ULTRASONIDO
Ventajas
ENSAYO DE ULTRASONIDO
-Elevada sensibilidad ( λ/ 2)
y mayor exactitud en la dterminacion
de la posicion de disc internas,tamano,
orientacion forma y profundidad
-Poca dependencia de la geometría,
bastando el acceso a una sola cara.
-Alto poder de penetracion, posibilidad
de inspeccionar grandes espesores
(metros de metal).
-Buena resolucion.
-Gran velocidad de ensayo y resultado
inmediato.
-Interpretacion rapida, automatizacion
en la insopeccion y del proceso d e
fabricacion.
-Aparatos manuales y poco peso.
-Ausencia de riesgos para el operador y
personal alrededor
Desventajas
-Naturaleza del material (impedancia acústica)
-Tipo de estructura interna (tamaño de grano, fases).
-Condición de la superficie.
-Mayor conocimiento y entrenamiento del personal.
-La inspeccion manual requiere mucha atencion y
concentracion
-Requiere d eun patron de referencia para calibrar
como para caracterizar la discontinuidad
-Falta de un documento objetivo de su ejecución.
(hoy en dia se puede regisar a traves de una
computadora
-Interpretación relativa
-alto costo del equipo y accesorios.
ULTRASONIDO
BREVE HISTORIA
PRIMER USO IMPORTRANTE POR LANGEVIN DURANTE LA PRIMERA
GUERRA MUNDIAL (1914-1918) PARA DETECTAR SUBMARINOS
PIERCE’S EMPLEA UN INTERFEROMETRO ULTRASONICO QUE OPERABA
CON CUARZO EN 1925.
LOS TRABAJOS DE SOKOLOV DESARROLLADOS EN LA DETECCION DE
DEECTOS EN METALES, 1929.
EN 1931 MULHAUSER PATENTO UN METODO DE PRUEBA ULTRASONICO, Y
CUATRO ANOS DEPUES SOKOLOV PUBLICABA RESULTADOS AL
DESARROLLAR UN INSTRUMENTO PRACTICO, ALGO LIMITADO. ESTE
EQUIPO APARECIO AL MERCADO DESPUES DE LA SEGUNDA GUERRA
SIENDO PRODUCIDO EN MASA POR MESSR ACEC CHARLEOI, BELGICA CON
EL NOMBRE ULTRASONEL.
AL MISMO TIEMPO FIRESTONE, AMERICA Y SPROULE, UK, INTRODUJERON
DETECTORES DE FALLA PULSO-ECO, CON MAYOR VERSATILIDAD.
PRINCIPIO FISICO DEL
METODO
ULTRASONICO
Se basa en la ....
PROPAGACION
VIBRACION
VIBRACION
REFLEXION
MECANICA
MECANICA
REFRACCION
..de una...
0,2 - 25
MHz
ONDAS
ULTRASONICAS
* son ondas mecánicas de alta frecuencia (0,2 -25 MHz)...
*Todo material (sólido: metal, polímero,cerámico,
compuesto; líquido) con propiedades elásticas, capaces
de retraer las partículas a su posición de reposo, pueden
ser sede de la propagación de ondas sónicas y de U.S.
* En los metales, que poseen una estructura cristalina las
partículas elementales pueden ser perturbadas de modo
que describan oscilaciones con trayectorias diversas..
ESPECTRO ACUSTICO
PRESION
SONICA
10 3
Audición
normal
10 -3
1
10
100
1KHz
10KHz
FRECUENCIA
PROPAGACION
D
t (µs)
el U.S. viaja en linea recta con velocidad constante (Vs)
en un determinado medio...
D = Vs x t
Vacero: 5 900m/s
medición de velocidad (caracterización de material), calibración (pantalla) con espesor conocido,
determinación de la profundidad de discontinuidad ó espesor de material.
REFLEXION
t
Z2
Z1
t
*cuando el U.S. encuentra una interfase
entre dos medios distintos, se refleja...
*El requisito principal es, que los medios
tengan diferente impedancia acústica...
REFLEXION
Z1 = Z2
t
* de esta interfase es deseable pero no siempre se ubica
a 90 grados de la dirección del haz o que su ingreso
sea a 0 grados...
* “felizmente” las fisuras, poros e inclusiones tienen
forma irregular....
REFRACCION
OVLi
OVTr
...el cambio de medio , origina un modo
de conversión en las ondas de U.S.
ONDAS ULTRASONICAS
Todo material con propiedades elásticas puede ser sede de ondas sónicas y
ultrasónicas.
