usa comnmente, la siguiente relacin:Ver la trayectoria del sonido en la Fig. 45

)(251 t

senR

d=

o relacionndolo con el dimetro D = 2R

)(26

2

1 t

sen

D

d =

Para un ngulo de 35 el valor de d/D =0,21

Esto significa que, en ensayo de tubos, estos pueden ser inspeccionados completamente siempreque la relacin de espesor de pared a dimetro exterior sea "menor o igual a 0,2 ".

Fig. 45: Espesor de pared mximo d alcanzado con el ngulo t

2.3322. Palpadores para ensayo de tubosEl palpador para ensayo de tubos no es otra cosa que un arreglo de dos palpadores angulares, enparalelo, transmitiendo en direcciones opuestas (a las agujas del reloj y en direccin contraria alas agujas del reloj). Sirve para detectar fisuras internas y externas en tubos. Cada transductor eneste par de palpadores angulares, recibe el pulso transmitido por el otro como un eco de

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

41/89



41

referencia. Un defecto radial ser indicado dos veces, como se puede ver en la figura 46. Estaindicacin desaparecer cuando se halle diametralmente opuesto al palpador. Un defectoaparecer solamente una vez , ya sea a la derecha o a la izquierda del eco de referencia, segnel palpador que lo indique. Hoy en da, este principio de transmisin de dos haces opuestos enuna barra o tubo, es aplicado casi exclusivamente en plantas de ensayos automatizados.

1) Eco de emisin2) Eco del defecto indicado por el palpador A3) Eco de referencia.4) Eco del defecto indicado por el palpador B

X: Localizacin aparente del eco de referenciaFig. 46: Propagacin ultrasnica y pantalla del TRC. del ensayo de un tubo con dos palpadores.

2.3323. Palpadores de ondas Lamb Cuando una onda ultrasnica incide oblicuamente en una chapa metlica puede, puede originaren ciertas condiciones (condiciones de excitacin), ondas Lamb o tambin llamadas ondas dechapa. Esto significa que la chapa vibrar en forma similar a la resonancia. La onda Lamb sepuede dar como una onda de dilatacin o como una onda de flexin (ver Fig. 13). La generacinde estas ondas depende , entre otros factores, de la frecuencia, el ngulo de incidencia, de lavelocidad del sonido, y del espesor del material. En la prctica, la generacin se puede llevar acabo variando continuamente el ngulo de incidencia hasta que, con ciertos ngulos, seproducirn las ondas. De all que, el espesor del material deber ser del orden de la longitud deonda. En este principio se basan los palpadores de ondas de Lamb, los que por lo tanto no sonotra cosa que palpadores angulares con ngulos con variacin continua. En la Fig. 47 se muestrauna de las ms comunes construcciones entre muchas otras.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

42/89



42

Fig. 47: Palpadores con ngulos variables (Palpadores de ondas Lamb). Esquema.

La capacidad de indicacin de los palpadores de ondas de Lamb radica en que estas ondas sonreflejadas sobre s mismas cuando ya no son dadas las condiciones de excitacin, por ejemplo,cuando el espesor de la chapa vara por defectos de laminacin (exfoliaciones). Esto es tambinla razn para la alta sensibilidad de los ensayos con estas ondas.De otra manera la sensibilidad de las indicaciones tambin dependen del tipo y orientacin deldefecto con respecto al tipo de onda Lamb ; as, por ejemplo, las laminaciones son generalmenteindicadas mucho mejor por una onda de flexin que por una de dilatacin, cuando aquellas estnsituada en la fibra neutra de la pieza la que no est en movimiento en el caso de la onda dedilatacin.El principal rango de aplicacin de los palpadores de ondas Lamb est en la deteccin delaminaciones e inhomogeneidades en hojas y placas metlicas que no permitan un ensayo conpalpadores normales o de doble cristal debido a sus pequeos espesores, o cuando es necesariauna inspeccin completa en el total del volumen. Comnmente se ensayan espesores de paredhasta 6 mm con estos tipos de ondas. El lmite superior para el su uso esta entre 12 a 16 mm deespesores de pared y depende adems de las propiedades del material y de la frecuencia usada.Las ondas Lamb frecuentemente muestran una forma caracterstica como la indicada en la Fig.48, lo que facilita su reconocimiento.

