modulo 2 ultrasonidos

8/19/2019 Modulo 2 Ultrasonidos

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FORMACIÓN DEL HAZ ULTRASÓNICO

La producción de energía ultrasónica se basageneralmente en el efecto piezoeléctrico. Estapropiedad la tienen algunos materiales para lafabricación de palpadores como son:

Titanato de bario – Cuarzo – Sulfato de Litio


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EFECTO PIEZOELÉCTRICO (CONT.)

Al aplicar presión mecánica perpendicular menteal eje de las abcisas, se obtendrá variacionessumamente rápidas en el espesor, generándosesedales eléctricas; y si por el contrario se aplican

cargas eléctricas a las caras perpendiculares aleje X del cristal, se producirán variaciones delespesor. Si las cargas eléctricas son alternativas,el cristal vibrará a una frecuencia definida por larelación existente. entre su espesor y la longitud

de onda.


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CRISTALES

La eficiencia de un cristal, se logra

cuando la frecuencia de la excitacióneléctrica o mecánica coincide con lafrecuencia, característica

fundamental del oscilador.


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CUARZO ( SIO2)

Es transparente y muy duro. Posee unatemperatura critica de 576°c que correspondeal punto de curie, lo que lo hace adecuadopara ensayos de altas temperaturas. Tiene

como ventaja su estabilidad térmica yeléctrica, insolubilidad en muchos líquidos,dureza elevada y resistencia al desgaste,homogeneidad excelente y resistencia al

envejecimiento. Limitaciones: modulo piezoeléctrico bajo, loque lo califica como mal emisor. No esadecuado para generación de impulsos cortos


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SULFATIO DE LITIO (SO4LI)

Es el mas sensible a la temperatura, debido asu coeficiente de amortiguación interna, esbastante adecuado para generar impulsoscortos. Su frecuencia fundamental

característica es de 2.36 Mhz, para espesoresde 1 mm, proporciona una amortiguaciónacústica óptima, mejora el poder deresolución; modulo piezoeléctrico medio y

constante, depresión piezoeléctrica elevada loque lo califica como mejor receptor. Limitaciones: debe protegerse de la humedad

a partir de 75°c, se descompone en sulfato yagua


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TITANATO DE BARIO (TIO3B A) Posee módulo de elasticidad elevado, lo que le

califica como el mejor emisor pero a efectos deacoplamiento y amortiguación, es el peor debido asu impedancia acústica elevada. Debido a su

resistencia mecánica baja y a su frecuenciacaracterística fundamental, relativa baja, suempleo esta restringido a frecuencias por debajode 15 Mhz.

Temp critica de 120 – 150 °c


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TRANSDUCTOR ES DESCRITA POR TRES TÉRMINOS 1. SENSIBILIDAD: Es la habilidad para detectar

discontinuidades pequeñas.2. RESOLUCION: Es la habilidad para separar

reflexiones de sonido de dos discontinuidadesmuy cercanas, en profundidad o en tiempo.

3. EFICIENCIA: Efectividad en la conversión deenergía


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Los materiales transductores

son usualmente cortados en

dos formas:

1. Cristales cortados perpendiculares

al eje X proporcionan ONDASLONGITUDINALES.2. Cristales cortados perpendiculares

al eje Y producen ONDASTRANSVERSALES


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EFECTO PIEZOELECTRICO


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El TAMAÑO es un factor que contribuye en elfuncionamiento de un transductor.

1. A MAYOR diámetro del transductor, menordivergencia del haz de sonido para una frecuenciadada.

2. Sin embargo, los pequeños transductores DE ALTA

FRECUENCIA son mejores para detectarDISCONTINUIDADES MUY PEQUEÑAS


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3. Mientras MAYOR es el transductor, MAS ENERGIADE SONIDO es transmitida a la parte bajo prueba.Los transductores grandes de baja frecuencia sonusados frecuentemente para OBTENER MASPENETRACION.

4. Los transductores grandes de un solo cristal songeneralmente limitados A LAS BAJASFRECEUNCIAS, los cristales de alta frecuencia sonsusceptibles a daño debido a que son muy delgados.