Estas aparecen al aplicar perturbaciones a las partículas elementales.
Las fuerzas elásticas las traerían a sus posiciones de equilibrio.
Estas perturbaciones se trasmiten con dirección y velocidad constante.
Cuando el material es un metal (posee estructura cristalina) las partículas
pueden ser perturbadas describiendo trayectorias diversas, originando:
1. ONDAS LONGITUDINALES
2. ONDAS TRANSVERSALES
3. ONDAS SUPERFICIALES
4. ONDAS LAMB
ONDAS LONGITUDINAL
ES LA MAS SIMPLE Y FACIL DE SER PRODUCIDA.
En los líquidos y gases es posible la propagación de este tipo
de ondas mecánicas.
Dirección de propagación
Dirección de vibración
Dirección de oscilación paralela a la de propagación
DIRECCION DE
PROPAGACION
DIRECCION DE
MOVIMIENTO DE LA
PARTICULA
ONDA LONGITUDINAL
PARTICULAS EN POSICION DE
REPOSO
ONDA
LONGITUDINAL
...usada para la detección de laminaciones, discontinuidades y
medición de espesores
ONDAS TRANSVERSAL
Se verifican cuando la onda ultrasónica penetra el material
con un cierto ángulo respecto a la superficie.
Solo se propaga en materiales sólidos.
Dirección de vibración
Dirección de propagación
Dirección de oscilación perpendicular a la de propagación
uso: Inspección de soldaduras
PARTICULAS EN POSICION DE
REPOSO
DIRECCION DE
PROPAGACION
DIRECCION DE
MOVIMIENTO DE LA
PARTICULA
ONDA DE CORTE
ONDA
TRANSVERSAL
PLEXIGLAS
...usada para la detección de discontinuidades no abiertas a la
superficie o en la superficie opuesta.
ONDAS SUPERFICIALES
Igual que las transversales, pero en este caso se propaga
exclusivamente por la superficie del material .
Se generan cuando se alcanza el 2do ángulo critico de
refracción.
Dirección de propagación
Dirección de vibración
Profundidad de penetración es igual a λ .
uso: Detec. de discontinuidades superficiales
ONDA
SUPERFICIAL
usada para la detección de discontinuidades dentro de la profundidad
efectiva de la superficie accesible
ONDAS LAMB
Se obtienen en laminas e hilos delgados. La
totalidad del material vibra en su conjunto con el
US. Para un espesor dado existen infinitos modos
de vibración.
Los dos fundamentales son
a) O. Simétricas de Compresión
b) O. Asimétricas de flexión.
Profundidad de penetración es igual a λ .
uso: Detec. de discontinuidades superficiales
VELOCIDAD DE PROPAGACION
V = f (E, ρ)
VL =
E/ ρ (1-σ )/ (1+ σ)(1-2 σ )
E : Modulo de elasticidad
ρ :Densidad
σ :Relación Poison
VL: velocidad de propagación
VELOCIDAD DE PROPAGACION
V = f(E, ρ ,σ)
>T <E
<V
VT = E/ ρ . 1 / 2(1 + σ )
VT / VL = ( 1-2 σ) / 2(1- σ )
ACERO
σ : O,28
ALUMINIO σ: O,34
ACERO VT/VL :
ALUMINIO VT/VL :
VS / VT : 0,87 + 1.12 σ / (1 - σ )
ACERO
VS / VT :O,92
ALUMINIO VS / VT: O,93
COMPORTAMIENTO DEL SONIDO
EN LOS MATERIALES
Z=ρ.V
IMPEDANCIA ACUSTICA
ρ = densidad
V = velocidad de propag
1
Z1
2
Z2
TRANSMISION (T)
REFLEXION (R)
R y T = f ( Z1 Y Z2)
COEFICIENTE DE REFLEXION Y TRANSMISION
R = Z2 - Z1
Z 2 + Z1
Zaire = 0
Z agua = 1,48
T = 2Z2
Z 2 + Z1
Z acero = 45,7
Z antifriccion = 24,62
Velocidad de Propagación del U.S. e Impedancia
Acústica de algunos Materiales
M A T E R IA L
V E L O C ID A D D E P R O P A G A C I O N ( m / s )
Im p e d a n c ia
A c u s tic a
( 1 0 -6 g / c m 2 . s )
L o n g itu d in a l
T ra n s v e rs a l
S u p e rfic ia l
A c e ro
5 925
3 255
2 790
4 ,7 6
A lu m in io
6 250
3 100
2 790
1 ,6 5
F u n d ic ió n
4 000
2 200
2 300
3 ,3 6
N iq u e l
5 480
2 990
2 700
4 ,8 5
B ro n c e
4 450
2 120
1 950
3 ,6 5
C o b re
4 660
2 200
1 930
4 ,2 5
Z in c
4 170
2 480
2 230
2 ,9 6
P le x ig la s
2 740
1 120
----
3 ,2
V id rio
5 660
3 420
3 060
1 ,4
Agua a 20 C
1 320
----
----
1 ,4 8
A c e ite
1 250
----
----
1 ,1 6
IMPEDANCIA ACUSTICA
Pi
Pt
Pr
Pr / Pi = R
Pt / Pi = T
INTERFASE
Ii = I r + It
Pi + P r = Pt
IMPEDANCIA ACUSTICA
... más que el concepto, interesa el desequilibrio de impedancias...