Fig. 48: eco tpico de una onda Lamb.

2.324. Palpador de ondas superficialesEl palpador de ondas superficiales es un palpador con un ngulo de penetracin de 90 entre eleje del haz y la direccin perpendicular (Fig. 38 d). Aqu no se puede definir el punto de emisindel haz sobre el palpador.Los ensayos ultrasnicos con ondas superficiales son poco frecuentes en comparacin con otrostipos de ondas. El rango de aplicacin es limitado, a pesar de la alta sensibilidad que muestranestas ondas en superficies laminadas, de algunas clases: la principal aplicacin es la deteccin definsimas fisuras e inhomogeneidades en superficies rectificadas o pulidas. Como las ondassuperficiales penetran solamente a una profundidad de la mitad de la longitud de onda (ver Fig.14), fisuras a mayor profundidad no sern detectadas. De otra manera, las ondas superficialesson capaces de seguir superficies curvas si el radio de curvatura es suficientemente grande con

respecto a la longitud de onda.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

43/89



43

Se puede verificar muy fcilmente si una indicacin ha sido causada por una onda superficial :tocando lasuperficie de la pieza con un dedo aceitado entre el palpador y la localizacin del defecto harque la amplitud del eco disminuya (debido a la atenuacin), no as si la responsable de laindicacin es otro tipo de onda (algunas ondas Lamb tambin pueden mostrar estecomportamiento).

2.4. EQUIPOS DE ENSAYO ULTRASONICO

2.41. Instrumental bsicoEl principio de operacin de un equipo de ensayo ultrasnico se ilustra en la Fig. 49.

Fig.49: Esquema de un equipo de U.S.

Un generador de pulsos induce al transmisor de pulsos el cual excita al cristal del transductor.Este corto pulso elctrico normalmente tiene un voltaje pico de algunos cientos de volts, enalgunos viejos transmisores de tubos, por encima de los cinco kilovolt. Estos altos voltajes son,sin embargo, completamente inocuos debido a su extremadamente corta duracin. El mismogenerador de pulsos tambin activa (dispara) la base de tiempos (generador de barrido) horizontalen el osciloscopio de rayos catdicos (TRC) por medio de un circuito de tiempo de retardo.La deflexin vertical en las placas del TRC se alimentan con un amplificador y un rectificador depulsos (ecos) recibidos desde la pieza.La longitud de medicin (rango) que se observa en la pantalla se puede variar alterando la

velocidad de la base de tiempo.Se produce una deflexin vertical cada vez que el transductor est \1sujeto a una tensin elctrica(pulso transmitido o recibido). Cuando se opera por el mtodo de transmisin o con palpadores dedoble cristal, el transmisor de salida esta separado del receptor (entrada) por medio de uninterruptor. En definitiva los transductores de transmisin y recepcin estn conectadosseparadamente por cables y enchufes. Un circuito de proteccin, en el caso del mtodo de pulso-eco, asegura que los altos voltajes en el transmisor no daen al receptor.Hoy en da es habitual la construccin de modernos equipos ultrasnicos modulares; se construyeinstrumental para ensayo manual para ser usados con unidades cada vez mas livianos,compactos y pequeos. Junto con los sistemas modulares hay muchas otras posibilidades para lacombinacin; de esta forma, por ejemplo, varios tamaos de pantallas pueden ser combinadascon distintos mtodos de deflexin, supresin del llamado "csped" , etc. Mdulos adicionales

auxiliares, tales como diferentes tipos de monitores, circuitos especiales equivalentes para operar

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

44/89



44

con mltiples palpadores, decodificadores, interruptores electrnicos, transmisores y receptorespreamplificados se pueden integrar en este sistema.De esta forma se puede elegir la ms econmica y efectiva combinacin para solucionar elproblema del cliente.Seguidamente se describirn los controles ms importantes de los equipos ultrasnicos paraoperar con el mtodo de pulso-eco o transmisin.