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EFECTOMAGNETOESTRICTIVO

Por definición, los materiales magnetoestrictivosdeforman mecánicamente cuando se les aplica voltaje. Los

materiales que exhiben ésta facultad se denominanférroeléctricos.

Al aplicar voltaje las moléculas tienden a alinearse endirección del campo; en este momento se producen un

aumento del espesor.


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GENERACIÓN Y RECEPCIÓN DE ONDAS ULTRASÓNICAS (CONT.):

Efecto Magnetoestrictivo:Materiales:

Níquel y susaleaciones Aceros Ferritas


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CONSTRUCCION DE CRISTALESLa eficiencia máxima de un cristal, se logra cuando

la frecuencia de la excitación eléctrica coincidecon la frecuencia característica del oscilador. Si"T" es el espesor del cristal, y V velocidad acústicadel mismo, la frecuencia fundamental será dadapor;

Independientemente del material de fabricacióndel cristal piezoeléctrico, éste debe ser maquinadoen cuanto a forma y espesor. La forma vienedada por el tipo de palpador, y el espesor por lafrecuencia de trabajo según la siguiente ecuación;


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TÉCNICAS DE INSPECCIÓN PORULTRASONIDO

CONTACTO DIRECTO.(Haz normal, haz angular,haz superficial).

INMERSION. (Inmersión, Columna de agua ytransductor giratorio).


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CONTACTO DIRECTO Haz normal. En la técnica de haz normal, la incidencia del haz

ultrasónico es perpendicular a la superficie límite, ointerfase palpador - superficie de ensayo.


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CONTACTO DIRECTO Técnica de Haz Angular. En la técnica de haz angular, la incidencia del haz, o el

ángulo de incidencia del haz ultrasónico, estádeterminado por el ángulo de refracción del mismo en elmaterial.


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INMERSION Sistema de Inmersión en Tanque.

En el sistema de inmersión en tanque, tanto el objeto aensayar como el palpador están sumergidos en untanque con material acoplante, este puede ser agua conalgún agente humectante,


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INMERSION

Sistema de Chorro de Agua.

Otra forma de ensayo por el método de inmersión es elsistema de chorro de agua, en éste sistema el hazultrasónico se propaga a través de una columna de agua

que fluye constantemente como medio acoplante parahacer el contacto con la superficie del objeto.


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INMERSION

Sistema de Rueda.El sistema de rueda es un tipo de ensayo por

inmersión donde el haz ultrasónico esproyectado a través de agua que seencuentra encerrada por una Rueda de cauchodelgada.


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SISTEMA DE EMISIÓN Y RECEPCIÓN DE LOS U.T. Método de resonancia: Operan por

reflexión. Método de transparencia o de

sombra: Operan por transmisión,reflexión, conducción o proyección deimagen.

Método de impulso eco: Operan por

reflexión.Estos métodos se caracterizan a su vez porla magnitud medida: Frecuencia deresonancia (R); Intensidad acústica (I);

Tiempo de recorrido de los U.T. (T);Intensidad acústica tiem o de recorrido


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RESONANCIA

El sistema de resonancia se basa en que cadaespesor tiene una frecuencia fundamental deresonancia. Cuando se aplica esa frecuencia enforma de haz continuo de sonido a la pieza de

ensayo, se crean ondas estacionarias dentro de lapieza. Estas ondas estacionarias causan unincremento en la amplitud de la señal derecepción.


