métodos n. c. ultrasonidos

8/18/2019 Métodos n. c. Ultrasonidos

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TEMA:

ASIGNATURA:

Ensayos No Destructivos

ALUMNOS:

CARHUAMACA TOLENTINO, Becuer

HINOSTRO!A "ORRAS, Roc#o

NOLASCO TERREROS, $at%ryn

ORI!ANO "OMA, Cin&y

RE'ES DIEGO, "(

SEMESTRE:

)*+ Seestre

)-ACULTAD DE INGENIERIA+

)UNI.ERSIDAD NACIONALDANIEL ALCIDES CARRI/N+

)ESCUELA DE-ORMACI/N

M0TODOS NO CON.ENCIONALES"OR ONDAS ULTRAS/NICAS


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“UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDESCARRIÓN”

I. INTRODUCCI/N

En el presente trabajo daremos a conocer los métodos convencionales y no

convencionales por ondas ultrasónicas, ya sabiendo que las ondas ultrasónicas

son las herramientas de ensayo en el medio acústico, el cual sirve para

encontrar discontinuidades superficiales, subsuperficiales del material a

ensayar.

Las Pruebas Ultrasónicas U! por sus si"las en in"lés# es otra tecnolo"$a de

inspección ampliamente aplicada. Los métodos ultrasónicos son un conjunto

e%tremadamente diverso de técnicas basados en la "eneración y detección de

vibraciones mec&nicas u ondas en objetos de prueba. Los objetos que pueden

ser sometidos a prueba no se limitan a metales o incluso a sólidos.


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M0TODOS NO CON.ENCIONALES"OR ONDAS ULTRAS/NICAS

II. MARCO TEÓRICOII.1. MÉTODOS NO CONVENCIONALES

¿Qué son los métodos convnc!on"ls#

'e considera como los métodos nuevos, aquellos de reciente

introducción o en periodo actual de desarrollo, o aquellos que no tienen una

utili(ación "enerali(ada.

El desarrollo acelerado de estos métodos nuevos ha sido principalmente

por los avances tecnoló"icos en los campos aeroespaciales y nucleares,

en los que se requiere un severo control de calidad.

II.$. ENSA%O &OR ONDAS 'LTRASÓNICASII.$.1. CARACTER(STICAS )ENERALES DE LAS ONDAS

'LTRASÓNICASLas ondas ultrasónicas son ondas mec&nicas en contraste por

ejemplo con los rayos % que son ondas electroma"néticas# que

consisten en vibraciones oscilatorias de part$culas atómicas o

moleculares de una substancia. Las ondas de ultrasonido se

comportan i"ual que las ondas onda de sonido audible. 'e puedenpropa"ar a través de un medio el&stico, ya sea sólido, l$quido o

"aseoso, pero no al vac$o.En varios aspectos, un ha( de ultrasonido es similar a un ha( de

lu(, ambos son ondas y obedecen a la ecuación "eneral de ondas.

)ada onda viaja con caracter$sticas diferentes las cuales dependen

del medio en el que se propa"uen no de las caracter$sticas de la

onda. )omo un ha( de lu(, un ha( de ultrasonido es reflejado de

las superficies, refractado cuando cru(a las fronteras entre dos


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substancias que tienen diferentes caracter$sticas de velocidades y

difractados en los bordes o alrededor de los obst&culos.II.$.$. INS&ECCIÓN )ENERAL &OR ONDAS 'LTRASÓNICAS

La inspección por ultrasonido es un método no destructivo en elcual un ha( o un conjunto de ondas de alta frecuencia son

introducidos en los materiales para la detección de fallas en la

superficie y sub*superficie.Las ondas de sonido viajan a través del material disminuyéndose

paulatinamente y son reflejadas a la interface. El ha( reflejado es

mostrado y anali(ado para definir la presencia y locali(ación de

fallas y discontinuidades.

El "rado de refle%ión depende "randemente en el estado f$sico delos materiales que forman la interface. &o* +m,lo- las ondas de sonido son reflejadas casi totalmente

en las interfaces "as+metal. Por otro lado e%iste una reflectividad

parcial en las interfaces metal+sólido.rietas, laminaciones, poros, socavados y otras discontinuidades

que producen interfaces reflectivas pueden ser detectadas

f&cilmente -nclusiones y otras part$culas e%traas pueden ser

también detectadas causando baja refle%ión.


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La manifestación de estas y otro tipo de fallas es la

-/!E0P0E!1)-2/, "eneralmente en un osciloscopio, lo cual lo

distin"ue de otros métodos, ya que no nos presenta un cuadrodirecto de las fallas, como en el caso de las pel$culas radio"r&ficas.