2.411. Intensidad de pulsos.La intensidad del pulso elctrico para hacer vibrar el cristal del transductor se puede variarcontinua o escalonadamente con este control. Se recomienda baja intensidad debido a que as seobtiene una ptima resolucin (pulsos angostos). Se elegirn altas intensidades de pulsos cuandoexista altos niveles de ruidos elctricos ( para incrementar la relacin seal- ruido), o cuando elmaterial presente una marcada atenuacin de la onda causada por absorcin o dispersin. Eneste caso la resolucin ser algo menor: con una alta intensidad le toma ms tiempo al cristalatenuarse y los pulsos mostrados en la pantalla del TRC sern ms anchos que con bajaintensidad. Por lo expuesto se disminuir, en todo lo posible y segn el problema particular delensayo , para obtener la mejor resolucin.

2.412. GananciaEsta perilla de control varia la altura de los ecos de manera que permite mantener la relacin deamplitud constante. La cantidad de ganancia se expresa en dB (decibeles), ver el punto 1.443.Una variacin de ganancia de 6 dB significa una disminucin a la mitad o un aumento al dobleindependientemente de la altura del eco real (Fig. 50).

Fig. 50:Ecos mltiples. La Fig. de la derecha muestra la misma secuencia de ecos con unareduccin en la ganancia de 6 dB

2.413. Supresin

2.4131. Supresin no linealLa supresin no lineal permite tambin una variacin de la amplitud de los ecos pero, en estecaso, la diferencia de amplitud ( y no la relacin de amplitud) permanece constante.Accionando el regulador de supresin en sentido horario, reducir la altura de todos los ecos en lamisma cantidad expresada en porcentaje de la altura de la pantalla. La verdadera relacin dealturas entre los ecos no se mostrar ms, pero muchos de los pequeos, indeseados, noimportantes y algunas indicaciones que confunden sern suprimidas facilitando la interpretacin,particularmente en ensayos manuales.Siempre que sea requerida una clasificacin de defectos por medio de una descripcin de laamplitud de los ecos se deber, incondicionalmente, eliminarse la supresin no lineal o se llegara una interpretacin equivocada. Como muestra la Fig. 51, un eco justamente pasando el umbralinicial causa una pequea deflexin, concordando con el eco de emisin en la lnea horizontal.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

45/89



45

Fig.51:Ecos mltiples. La figura de la derecha muestra la misma secuencia de ecos reducidos un50% de la ATP. por supresin.

2.4132 Supresin lineal Se puede lograr una supresin de las indicaciones pequeas, sin alterar la altura de los ecos, pormedio de la regulacin de umbral lineal ilustrada en la Fig. 52.

Fig.52:Ecos mltiples. La Fig. de la derecha muestra la misma secuencia de ecos con unasupresin lineal de aproximadamente 20% de la ATP.

El mtodo de supresin lineal se usa comnmente en plantas con ensayos automatizados y enequipos de laboratorio. Los ecos con amplitudes que excedan al umbral se mantendrn sinmodificacin, mientras que aquellos que estn por debajo del mismo, no aparecern en lapantalla. Como se ve, un eco que apenas alcance el umbral ser mostrado en toda su amplitudoriginal, este modo de supresin no es lo mejor en los ensayos manuales porque muestra aloperador, que observa la pantalla ,efectos ms confusos que la que muestra la supresin nolineal. Sin embargo, la relacin real puede ser mostrada, solamente, por el supresor lineal.

2.414 Forma de los ecos La envolvente de los ecos puede ser influenciada por la cantidad de filtrado. Este efecto se

muestra en la Fig. 53.

Fig.53: Ecos mltiples. Influencia de un filtrado dbil (izq.). y uno fuerte (der.).