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TRANSPARENCIA O SOMBRA

En el sistema de ensayo portransparencia, se requiere la utilizaciónde dos palpadores o dos cristales, donde

un cristal actúa solamente como emisor yel otro como receptor, Tanto la emisión,como la recepción pueden ser continuas;así como pueden ser usados, al igual que

en el sistema de pulso-eco, pulsosultrasónicos de corta duración, Lospalpadores deben ser alineados de formatal, que la emisión ultrasónica se

transmita a través del material y sea


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TRANSPARENCIA O SOMBRA


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PULSO - ECO


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PRESENTACION DE LOSRESULTADOS

Existe tres tipos de presentaciónvisual de los resultados queoperan con base en la amplitudy/o el tiempo que tarda un pulsoelectrónico en ser reflejado,mostrando solidez o la calidad

del material y son:SCAN ASCAN BSCAN C


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SCAN A

En este tipo de presentación, la altura delos ecos de indicación o "picos" representala intensidad del haz ultrasónicoreflejado. Igualmente, la línea base detiempo, como su mismo nombre lo indica,proporciona el tiempo que tarda el hazultrasónico en ser reflejado, por lo quepara un valor de velocidad conocido es

posible calibrar la pantalla en términosde distancia o profundidad depenetración. En otras palabras, la líneabase horizontal indica el tiempo o la

distancia de recorrido, mientras que


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SCAN A


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SCAN B

En este tipo de presentación de la señal,se acumulan varias lecturas obtenidas conel barrido scan A en la memoria del

equipo. Luego, estas señales almacenadasen la memoria pueden ser presentadas enla pantalla del equipo o enviadas a unaimpresora. La presentación de la señal

con el barrido tipo B corresponde a unavista de perfil como si en realidad seestuviera seccionando el material en elárea donde se realizó el barrido. Este tipo

de presentación es útil en la evaluación


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SCAN B


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SCAN C

Para este tipo de presentación se emplea unbrazo robotizado que barre un área completa consus coordenadas x,y almacenando la informaciónen la memoria del equipo. Una vez se termina la

captura de datos, se muestra en la pantalla delequipo una imagen en pseudocolores, con laapariencia de una termografía, en donde cadacolor representa un espesor determinado del

objeto inspeccionado.


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SCAN C


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P ALPADORES

Constituyen una de las unidades básicas del equipode ultrasonido y se deben considerar como parteintegrante del mismo, ya que de éstos dependenlas características y cualidades del haz

ultrasónico que se propaga en el material.


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Palpadores (Cont.)


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P ALPADORES DE CONTACTO:Palpadores de Incidencia Normal:

PALPADOR DE CRISTAL ÚNICO EMISOR,RECEPTOR TIPO E+R


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P ALPADORES DE CONTACTO (CONT.):

Palpadores de Incidencia Normal: PALPADOR DE DOBLE CRISTAL UNO EMISOR YOTRO RECEPTOR TIPO E-R


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P ALPADORES DE INMERSIÓN:

Los ensayos por inmersión, ya sea sumergiendo lamuestra en un tanque o mediante el empleo depalpadores de inmersión local, sonparticularmente indicados cuando se precisa

realizar exploraciones de gran volumen yextensión, examinar lotes de gran número demuestras o materiales de formas complejas.


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P ALPADORES DE INMERSIÓN (CONT.):


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DESIGNACIÓN DE P ALPADORES

M: Miniatura M B 4 S – NB: Titanato de bario B 2 S – NS: Suela intercambiable M ω B 80 S N – 4

N: Normal Mω

B 70 S N –

44: Frecuencia en MHzω: Angular80 – 70 : Ángulo de incidencia

BLOQUES PATRONES O DE


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BLOQUES PATRONES O DEREFERENCIA Están constituidos por materiales cuya

naturaleza, dimensiones ydiscontinuidades resultan perfectamenteconocidas.

Los resultados de ensayos obtenidos conultrasonido sólo pueden considerarseaceptables si se tiene la certeza delperfecto funcionamiento del equipo

utilizado. Los equipos utilizados por impulso-eco

deben evaluarse a fin de verificar si lascaracterísticas que definen sus empleos no

han sido afectadas.



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BLOQUES PATRONES O DEREFERENCIA (CONT.) Deben controlarse la linealidad horizontal,límite de escala de la línea de base de tiempo,

linealidad y límite vertical de la pantalla,resolución, sensibilidad y ruido, puerta de

pantalla, exactitud de los controles calibradosde ganancia, etc. Debe efectuarse una calibración

periódicamente y esta tiene por objeto evaluaral sistema electrónico completo, incluyendo al

palpador, instrumentos y accesorios. Bloques de referencia aconsejados por la IIW,

DIN e IRAM, conocidos como patrones VI y V2y escalonado.