SISTEMA ACERO - AIRE
(medición de espesores)
t
R=100%
T=0%
IMPEDANCIA ACUSTICA
SISTEMA BABBIT - ACERO
(medición de adherencia)
a
R=30%
t
T = 70 %
a
t
IMPEDANCIA ACUSTICA
SISTEMA ACERO - AGUA
SISTEMA AGUA-ACERO
(medición de espesores)
(inspección por inmersión)
R=93,5 %
T = 6,5 %
R = 93,5%
T=193,5 %
IMPEDANCIA ACUSTICA
SISTEMA
ACERO - AGUA
2
onda
reflejada
onda
incidente
1
-1
Presión Sónica
onda
transmitida
IMPEDANCIA ACUSTICA
SISTEMA
AGUA - ACERO
2
onda
incidente
onda
reflejada
1
-1
Presión Sónica
onda
transmitida
MODOS DE CONVERSION
CONVERSION
Fenómeno por el cual las ondas cambian de condición , por
ejemplo de longitudinal a transversal...
REFLEXION EN UNA
INTERFACE
REFRACCION EN UN
SEGUNDO MEDIO
REFLEXION EN UNA
INTERFACE
...en planchas delgadas, usando ondas de corte, se prefieren
trabajar con OL en angulo...
...en barras largas, usando ondas de compresión...
OT
CONVERSION
OL
OL
OL
OL
OT
. CASO CRITICO EN INSPECCION
ANGULAR DE 60 GRADOS
O NORMAL (OL) CON DEFECTOS A
61 GRADO APROX.
OT
OT
60
OL
PRESION
100
T
REFLEJADA
80
L
REFLEJADA
60
40
20
T
L
20
40
60
70
ANGULO DE INCIDENCIA
REFRACCION EN UN
SEGUNDO MEDIO
similar a la refracción de la luz...
MEDIO 1
01
...cuando un haz incide
en una interfase en un
ángulo distinto a cero se
produce refracción de
dicho haz en el segundo
medio...
Z1
MEDIO 2
Z2
02
Z1
Z2
V1 < V2
Z1
Z1
Z2
V1 > V2
Z2
V1 = V2
Z = densidad x velocidad
Z1 < Z2
Z1 > Z2
Z1 = Z2
EN REFRACCION
V1
LEY DE SNELL
01
01
Haz Incidente
03
Sen 01 = Sen 03
V1
VT2
04
VL2
VT2
Haces refractados
EN REFRACCION
RT
0’1
01
01
01 < 0 critico
0’2
Sen 01 = Sen 0’1 = Sen 02 = Sen 0’2
V1 L
VRT2
VTL2
V TT2
RL
Medio 1
Medio 2
02
TT
TL
Haces refractados
ANGULO DE TRANSMISION
90
OL
OT
OL
OT
13
20 27
27
58
60
30
ANGULO DE INCIDENCIA
PLEXIGLAS-Al
ANGULO DE INCIDENCIA
PLEXIGLAS-ACERO
1er ANGULO CRITICO
01
VL2
VT2
..valor del ángulo de incidencia 01 para el cual el ángulo de refracción
de las ondas longitudinales en el Medio 2 se hace 90 grados
..cuando el ángulo de incidencia es igual ( o mayor) al 1er ángulo
crítico , en el segundo medio dejan de propagarse las ondas
longitudinales refractadas, quedando solo las transversales...
2do ANGULO CRITICO
01
VL2
VT2
..valor del ángulo de incidencia 01 para el cual el ángulo de refracción
de las ondas transversales se hace 90 grados ...