Esto trae aparejado que los resultados de este ensayo no

constituyan de por si un 32)U4E/!2 256E!-72 sino una

-/82041)-2/ 'U56E!-71, 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.


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II.$.. )ENERACIÓN % DETECCIÓN DE ONDASEn la mayor$a de los casos, las ondas ultrasónicas para las

pruebas no destructivas se "eneran y detectan usando

transductores pie(oeléctricos que requieren un cople para transferir

las ondas ultrasónicas entre el transductor y la muestra. Los

transductores pie(oeléctricos contienen cristales pie(oeléctricos

e."., titinato de bario, circoniato de plomo, titinato de plomo# quecambian de forma r&pidamente con cuando se aplica una corriente

eléctrica. 1dem&s se comportan inversamente "enerando un

campo eléctrico cuando se les aplica estrés y presión de forma

r&pida. Las ondas ultrasónicas para las pruebas no destructivas se

pueden "enerar y detectar también a través de muchos otros

métodos.II.. MÉTODOS &OR ONDAS 'LTRASÓNICAS

Los métodos proporcionados por la tecnolo"$a ultrasónica a menudo se

usan para detectar y medir fallas internas en metales, cer&mica, y

compuestos, pero adem&s pueden usarse para evaluar la inte"ridad

del material de unión interfacial, para medir el espesor y la e%tensión

de la corrosión, y para determinar propiedades f$sicas como la

estructura, tamao del "rano y las constantes el&sticas de varios

materiales.


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• El término ultrasónico se refiere a las ondas de sonido con

frecuencia superiores al l$mite del o$do humano,

apro%imadamente 9: ;


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impulsos de sonido para el ensayo ya que el emisor y el receptor se

encuentran separados entre s$.En este ensayo no se puede determinar la profundidad a la que se

encuentra locali(ado el defecto de la pie(a. Es necesaria una e%acta

alineación entre el emisor y el receptor


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&ROCEDIMIENTO &'LSO4ECO

Este procedimiento utili(a la porción reflejada del sonido para evaluar los

defectos. El cabe(al pie(oeléctrico funciona tanto como emisor como receptor.)omo la ener"$a recibida es mucho m&s débil que a emitida, aqu$ no puede

operarse sobre la base de sonido continuo, se emplean e%clusivamente

impulsos de sonido. Un impulso eléctrico de cort$sima duración "enera una

an&lo"a onda ultrasónica, inmediatamente después, mientras aún se est&

propa"ando la onda el mismo oscilador est& listo para la recepción. La onda

penetra el material hasta que, como resultado de una superficie limite, tiene

lu"ar una refle%ión total o parcial.


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'i la superficie reflectante se encuentra perpendicular a la dirección de

propa"ación de la onda, esta se refleja en su dirección primitiva y, al cabo de

un tiempo lle"a de vuelta al oscilador siendo reconvertida en un impulsoeléctrico. Pero no toda la ener"$a que re"resa es reconvertida, sino que en la

interfa( entre el cabe(al y la superficie de la pie(a tiene lu"ar una nueva

refle%ión, por lo que una parte menor del sonido vuelve a atravesar la pie(a por

se"unda ve( y as$ sucesivamente.

3ebe tenerse en cuenta que no solamente las superficies l$mites "eneran ecos

múltiples sino que también los defectos lo hacen.

Puesto que se puede medir el tiempo de recorrido y se conoce la velocidad del

sonido en el medio ensayado este método permite establecer la distancia que

e%iste entre el cabe(al y las superficies reflectantes, sean estas superficies de

la pie(a o discontinuidades internas. Por eso este método es muy utili(ado, a la


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ve( que solo e%iste una superficie de acoplamiento por lo que resulta mucho

m&s sencillo mantener constante el acoplamiento.

MÉTODO DE RESONANCIA.Este método se basa en la medida de la frecuencia de resonancia por

refle%ión formación de ondas estacionarias# y se emplea

principalmente para medición de espesores en pie(as de superficies

paralelas. 'i en una muestra de superficies paralelas de determinado

espesor >e?, se propa"a un ha( ultrasónico de e%citación continua y de

amplio espectro de frecuencias, las correspondientes oscilaciones

cuya semilon"itud de onda sea un submúltiplo del espesor de lamuestra, se refor(ar&n al superponerse en fase, debilit&ndose las

restantes, dando lu"ar a un fenómeno de resonancia, es decir, a la

formación de ondas estacionarias. En consecuencia, las oscilaciones

caracter$sticas se podr&n definir por el número de semilon"itudes de

onda contenidas en el espesor de la pie(a@ por ejemplo, la oscilación

caracter$stica fundamental o primera, como la correspondiente a una

semilon"itud de onda por espesor parte a de la si"uiente fi"ura# y laoscilación caracter$stica de orden n, como la correspondiente a n

semilon"itudes de onda por ejemplo, de orden 9 y A, si"uiente fi"ura

b y c respectivamente#.