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BLOQUES PATRONES O DEREFERENCIA (CONT.)


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BLOQUE DE REFERENCIA V1

Es utilizado para la determinación dedistancias y comprobación del punto yángulo de salida del haz emitido por

palpadores angulares. Se construye en acero St 52 – 3 (SAE

1024) bonificado para obtener unaestructura cristalográfica fina y uniforme.

La superficie donde debe tener lugar lareflexión de la onda transmitida debeestar rectificada para evitar la formaciónde ecos secundarios.


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BLOQUE DE REFERENCIA V1 (CONT.):


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DISTANCIA CON EMPLEO DE PALPADOR NORMAL (CONT.) En todos los casos si la distancia entre ecos de

fondo es constante e igual al espesor medido en elbloque se cumple con el requisito de linealidadhorizontal.

El oscilograma corregido corresponde al espesorde 25 mm del bloque patrón para un rango deensayo de 100 mm.


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DISTANCIA CON EMPLEO DE PALPADOR NORMAL (CONT.)


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DETERMINACIÓN DE PUNTO DE


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DETERMINACIÓN DE PUNTO DE SALIDA DEL RAYO CENTRAL El punto de salida del rayo central generalmente esta

indicado sobre el cuerpo del palpador. Para su control secoloca sobre la ranura fresada de 30 x 0.5 x 4 mm.

En la calibración debe tenerse especial cuidado de no

producir movimientos giratorios del palpador para nodisminuir la altura de los ecos.


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BLOQUE V2

I I W W


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I.I.W.WRESOLUCION


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BLOQUE ALCOA


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BLOQUE ESCALONADO


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BLOQUES API 5L

BLOQUE DE CALIBRACION


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BLOQUE DE CALIBRACION ASME

EJEMPLOS DE ENSAYOS POR


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EJEMPLOS DE ENSAYOS POR IMPULSO - ECO

EJEMPLOS DE ENSAYOS POR IMPULSO


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EJEMPLOS DE ENSAYOS POR IMPULSO – ECO (CONT.)


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ULTRASONIDO


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TIPOLOGIA DE LAS


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TIPOLOGIA DE LASDISCONTINUIDADES


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CILINDRICAS


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ESFERICAS


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VENTAJAS

Elevada sensibilidad de detección (función de lafrecuencia) Poca dependencia de la geometría de la pieza Inspección en grandes espesores de material

hasta del orden de 1 m. Rapidez del examen y resultado inmediato Utilización de aparatos manuales y con poco peso Muy poco gasto de materiales de consumo

(acoples) y energía eléctrica. Bajo costo enequipos y accesorios

Posibilidad de usar el mismo equipo básico endistintos tipos de examen

Ausencia de riesgos para operador y personalcircundante.


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DESVENTAJAS

Se requiere un mayor conocimiento por parte deloperador, entrenamiento y experiencia conrespecto a otros ensayos.

Las superficies a inspeccionar requieren

preparación. Es difícil de medir chapas de espesores muy

finos.


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EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Sistema de Alimentación Sistema de Pantalla Sistema de conexión Sistema de Ganancia Sistema de distancia y profundidad Sistema de alarma


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EQUIPOS ULTRASONICOS

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SCAN A


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SCAN C

PRECISION GAUGE


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PRECISION GAUGEINSTRUMENTS

TM1D TM1-CD

CORROSION GAUGE


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CO O O G GINSTRUMENTS

T Mike B T Mike E T Mike EST Mike EL

MEASUREMENT GAUGE


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INSTRUMENTS

BoltMike SMII

Ultrasonic Flaw Detector

¨L l f d t l l


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¨La clave fundamental en laevaluación de una inspección no

destructiva, NO está en

conocer el tamaño de grieta más

pequeña que se puede detectar;sino más bien,

en conocer el tamaño de

gr ieta más grande que sepuede dejar de detec tar .¨


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GRACIAS

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