..este es el origen de las ondas superficiales...
EJEMPLOS:
Sen 01 = Sen 02
1er ANGULO
CRITICO
V1
=
Sen 0’2
VL2
VT2
Sen 01 = V I . Sen 90
VL2
PLEXIGLAS
01
ACERO
01 = 27.46 GRADOS
ANGULO DE LA ONDA
TRANSVERSAL EN EL
MEDIO 2
0’2 =
33,3 grados
agua-acero ?????
EJEMPLOS:
Sen 01 = Sen 02
2do ANGULO
CRITICO
V1
VL2
=
Sen 0’2
VT2
Sen 01 = V 1 Sen 90
01VT2
PLEXIGLAS
01
ACERO
01 = 58 GRADOS
agua-acero ?????
en transductores angulares normales: sólo se propagan ondas transversales en el
segundo medio...
OT
Que sucedería si el ángulo de incidencia sería
menor que el primer ángulo crítico ?
en transductores angulares de onda longitudinal: se propagan ondas
longitudinales y transversales en el segundo medio
OT
se utilizan en
la inspección
de ejes muy
largos
(locomotoras)
OL
Que sucedería si el ángulo de incidencia sería
mayor que el segundo ángulo crítico ?
FORMACION DEL HAZ
ULTRASONICO
Z
EFECTO PIEZOELECTRICO
REVERSIBLE
X
Y
corte X= Ondas Longitudinales
+
-
FORMACION DEL HAZ
ULTRASONICO
Z
EFECTO PIEZOELECTRICO
REVERSIBLE
X
Y
corte Y= ondas Transversales
+
-
CRISTALES
PIEZOELECTRICOS
NATURALES
+
*Cuarzo
*Turmalina
*Sulfato de litio
-
CERAMICOS
SINTERIZADOS
POLARIZADOS
(Ferroeléctricos)
*Titanato de Bario
*Matanobiato de Plomo
*Zirconato de Plomo
CUARZO
SULFATO
DE LITIO
TITANATO
DE BARIO
…mal emisor, Rx a la Temperatura,
al envejecimiento y al desgaste...
…mejor receptor que el cuarzo,buen
poder de resolución , uso a T°< 75ºC...
…es el mejor emisor, mal acoplamiento y
amortiguación por su alta impedancia y
trabaja a frecuencias < 15 MHz...
METANOBIATO
DE PLOMO
MB2O6Pb
…buen emisor, Rx a la temperatura
y se usa a frecuencia altas…
…El cristal esta hecho de un espesor de la mitad de la
longitud de onda…
Por ejemplo: La velocidad del sonido del Titanato
Zirconato de Plomo es 4000 m/s, ½ λ para un cristal de
1 MHz se deriva de la formula:
t=λ/2
Donde λ = longitud de onda en mm
C= velocidad en km/s
F= frecuencia en MHz
…en este caso t= 2 mm
Para 2 MHz, t= 1mm, Para 5 MHz, t= 0,5 mm
Mas fino el cristal, mayor la frecuencia
Mas fino el cristal, mayor la frecuencia
- P.R.F. = Frecuencia de repeticion de pulso
-Forma de pulso electrico =
-Pico (spike)
-Cuadrado (square)
Altas frecuencias
Bajas frecuencias
…ancho de banda…
Línea Spectrum
STAVELEY
Kraütkramer
HAZ SONICO
CAMPO CERCANO
CAMPO LEJANO
ZONA MUERTA
Presión
Distancia
HOLOGRAMA DEL HAZ
SONICO
ZONA MUERTA
...CUALQUIER RESPUESTA DE UN REFLECTOR NO
PUEDER SER LEIDA O DISCRIMINADA YA QUE SE
CONFUNDE CON EL PULSO INICIAL (eléctrico +
sónico).
...APROXIMADAMENTE, ES DE UN LARGO DE
PULSO...
CAMPO CERCANO
...ZONA CERCANA AL CRISTAL DONDE HAY
GRANDES VARIACIONES DE PRESION...
Lo = D2
= D2 ν
4λ
4V
Lo
CAMPO
CERCANO
DEFINEN
O
CARACTERIZAN
A UN
ANGULO DE
DIVERGENCIA
TRANSDUCTOR
CAMPO LEJANO
...ZONA DE PERFIL REGULAR Y SUAVE...
MAXIMA PRESION EN EL CENTRO Y DISMINUYE
CON SU DIVERGENCIA..