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II.5. TI&OS DE MÉTODOS NO CONVENCIONALES)omo ya estaba mencionado al inicio de este informe los métodos no

convencionales pasan hacer los métodos nuevos de inspección.II.5.1. MÉTODO DE EMISIÓN AC6STICA

Es un método de Ensayo /o destructivo, empleado para evaluar el

estado de inte"ridad de recipientes atmosféricos y sometidos a

presión, tales comoB• !anques para as o L$quidos.• Pisos de !anques de almacenamiento de


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En ra(ón de que sólo los defectos y el deterioro activo producen Emisión

1cústica, no se pierde tiempo en la evaluación de los defectos inactivos ya que

los mismos no amena(an la inte"ridad estructural del elemento ensayado.

A d!7*nc!" d ot*os ns"8os-

• 4onitorea inte"ralmente y de una ve( todo el elemento o equipo y lo

adherido a él. /o es necesario desafectar de producción dicho elemento.

Por ello ...• /o se produce el temido e inconmensurable Clucro cesanteC.

'u empleo lleva a una reducción importante en los costos de

mantenimiento a la ve( que multiplica la información disponible sobre la

inte"ridad del elemento o equipo en la Planta y minimi(a el tiempo

muerto de inspección.

L" EA st"9lc l" u9!c"c!:n !m,o*t"nc!" d l" 7"ll" "ct!v" n c"d"

c"so; ,*o l" *"l d!mns!:n d l" m!sm" s*< dt*m!n"d";

com,lmnt"*!"mnt; md!"nt l uso d ot*"s técn!c"s No

Dst*uct!v"s t"ls como-

'lt*"son!do; R"d!o=*"7>"; &"*t>cul"s M"=nét!c"s; V!dos co,!"; tc.• 'olo toma unas horas. /in"ún otro método comparable puede

proporcionar una inspección Cvolumétrica totalC.• 1 diferencia de la Prueba


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cilindros son recalificados, cada dos aos, durante su llenado y en

pocos se"undos, detect&ndose la emisión acústica "enerada por

fisuras y+o corrosión.

TANQ'ES &ARA @ERROCARRILES %O SO0RE CAMIONESLa 1sociación /orteamericana de 8errocarriles y la 3.2.!.

requieren que todos estos tanques sean sometidos a pruebas.La E1 no solamente cubre los recipientes sino también las &reas

de alto esfuer(o de los chasis que los portan.

REACTORES CON REVESTIMIENTO RE@RACTARIOEstos equipos presentan un reto especial para la re*calificación ya

que quitar el revestimiento implica un procedimiento costoso e

incluso puede provocar problemas posteriores de confiabilidad.Los ensayos de Emisión 1cústica para estos recipientes se

reali(an en l$nea o durante ensayos neum&ticos.

&ISOS DE TANQ'ES A.&.I.; ES@ERAS DE )AS % CABER(AS-nnumerables tanques han sido sometidos a este ensayo

permitiendoB evitar el costo que implica sacarlos de servicio para

ensayo@ evitar limpiar para inspeccionar tanques que se

encuentren en buen estado y hacerlo sobre aquellos que realmente

no lo est&n y desarrollen fu"as antes que les corresponda la

inspección. 1si"nar prioridades de mantenimiento proporciona

beneficios económicos y ambientales de "ran importancia.

El ensayo de E1 ayuda a cumplir los requisitos de la /orma 1.P.-.

GA y requiere de sólo pocas horas por tanque.

II.5.$. METODO 'LTRASÓNICO TO@D2Técn!c" ult*"s:n!c" dl

@n:mno d D!7*"cc!:n31. El @n:mno d D!7*"cc!:n

La difracción es un fenómeno caracter$stico de las ondas, éste se

basa en el curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran

un obst&culo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en

todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie


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de un fluido y ondas electroma"néticas como la lu( y las ondas de

radio.

En todas direcciones de baja ener"$a pendientes del Hn"ulo de incidencia.

". El &*!nc!,!o d

u8=n-

La onda entrante hace vibrar al defecto

)ada punto del defecto "enera nuevas ondas esféricas elementales.

9. Rsumn d D!7*"cc!:n• 2nda incidenteonda reflejada.• 2nda incidente ondas difractadas emitidas por los l$mites del

defecto.• 2ndas cil$ndricas + esféricas emitidas en todas direcciones.• 1mplitud t$pica de 9: a A: d5 por debajo de la refle%ión directa.