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

46/89



46

Normalmente se desea lograr una alta resolucin, por ejemplo, conseguir pulsos tan angostoscomo sea posible.. Sin embargo, cuando se opera con grandes longitudes de medida (porejemplo en el rango de metros)las indicaciones en la pantalla del TRC se hace difcil de evaluardado que los ecos se vuelven demasiados finos. En tales casos se sacrifica una buena resolucinen favor de un mejor reconocimiento por medio de un fuerte filtrado. As los ecos se vuelven msanchos , brillantes y suaves. Muchas veces la cantidad de filtrado es conectada junto con lalongitud de medida (rango).

2.415. Regulador de la longitud de medida. RangoEl comando para la regulacin de la longitud de medicin permite variar la escala depresentacin, y as desplegar en el rea total de la pantalla, el rango de inters . La calibracin selleva a cabo teniendo en cuenta las siguientes condiciones:a) Mtodo de pulso - eco , esto es el recorrido de ida y vuelta de la onda ultrasnica a travs delmaterial.

b) La calibracin es vlida solamente para una velocidad de onda definida, normalmente lavelocidad de la onda longitudinal en acero, esto es 5.920 m/s (ver DIN 54120).

c) La visualizacin a travs del total de la pantalla, esto es entre la lnea izquierda y derecha delreticulado.

2.416. Regulador del punto cero y desplazamientoEl comando de regulador del cero permite un corrimiento hacia la izquierda de lo que se muestraen el total de la pantalla sin cambiar la escala (rango). De esta forma, partes del camino snicoque no interese (por ejemplo el recorrido en el agua entre el palpador y la superficie de la pieza enun ensayo por la tcnica de inmersin, que se refiere en la seccin 3.5) puede ser corrida hacia laizquierda, fuera de la pantalla, y la parte de inters ser mostrada en el total de la pantalla,logrando as un efecto de "lupa de profundidad" (Fig. 54).

1) Eco de emisin2) Eco de la superficie de entrada3) Eco del defecto4) Primer eco de fondo5) a 7) Segundo a cuarto eco de fondo

Fig. 54:Tcnica por inmersin de una pieza. Izq.:indicaciones incluyendo el paso en el agua yecos de fondo. Der.: desarrollo del rango de inters en la pantalla.

2.417. Regulador de la velocidad del sonido

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

47/89



47

Este regulador no cambia, por supuesto, la velocidad del sonido en el material, por ser esta unaconstante natural, pero permite al personal de ensayo adecuar el espesor de la pieza ledo en elregulador de la longitud de medicin o rango, al espesor efectivo del material de diferentevelocidad de sonido. Para una recalibracin, se ajusta previamente el regulador de la longitud demedicin o regulador de rango al espesor de la pieza y con ayuda de los reguladores dedesplazamiento y de velocidad de sonido, se ensancha la distancia entre dos ecos de fondo (elprimero y el segundo , por ejemplo) sobre la pantalla del osciloscopio. Esto no es difcil de realizarya que el regulador de velocidad de sonido tiene los mismos efectos que el de rango.

2.418. Lupa de profundidadLa lupa de profundidad, comnmente encontrada en los viejos equipos, permite ensanchar lo quese observa en pantalla para clarificar los detalles (incrementa la precisin de lectura).comnmente se ensancha dos a cinco veces el valor de la indicacin original. Los mismos efectospueden alcanzarse con el regulador de rango y el de cero, como se muestra en las secciones2.415 y 2.416.

2.419. Control Distancia - AmplitudEn los ensayos ultrasnicos, la amplitud de un eco de una discontinuidad de cierto tamao,decrece cuando el espesor se incrementa, la compensacin para esta "atenuacin" consiste enun control electrnico que se agrega a muchas unidades ultrasnicas.Algunos de los nombres ms comunes de este control son: Correccin de amplitud en distancia(DAC), Ganancia variable (TCG) o Sensibilidad variable (STC).Este control es muy utilizado cuando se lo complementa con un detector de alarma de fallas o conun sistema de registro.

a)

b) c) d)Fig. 55:Correccin DAC : a) probeta con reflectores artificiales de igual tamao. b) altura de los

ecos producidas por los reflectores c) curva DAC y activado el control DAC; d) dem c) pero sin lacurva DAC.