ANGULO DE SEMIDIVERGENCIA
100%
50 %
0%
Sen 0 = 1,22 V
Sen 0 = 1,08 V
Sen 0 = 0,56 V
Df
Df
Df
Divergencia de
0%
Divergencia de
50%
Divergencia de
90%
TRANSDUCTOR NORMAL
CARCAZA
TUBO DE
CARBON
BOBINA
AMORTIGUADOR
CRISTAL
PROTECTOR
Transductores
de Haz Normal
SONOGRAMA
HAZ NORMAL
ONDAS
LONGITUDINALES
CARCAZA
TUBO DE
CARBON
TRANSDUCTOR
DUAL
BOBINA
AMORTIGUADOR
CRISTAL
PLASTICO
SONOGRAMA
TRANSDUCTORES
DUALES
TRANSDUCTOR NORMAL
BOBINA
TUBO DE
CARBON
CARCAZA
CRISTAL
AMORTIGUADOR
CUÑA
SONOGRAMA
TRANSDUCTORES
ANGULARES
TRANSDUCTORES
DE APLICACIONES
ESPECIALES
TRANSDUCTORES
FOCALIZADOS
TRANSDUCTORES
FOCALIZADOS
DELAY
TRANSDUCER
TRANSDUCTORES
DE CRISTALES
MULTIPLES
Presentación de Resultados
S
c
a
n
A
Cantidad de energia sonica
colectada por el transductor
Distancia recorrida por el sonido
Presentación de Resultados
S
c
a
n
C
S
c
a
n
S
c
a
n
A
B
La Técnica Pulso-Eco
ATENUACION DEL SONIDO
ABSORCION
DIVERGENCIA
DISPERSION
Ix = Io e-Kx
ABSORCION
LOS LIQUIDOS PRESENTAN EL MENOR
COEFICIENTE DE ABSORCION AUMENTANDO EN
EL ALUMINIO, ACERO, LATON Y BRONCE
LA UTILIZACION DE UNA BAJA FRECUENCIA
(MAYOR LONGITUD DE ONDA) IMPLICA UNA
MENOR ABSORCION DEL HAZ ULTRASONICO
PERO SE DISMINUYE LA SENSIBILIDAD DE
DETECCION.
Ix = Io e-Kx
DISPERSION
EN ALGUNOS MATERIALES QUE PRESENTAN UNA
MICROESTRUCTURA GRUESA, SEGREGACIONES O
PRESENTA FASES SEPARADAS , COMO LAS FUNDICIONES
GRISES, LATONES , Y OTRAS ALEACIONES SE PRESENTRA
EL FENOMENO DE LA DISPERSION
ESTO PRODUCE UNA PERDIDA NOTABLE DE LA ENERGIA
SONICA YA QUE GRAN PARTE ES REFLEJADA POR LOS
LIMITES DE GRANO O INTERFASES DEL MATERIAL EN LAS
MAS DIVERSAS DIRECCIONES...
ESTE PUEDE SER ANALOGO LADISPERSION DE LA LUZ EN
LA NIEBLA
PARA DISMINUIR ESTE EFECTO SE DEBE TRABAJAR LA
MENOR FRECUENCIA POSIBLE
TECNICAS DE
ENSAYO
REFLEXION
O
PULSO-ECO
TRANSMISION
RESONANCIA
REFLEXION
E/R
O
PULSO-ECO
E/R
REFLEXION
O
PULSO-ECO
E
R
TRANSMISION
E
E
R
R
METODOS DE
ENSAYO
CONTACTO
INMERSION
REFLEXION
PULSO-ECO
FRECUENCIA
CONSTANTE
TRANSMISION
RESONANCIA
FRECUENCIA
VARIABLE
ƒ (...
DETECCION DE LAS
DISCONTINUIDADES
ORIENTACION
TAMAÑO
NATURALEZA
DISTANCIA
)
ORIENTACION
OK
al cambiar el ángulo de incidencia de 0 a 2.5 grados
la energía reflejada y captada se reduce en 10 veces
ORIENTACION
las discontinuidades
normalmente son
“rugosas”
su rugosidad esta en función
del MATERIAL y de la
FRECUENCIA de ensayo
son “rugosas” cuando la
altura de la irregularidad es
mayor que 1/10 de la longitud
de onda
TAMAÑO
...teóricamente ,se
detecta mayores a λ/4,
en la practica se
considera λ/2.....
..como λ/4 es función
de la velocidad y
frecuencia:
λ=V/f
OK
, mayor la frecuencia
mayor la sensibilidad...