C. 'so convnc!on"l d l" D!7*"cc!:n


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4étodo de difracción de e%tremos técnica de observación satélite I pulso#.

$. &*!nc!,!os 9,!co.

*3os transductores transmisor, receptor#.*


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S"ls d 0"**!do A

D!7*nc!" d @"s

&*o7und!d"d dl D7cto

5asado enB

• 4edición e%acta del tiempo de viaje.• Ecuaciones tri"onométricas simples.

0eali(ado por computadora.

t J !iempo.

d J Profundidad.

s J 3istancia del centro de la soldadura al punto $ndice del transductor.c J 7elocidad del sonido.


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• Profundidad del 3efecto• 1ltura del 3efecto• 3efecto t$pico, 3iscontinuidad en la cara superior • 3efecto t$pico, 3iscontinuidad en la cara inferior

3efecto t$pico, 3iscontinuidad plana hori(ontal 8alta de fusión,

Laminaciones. Im,lmnt"c!:n &*


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T!,o d Ond"• Ond"s lon=!tud!n"lsB 2ndas m&s r&pidas, f&cil interpretación, no

hay confusión con ondas de conversión de modo 2ndas de corte#.* 'eales difractadas m&s fuertes.

n=ulo-4 0elación entre el &n"ulo y la amplitud de la seal difractada

"enerada, precisión en la determinación de la altura de defectos.4 En la mayor$a de los casosB G:K es una buena elección.

Rsoluc!:n d l" v"*!"9l t!m,o* 4ediciones basadas en tiempo, pulsos ultrasónicos cortos

importancia del equipo ultrasónicoB par&metros de e%citación de los

transductores#, frecuencias m&s altas que en la técnica pulso*eco

tradicional9. CONSIDERACIONES DE LOS SENSORES CARACTER(STICAS

DEL AF


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* /o es afectada por la orientación del defecto.* -nsensible a la amplitud, acoplamiento acústico poco cr$tico.

. Dsvnt"+"s 8 l!m!t"c!ons d l" técn!c" TO@D

* MNonas muertasO.* 1l visuali(ar todo el barrido, dificulta el an&lisis.* El efecto de la posición lateral de la discontinuidad en el barrido

lon"itudinal.* La profundidad del defecto es e%acta solo cuando los transductores

son posicionados simétricamente en relación* al defecto. La posición lateral de la discontinuidad es desconocida.* 7ariación del espesor del acoplante.

Nonas 4uertas QQ

2nda Lateral Lineal QQ

II.5.. MÉTODOS DE ENSA%OS DE INTE)RIDAD DE

CIMENTACIONES". MÉTODOS INDIRECTOS


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ENSA%O DE TRANS&ARENCIA SÓNICA 2SONDAS DE

'LTRASONIDOS3

3ia"raf$a en la que se observa una anomal$a y su visuali(ación A3.

La transparencia sónica en cimentaciones profundas o sondeo sónico es

un ensayo de inte"ridad por ultrasonidos para cimentaciones profundas

y elementos de contención pilotes y módulos pantalla principalmente#

de hormi"ón armado. Es el método m&s preciso que e%iste para ladetección de anomal$as.

'e basa en la detección de variaciones en la velocidad de propa"ación

de una onda de compresión que atraviesa un medio por diferentes

(onas. 1 distancias constantes, un aumento en el tiempo de

propa"ación corresponde a un empobrecimiento de sus propiedades

mec&nicas. El ensayo necesita una instrumentación y preparación

previa, consistente en la instalación de tubos de acero solidarios a la

armadura que se llenar&n de a"ua antes del ensayo.

'e reali(a con un equipo port&til, que incluye un auscultador, un

dispositivo de control de profundidad y dos sondas, emisora y

receptora. 'e introducen las mismas por los tubos, llenos de a"ua, y se

va re"istrando la seal recibida a medida que suben. Los datos se

almacenan di"italmente para su posterior tratamiento.


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Para cada par de tubos se obtiene una radio"raf$a, que representa la

propa"ación de la seal en función de la profundidad. 'e puede recurrir

a las visuali(aciones A3, que permiten anali(ar con "ran precisión losre"istros obtenidos. En los equipos m&s avan(ados se alcan(a una

resolución vertical de un cent$metro.

La reali(ación de este ensayo no destructivo por personal altamente

especiali(ado "aranti(a su calidad y permite emitir in situ un avance de

resultados con una primera valoración del estado del elemento

auscultado.