2.42. MonitoresUn monitor es un aditamento auxiliar destinado a automatizar parcial o totalmente un ensayo.Asimismo constituye un auxiliar valioso en los ensayos manuales en serie, eliminando lanecesidad de que el operador observe constantemente la pantalla. As el operador podr atenderal correcto posicionamiento y acople del palpador. El rango de operacin del monitor estpticamente indicado en la pantalla por una pequea deflexin hacia arriba o hacia abajo de lalnea horizontal (Fig. 56). La posicin y el ancho de este, tambin llamado "diafragma", puede serajustado por medio del regulador correspondiente.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

48/89



48

Fig.56:Diafragma del monitor

El monitor responder en cuanto un impulso ocurra dentro de este diafragma. Se distinguendiferentes tipos de monitores segn las distintos modos de respuesta y seales de salidas.

2.421. Monitor de sealesEl monitor de seales, tambin llamado monitor "blanco / negro" o "si/no" ,emite una seal tanpronto como un pulso producido dentro del alcance del diafragma exceda o descienda por debajode un determinado nivel ajustable (umbral del monitor). Esta seal puede ser elctrica, ptica(lmpara de sealizacin), o acstica (bocina o timbre). Cuando hay varios impulsos dentro delalcance del diafragma, el mayor de ellos es el que determina la respuesta del monitor.

2.422. Monitor proporcionalEl monitor proporcional puede entregar una tensin continua cuya magnitud es proporcional alnivel (altura) de la seal que se encuentre dentro del alcance del diafragma. En caso de darsevarios impulsos, el mayor de ellos determina la magnitud de la tensin continua. Normalmente losmonitores proporcionales estn provistos de un instrumento calibrado en porcentaje de la alturatotal de la pantalla del TRC.

Tambin existen monitores digitales de este tipo.2.423. Monitor universal El monitor universal es una combinacin de monitor de seales y monitor proporcional, con dossalidas separadas (salida de seal y salida proporcional).

2.424. Monitor de tiempo de recorridoEste monitor puede entregar una tensin continua proporcional al tiempo de recorrido de la ondaultrasnica, esto es, proporcional a la distancia entre el pulso de referencia (pulso de emisin, ecode la superficie) y el eco observado. En caso de darse varios impulsos dentro del alcance deldiafragma, el de menor tiempo de recorrido ( menor distancia desde el pulso de referencia)determina la magnitud de la tensin continua.

Monitores digitales son comnmente usados para la medicin de espesores de paredes.

2.425 Monitor integradorEste monitor permite el control de mltiples ecos o tambin llamados "ecos montaas". Es similaral ya descrito monitor proporcional pero en ste el voltaje continuo de salida es proporcional alrea de los ecos, esto es, al rea formada por todos los ecos y la lnea horizontal, que seencuentran dentro del alcance del diafragma. De esta forma, el eco de mxima amplitud dentrodel diafragma no ser \1responsable del voltaje de salida.La desaparicin o crecimiento de pequeos ecos junto al eco mximo tiene variacionesconstantes del rea y el monitor mostrar una variacin del valor indicado en oposicin al monitorproporcional. La cantidad de rea integrada puede ser elegida en porcentaje por medio de unregulador y es indicada por un medidor. Esta provisto tambin de una salida adicional que indica

cuando se excede o desciende por debajo del nivel ajustado.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

49/89



49

2.5. SISTEMAS DE REPRESENTACIONHay tres tipos bsicos de representacin de pantallas de TRC para ensayos ultrasnicos:

2.51 Representacin "Tipo A" (o pantalla Tipo A)Es el ms extendido y es el de representacin en un tubo de rayos catdicos (TRC) en el que lasindicaciones aparecen como deflexiones verticales de la base de tiempo, es decir, en la pantallase representa el tiempo en la escala horizontal y la amplitud en la escala vertical.La representacin tipo A, se discrimina de izquierda a derecha.La altura de los ecos pueden ser comparadas con la altura de un eco proveniente de un reflectorde referencia conocido, a fin de tener una referencia del tamao de la indicacin.El mtodo de registro ms sencillo para este tipo de pantalla es el de la fotografa directa deloscilograma. Sin embargo, este mtodo es lento por lo que, en ocasiones , se acoplan al equiposistemas de registro sobre papel que el propio operador puede manejar de manera simple,obteniendo la representacin del oscilograma en tiempo real.