M A TE R IA L
L O N G ITU D D E O N D A (m m )
1 M hz
2M H z
3 MHz
5 MHZ
ACERO
5,85
2,92
1,95
1,17
A L U M IN IO
6,25
3,12
2,08
1,25
FU N D IC IO N
3,5/5,6
1,7/2,8
1,17/1,87
1,271/1,12
B RONCE
4,45
2,25
1,49
0,89
COB RE
4,0
2,3
1,55
0,93
P L E X IG L A S
2,7
1,35
0,9
0,54
NATURALEZA
Z2
Z1
DISTANCIA
d1
d2
d3
d1
d2
d3
...La energía sónica disminuye punto a punto con la ley
de la distancia al cuadrado....
DISTANCIA
h1
h2
d1
d2
d1 = d2
h2 = h1
2
4
METODO DE
FABRICACION
GEOMETRIA
TECNICAS DE
UBICACIÓN
DE
DISCONTINUIDADES
DE LA PIEZA
ANGULO DE
REFRACCION
DETECTAR
FINALIDAD
DEL
ENSAYO
DETECTAR
DIMENSIONAR
DIMENSIONAMIENTO
DE LAS
DISCONTINUIDADES
DISCONTINUIDADES MAS GRANDES (DE
LA SECCION DE INCIDENCIA) QUE EL HAZ
DISCONTINUIDADES MAS PEQUEÑOS (DE
LA SECCION DE INCIDENCIA) QUE EL HAZ
DISCONTINUIDADES MAS
GRANDES* (DE LA
SECCION DE
INCIDENCIA) QUE EL
HAZ
Técnica del
50% o de los
6 dB
* Por lo menos en una de sus dimensiones
DISCONTINUIDADES MAS
GRANDES (DE LA SECCION DE
INCIDENCIA) QUE EL HAZ
80 %
40 %
Dimensionamiento
DISCONTINUIDAD
100%
50%
PERFIL DE AMPLITUD
DISCONTINUIDADES MAS
GRANDES* (DE LA SECCION DE
INCIDENCIA) QUE EL HAZ
Técnica del
50% o de los
6 dB
* Por lo menos en una de sus dimensiones
DISCONTINUIDADES MAS
PEQUEÑAS (DE LA SECCION DE
INCIDENCIA) QUE EL HAZ
TECNICAS:
- DAC
-TVG
-AWS D1.1
CALIBRACIÓN DE LA AMPLITUD DE REFLEXIÓN CON
UN AGUJERO DE DIÁMETRO CONOCIDO
CURVA DISTANCIA vs AMPLITUD (DAC)
PARA HAZ NORMAL
1/4 t
1/2t
3/4t
1/4 t
1/2t
3/4t
CALIBRACIÓN DE LA AMPLITUD DE REFLEXIÓN CON
UN AGUJERO DE DIÁMETRO CONOCIDO
CURVA DISTANCIA vs AMPLITUD (DAC)
PARA HAZ NORMAL (AGUJERO FONDO PLANO)
1/4 t
1/2t
3/4t
1/4 t
1/2t
3/4t
EXAMEN CON TRANSDUCTORES DE
INCIDENCIA NORMAL
1. Si el el acabado superficial lo permite, ensayo directo sobre el metal fundido.
2. Inspección previa de toda la zona donde se va a mover el palpador angular
a) Detectar discontinuidades planas
b) Medir espesor real de la chapa.
c) Evaluar , el nivel de atenuación del material y sus variaciones a lo largo
de la soldadura.}
d) Evaluar el acabado superficial de la chapa.