ENSA%O DE IM&EDANCIA MECNICA 2MARTILLO CON

SENSOR DE @'ERFA3

Ensayo de impedancia mec&nica en un pilote.

)urva de movilidad de un pilote.

3etecta posibles anomal$as mediante el an&lisis de la respuesta vibratoria del

elemento ante un pequeo impacto con un martillo instrumentado. Es un


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método m&s completo que la simple detección de un eco. La impedancia

mec&nica es la relación entre la fuer(a aplicada y la velocidad re"istrada en

cabe(a. El método se basa en la analo"$a con la impedancia eléctrica 8uer(ay !ensión# y 7elocidad e -ntensidad#.

/o requiere nin"una instrumentación previa pero s$ una pequea preparación

de la cabe(a del elemento. 'e reali(a con un equipo port&til, que incluye un

auscultador, un martillo instrumentado que mide la fuer(a del impacto y

un "eófono que mide la respuesta en velocidad. El "eófono se acopla

correctamente mediante un compuesto viscoso sobre la cabe(a del elemento,

y se "olpea en su centro. 'e almacenan di"italmente ambas seales para su

posterior tratamiento.

'e obtiene una curva de movilidad que permite calcular los si"uientes

par&metrosB

• Lon=!tud entre la cabe(a y el reflector# que corresponde a la

profundidad del elemento ó a una anomal$a,

• R!=!dG que permite cuantificar la interacción elemento+suelo,

• Adm!t"nc!" que caracteri(a la sección y las propiedades mec&nicas del

material.

El an&lisis conjunto de estos tres par&metros reales y su comparación con la

respuesta teórica proporciona un dia"nóstico preciso sobre la inte"ridad del

elemento.

La reali(ación de este ensayo no destructivo por personal altamente

especiali(ado "aranti(a su calidad y permite emitir in situ un avance de

resultados con una primera valoración del estado del elemento auscultado.

9. OTROS MÉTODOS INDIRECTOS

ENSA%O DE S(SMICA &ARALELA'e emplea para reconocer cimentaciones "eneralmente anti"uas. 'e

"olpea con un martillo un punto accesible y solidario del elemento. 'e


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anali(a la seal reco"ida por un hidrófono que se despla(a por un

sondeo entubado junto al elemento.

Ens"8o s:n!co Hs!n=l4olJ

'imilar al ensayo de transparencia sónica, aunque ambas sondas se

introducen por el mismo tubo. 'u uso es limitado y aporta menos

información que el ensayo de transparencia sónica.

Ens"8os léct*!cos'irven para e%aminar el recubrimiento de la armadura de un elemento.

Para ello se anali(an los cambios en la resistividad del conjunto

elemento*terreno.

Ens"8os nucl"*s

'irven para detectar anomal$as en la forma y propiedades internas delelemento mediante la detección de cambios en su respuesta ante la

radiación. Para ello se introducen dos sondas nucleares por unos

tubos, de manera similar a los ensayos de transparencia sónica y

>sin"le*hole?.

III. CONCL'CIÓN

El término onda ultrasónico se refiere, en "eneral, a oscilaciones mec&nicas,

cuyas frecuencias est&n por encima del nivel audible. El l$mite entre el sonido

audible y el sonido ultrasónico se da normalmente a la frecuencia de 9: ;


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ultrasónica que se mueve en el interior de un material a verificar se mover&

siempre dentro de este, ya que no puede abandonar la pie(a al reflejarse en la

interface formada por la pie(a y el aire que la rodea.

IV. RECOMENDACIONES

• El trabajo debe ser supervisado para verificar que el ensayo se

desarrolle bajo un procedimiento escrito y firmado por un in"eniero.


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• El personal destinado a reali(ar los ensayos debe poseer una amplia

e%periencia y calificación en el manejo de la técnica y los equipos a usar

en el ensayo

• Los equipos y accesorios deben ser los adecuados para la inspección.

V. 0I0LIO)RA@(A


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• http://!"#t$#!%&'/E#()*t+%"R$,%(&)$,/C%--("+t.C%$'$/U

t&*,%"+),/))(t+"#$!ht-• 1E/20 9:::# U/E*E/ =AG. Ejecución de trabajos especiales en

geotécnia. Pilotes perforados.• !%',*!)%-• httpB++SSS.ndted.or"+Education0esources+)ommunity)olle"e+Ultr

asonics+ccTutTinde%.htm• Ultrasonic /on 3estructive !estin" * 1dvanced )oncepts and

1pplications /ational• -nstruments#. !uroria#.• 1utomatic -nspection of elded Pipes Sith Ultrasound. !urorial#.• Ultrasonic 0eference 5loc;s. )at&lo"o de productos#

•

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