Fig.57: representacin tipo A

2.52 Representacin "Tipo B"La representacin tipo B, usa una pantalla de osciloscopio tpico que muestra una vista de unaseccin transversal del material a ser ensayado. La imagen es retenida sobre el TRC el tiemponecesario para evaluar la pieza y para fotografiar la pantalla, con el objeto de obtener un registro

permanente.

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

50/89



50

Fig.58: representacin tipo B

2.53 Representacin "Tipo C"La pantalla tipo C, representa una vista en planta, similar a una placa radiogrfica. Adems,muestra la forma y localizacin de la discontinuidad, pero no su profundidad.

Los sistemas de alta velocidad de barrido, generalmente utilizan pantallas tipo C, conjuntamentecon graficadores, algunos de ellos con papel tratado qumicamente.El movimiento del papel est sincronizado con el movimiento del transductor a travs de lasuperficie de ensayo.La ventaja de la pantalla tipo C, es su velocidad y su capacidad de producir registrospermanentes. Sin embargo, la pantalla solamente da longitud y ancho, pero no la profundidad dela falla.Este tipo de representacin, junto con el tipo B, prcticamente estn reservados a los ensayosautomticos por inmersin.

Fig.59: Representacin tipo C

8/12/2019 118163035-ultrasonido (1).pdf

51/89



51

Las siguientes imgenes son una representacin tipo C realizada por inmersin de una moneda(de su superficie)

Moneda Imgen ultrasnica

2.6. BLOQUES PATRONES DE CALIBRACION Y DE REFERENCIA

2.61 Bloques de calibracinLos bloques de calibracin en el ensayo por contacto se usan para comprobar el funcionamientodel equipo ultrasnico y del transductor, y para efectuar la regulacin del instrumento a fin de queste se adapte a las condiciones del ensayo. Permite la verificacin de distancias conocidas yrelaciones angulares; verificacin del ngulo y del punto de salida de haz en un palpador angular;

verificacin de la resolucin del palpador, etc.Los bloques de "calibracin", algunas veces son incorrectamente llamados bloques de"referencia" porque contienen discontinuidades artificiales de dimensiones y profundidadesconocidas.La Norma IRAM 723 "BLOQUES PATRON PARA CALIBRACION DE EQUIPOS", define dosbloques de calibracin para equipos de ultrasonido que utilizan las tcnicas por reflexin depulsos. Estos dos bloques (tipo B1 y tipo B 2), que se describen en el Apndice I, tienen comoantecedentes a los propuestos por el International Institute of Welding (Documento V-461-71/OF)y adoptados por la International Organization for Standards (I50/TC 44-Sec 345-44, F). En dichanorma se establecen las caractersticas del material, las dimensiones y tolerancias de fabricacin.La Norma IRAM-CNEA Y 500-1002, fija el procedimiento que debe seguirse para calibrar y ajustarlas condiciones de funcionamiento y sensibilidad de los equipos (incluidos palpador y correctores)

utilizados en el ensayo de materiales por la tcnica de reflexin, de manera que dichascalibraciones y ajustes sean reproducibles y comparables.Se adjuntan dichas normas en el Apndice I

2.62 Bloques normalizados de referencia.En el examen por ultrasonido, todas las indicaciones de discontinuidades (ecos) songeneralmente comparados con bloques normalizados de referencia.El bloque de referencia ideal debe ser un trozo de la misma pieza que vamos a verificar o biendebe estar constituido del mismo material.Algunos bloques se utilizan para la prueba de contacto, otros para el ensayo por inmersin y otrosse utilizan para ambos.Aqu se presentaran algunos de los ms comnmente utilizados. Un bloque tpico es el siguiente:

8/12/2019 118163035-ultras

118163035-ultrasonido (1).pdf

Documents

Transcript of 118163035-ultrasonido (1).pdf