INSPECCION DE SOLDADURA CON HAZ LONGITUDINAL
UNION A TOPE
UNION EN T
UNION ANGULAR
SOLDADURA POR PUNTOS
DAC con haz angular
ALTA FRECUENCIA
CALIBRACIÓN DE LA AMPLITUD DE REFLEXIÓN CON
UN AGUJERO DE DIÁMETRO CONOCIDO
CURVA DISTANCIA vs AMPLITUD (DAC)
PARA HAZ ANGULAR BAJA FRECUENCIA
INSPECCION DE SOLDADURA CON HAZ ANGULAR
POSICION DE LOS ECOS SEGÚN LA POSICIÓN DEL REFLECTOR
2
1
S2
S1
S = camino recorrido por el US
CASO DE JUNTA EN “V” SIMPLE
(POSICION) 1 = RAIZ
(POSICION) 2 = SOBREMONTA
S1
S2
INSPECCION DE SOLDADURA CON HAZ ANGULAR
DETERMINACION DE LA LONGITUD DE BARRIDO
PASO - 1/2 PASO
Paso
1/2
Paso
T
T tag θ
S= camino recorrido
θ
S
T
CALIBRACION CON DISTANCIAS PROYECTADAS
d
T
Escala de
profundidad
θ
p
s1
S2
s2
p
S = s1 + s2
d = S senθ
p = 2T - S cos θ
d
BLOQUE DE CALIBRACION BASICO
100
40
L
T/2
T
L = longitud del bloque determinado por el ángulo de la sonda
y el medio paso
T = espesor del bloque de calibración básica
d = diámetro del agujero de calibración básica
REFLECTORES MAS PEQUEÑOS QUE EL HAZ
CURVA DISTANCIA - AMPLITUD (DAC)
SITUACION REAL
2
SITUACION
4
1
3
ESTIMADA
(ASME)
1
2
3
4
EVALUACION DE REFLECTORES
EN FUNCION DE DAC
DEFECTOS
> 100% = > Φ REFERENCIA
RELEVANTES
100% < R < 20%
100 %
NO RELEVANTE
< 20%
50 %
20 %
TAMAÑO DEL REFLECTOR
(DISCONTINUIDAD)
TAMAÑO DEL REFLECTOR
(DISCONTINUIDAD)
TAMAÑO DEL REFLECTOR
(DISCONTINUIDAD)
1
2
3
4
DISCONTINUIDAD
100%
50%
PERFIL DE AMPLITUD
50 % ó 6Db
1
2=4
3
TAMAÑO DEL REFLECTOR
(DISCONTINUIDAD)
1=5
1
2
2=4
3
50 % ó 6Db
4
3
5
3
Técnica
Convencion
al de
Inspeccion
Ultrasónica
Scan- A
100 %
50 %
20 %
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE
ACEPTACION
ULTRASONIDO
CODIGO
DE SOLDADURA
ESTRUCTURAL DE ACEROS
AWS D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE ACEPTACION
ULTRASONIDO
Valores de “d” (rating de la indicacion)
Soldaduras en Componentes No Tubulares Estáticamente Cargados
CODIGO
DE SOLDADURA
ESTRUCTURAL DE ACEROS
AWS D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE ACEPTACION
ULTRASONIDO
“d” (rating de la Indicacion) = a – b - c
L*
L*
COMO
SE
INSPECCIONA ?
COMO
SE
INSPECCIONA ?
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE
ACEPTACION
Transductores
Obligatorios
segun el
Código
2 – 2.5 MHz
Krautkramer
Panametrics
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE
ACEPTACION
XX dB = “b”
“b = nivel de referencia”
80%
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
CRITERIO DE
ACEPTACION
2004
80%
YY dB = “a”
“a = nivel de la indicacion “
CRITERIO DE
ACEPTACION
80%
( z -1) x 2 = “c”
“c = Factor de Atenuación
z
80%
z
“d” (rating de la Indicacion) = a – b - c
CRITERIO DE
ACEPTACION
80%
80%
z
Patroness
típicos con
Reflectores
en lugares
criticos
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE
ACEPTACION
Barrido de las
areas de
Inspeccion
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE
ACEPTACION
Posiciones de
Inspección de
Uniones
Soldadas
Típicas
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE
ACEPTACION
Tubular
Movimientos
Típicos para
reconocer la
Morfológia
del reflector
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE
ACEPTACION
Movimientos
Típicos para
reconocer la
Morfológia
del reflector
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
D1.1/D1.1M:
2004
CRITERIO DE
ACEPTACION
Técnica del 50%
o 6 dB
Para estimar el
largo (L)*de la
discontinuidad
REPORTE
DE
INSPECCION
ULTRASONICA
CODIGO
DE
SOLDADURA
ESTRUCTURAL
DE ACEROS
AWS
CRITERIO DE
D1.1/D1.1M:
ACEPTACION
2004
METODO ALTERNATIVO
ANEXO K
QUE SUCEDE HOY EN LA INSPECCION DE GRANDES
PROYECTOS DE TRASMISION DE GAS
Como una alternativa a la inspección radiográfica, se ha desarrollado un sistema
mecanizado de inspección ultrasónica, probado en el campo desde los 80 (llamado
Rotoscan por su creador RTD). El sistema se caracteriza por una inspección de alta
velocidad con registro instantáneo de resultados, dando información rápida a los
soldadores.
Recientes mejoras técnicas en el dimensionamiento de discontinuidades y registro lo han
desarrollado de tal modo que, en especial en Canadá, entre 1989 y 1998, mas de 5,000 Km.
de tubería has sido inspeccionada por el sistema Rotoscan
ROTOSCAN
DIVISION
DE LOS
ESPESORES
DE
INSPECCION
ANGULO DE LOS TRANSDUCTORES
La Técnica TOFD
TRASMISOR
1.
Onda lateral
2.
Señal de Difracción del Borde superior
3.
Señal de Difracción del Borde inferior
4.
Reflexión del eco de fondo
RECEPTOR
Diagrama y Resultado de inspección para
Soldaduras usando la Técnica TOFD Método
rápido y eficiente para dimensionar
discontinuidades independientemente de la
amplitud y de la orientación de la
discontinuidad
.
TOFD tiene limitación de que no puede detectar todos los defectos para lo cual debe ser
complementada con otra Técnica.
La Técnica
TOFD
La Técnica
TOFD
La Técnica TOFD
La Técnica del Phase Array
La Técnica del Phase Array
La Técnica del Phase Array
“n” posibilidades de direccionar el haz sónico
La Técnica del Phase Array
…usando un mismo arreglo de cristales y
variando el tiempo de excitacion se pueden
producir diversos ángulos de inspección..
La Técnica del Phase Array
La Técnica del Phase Array
La Técnica TOFD + PHASE ARRAY
(Pulso Eco)
PIPEWIZARD PA
Sistemas
Ultrasónicos
Portátiles de Hoy
PRACTICA 1. CALIBRACION DEL SISTEMA
ULTRASONICO CON HAZ NORMAL DE ONDAS
LONGITUDINALES
MEDICION DE ESPESORES - METODO DE MULTIPLES
ECOS -(VER PARTE 4)
1
AJUSTE INICIAL DEL EQUIPO
*A. GANANCIA(GAIN) = 35 a 45 dB
*B. NIVEL DE RECHAZO (REJECT) = 0%
*C. VELOCIDAD = del material a medir
en este caso VLacero = 5920 m/s ( 0,230 in/us)
*D.POSICION ZERO = 0 us
*E. RANGO = al deseado para la medición = 25 mm ( 1”)
*F.EMISIÓN DEL PULSO
= Rectificación Completa
Energia del pulso
Amortiguación
* seleccionar la mejor combinación para la mejor relación señal/ruido.
*G. MODO DE ENSAYO = PULSO - ECO
REQUISITOS DEL EQUIPO DE INSPECCION
LINEALIDAD HORIZONTAL
[dn+1 -dn]
[distancia de barrido]
hn
dn dn+1
hn + 1
TRANSDUCTOR SIMPLE
PASOS A
SEGUIR
1. POSICION DEL
CERO (ZERO)
DISTINTOS ESPESORES
CONTROL
GANANCIA
UN SOLO ESPESOR
PRIMER ECO DE
REFLEXION
TRANSDUCTOR DUAL
CONTROL CERO
TRANSDUCTOR SIMPLE
PASOS A
SEGUIR
2. RANGO
DISTINTOS ESPESORES
UN SOLO ESPESOR
ULTIMO ECO DE
REFLEXION
TRANSDUCTOR DUAL
CONTROL RANGO/VELOCIDAD
REQUISITOS DEL EQUIPO DE INSPECCION
LINEALIDAD VERTICAL
ASTM E 317
ASME SECV ART 5 MANDATORY APPENDICES
hn
hn
hn + 1
h / hn + 1
CALIBRACION PARA INSPECCION DE SOLDADURAS
ONDAS TRANSVERSALES
A. INDICE DE SONDA
MAXIMA REFLEXION
CALIBRACION PARA INSPECCION DE SOLDADURAS
ONDAS TRANSVERSALES
B. ANGULO DE REFRACCION
θ
MAXIMA REFLEXION
CALIBRACION PARA INSPECCION DE SOLDADURAS
ONDAS TRANSVERSALES
C. TIEMPO BASE: RANGO
100 mm
100
50 mm
200
25 mm
25
100
CALIBRACION PARA INSPECCION DE SOLDADURAS
C. RANGO: METODO ALTERNATIVO
ONDAS LONGITUDINALES
91 mm
ONDAS TRANSVERSALES
91 mm
91
182
100
CALIBRACION PARA INSPECCION DE SOLDADURAS
C. RANGO
ONDAS LONGITUDINALES
100 mm
100
200
25 mm
25 mm
25
50
75
100