https://ims.evidentscientific.com/es/le
arn/ndt-tutorials/flaw-detection/weldoverview
https://ims.evidentscientific.com/es/le
arn/ndt-tutorials/flaw-detection/basicwaveform-interpretation
5.2 Inspección por haz angular
Tutorial sobre la detección de defectos por ultrasonido
Si bien las técnicas de haz recto pueden ser muy eficaces al detectar defectos laminares, estas
no son eficaces al inspeccionar soldaduras comunes, donde las discontinuidades no se
encuentran orientadas de forma paralela a la superficie de la pieza. La combinación de la
geometría de la soldadura, la orientación de los defectos y la presencia de la corona o perla
de la soldadura requiere una inspección a partir de la parte lateral de la soldadura con el haz
generado en un ángulo. Los ensayos por haz angular es una técnica frecuentemente utilizada
para detectar defectos por ultrasonido.
Las sondas de haz angular se dotan de un transductor y una suela (o zapata) que pueden ser
separados o unidos para formar una sola estructura. Estas sondas utilizan el principio de
refracción y la conversión de modo en un límite para producir ondas transversales y
longitudinales refractadas en la pieza bajo inspección, tal como se muestra a continuación.
Las sondas de haz angular más utilizadas generan una onda transversal refractada con
ángulos estandarizados de 45, 60 o 70 grados en el material bajo inspección. El ángulo de
incidencia, necesario para producir un ángulo refractado deseado, se basa en la velocidad
acústica del material y es calculado según ley de Snell que se formula en la siguiente
ecuación.
Generalmente, en el caso de una suela de resina epoxídica o de plástico que se encuentra
acoplada al acero, los ángulos de incidencia bajos generarán ondas transversales y
longitudinales y, asimismo, existen suelas de haz angular especializadas para generar ondas
longitudinales. Sin embargo, en ángulos comunes de inspección solo la onda transversal
primaria será generada, ya que el valor de la onda longitudinal de la ecuación será mayor a
los 90 grados, lo cual no es posible.
En inspecciones típicas, el sonido viaja a través de la pieza hasta el ángulo generado y,
posteriormente es reflejado en el mismo ángulo. Cuando la sonda es desplazada hacia
adelante y hacia atrás, esta genera un barrido de haz a lo largo de la altura completa de una
soldadura. Este desplazamiento de escaneo permite monitorizar el volumen de la pieza
completa y detectar las discontinuidades en las líneas de fusión y en el armazón de la
soldadura.
La inspección con una sonda de haz angular, tal como la inspección con una sonda recta,
permite buscar las reflexiones generadas por las discontinuidades. Durante la configuración
inicial, el operador debe notar si existen ecos provenientes de la corona de soldadura o de
otras estructuras geométricas. Los ecos adicionales, que aparecen entre la zona que
representa la soldadura, corresponden a una falta de fusión, a grietas, porosidad u otra
discontinuidad cuyo tipo, profundidad y tamaño puede ser determinado con análisis
posteriores.
En el siguiente ejemplo, el sonido atraviesa una soldadura correcta sin generar un reflejo.
Ningún defecto importante es visualizado en la pantalla. Sin embargo, una discontinuidad
que se encuentra entre la zona de la soldadura puede causar una fuerte reflexión contra la
zona de interés marcada por la puerta roja.
Conceptos básicos de inspección de soldaduras para la construcción
6.1 Descripción general de la
soldadura
Tutorial sobre la detección de defectos por ultrasonido
La soldadura es el proceso común de unir materiales por medio de fundición y fusión. Por su
parte, la inspección estructural de soldaduras por ultrasonido en metales es la única
aplicación más frecuente para la detección de defectos. Este proceso puede efectuarse por
medio de diversos métodos entre los cuales destacan: soldadura por arco eléctrico, por
flamas de gas y láser; sin embargo, para los ensayos por ultrasonido, lo importante es la
geometría de la soldadura en lugar del método utilizado para construirla. Esta sección se
concentra en soldaduras de construcción común que son utilizadas, generalmente en tuberías,
placas y estructuras metálicas.
Descripción general de la soldadura
Existe una gran cantidad de geometrías de soldaduras; sin embargo, las geometrías de
soldaduras más inspeccionadas mediante las técnicas ultrasónicas se basan en cuatro
categorías:
Los tipos de defectos más encontrados son: grietas, falta de fusión, penetración incompleta,
porosidad e inclusiones de escoria. Todos estos defectos son potencialmente detectables
mediante ensayos por ultrasonido.
Selección de sonda de haz angular
6.2 Selección de sonda de haz
angular
Tutorial sobre la detección de defectos por ultrasonido
Contáctenos
Los diversos tipos de sondas ultrasónicas que se
utilizan en las aplicaciones de detección de defectos se explican en la Sección 4.1
del Sección 4.1. En la inspección de soldaduras de construcción, las sondas de haz angular
representan la herramienta principal complementada por aquellas de haz recto. Las sondas de
haz angular pueden componerse de transductores (sondas) y suelas (zapatas) separadas e
intercambiables, o pueden ser conjuntos integrales. En muchos casos, la combinación
seleccionada de transductor (sonda)-suela (zapata) para una inspección se determinará en
conformidad con un código o procedimiento de inspección pertinente. Si no se especifica
ninguna sonda, el inspector debe seleccionar una apropiada para la aplicación en cuestión
tomando en cuenta lo siguiente.
Frecuencia:
Las sondas de haz angular están generalmente disponibles en frecuencias de 500 KHz a 10
MHz; sin embargo, la mayoría de los ensayos de soldadura se llevan a cabo con frecuencias
entre 2 MHz y 5 MHz. Las frecuencias inferiores proporcionan una mayor penetración a
través de largas trayectorias acústicas o a través de metales de grano grueso, mientras que las
frecuencias superiores proporcionan una mejor resolución en los pequeños defectos. De no
especificarse lo contrario en el código, 4 o 5 MHz suelen ser una buena frecuencia para
iniciar una evaluación.
Ángulo:
Casi todos los ensayos de haz angular se llevan a cabo en ángulos estándar de 45, 60 y 70
grados, aunque también se utilizan suelas (zapatas) de 30 y 90 grados (onda superficial) en
algunos casos específicos. Como regla general, las suelas (zapatas) de ángulo superior (60 y
70 grados) suelen ser utilizadas cuando el espesor del metal es inferior a 25 mm (1")
aproximadamente; y, las suelas (zapatas) de ángulo inferior (45 grados) suelen ser utilizadas
cuando el espesor del metal es superior a aproximadamente 50 mm (2"). Es posible el uso de
dos o tres ángulos diferentes en un ensayo determinado según la geometría de la pieza y los
requisitos de resolución de defectos. Se puede encontrar más información en los códigos de
inspección comunes. El ángulo de la suela (zapata) en un caso determinado debe ser lo
suficientemente alto como para que una señal de primer salto pueda llegar hasta la raíz de la
soldadura desde una posición en la superficie de la pieza que no esté obstruida por la corona
de la soldadura.
Tamaño:
Las sondas y las suelas (zapatas) de haz angular están disponibles en una amplia gama de
formas y tamaños, con elementos de geometría circular, cuadrada o rectangular. La
metodología industrial norteamericana favorece el uso de elementos de geometría circular
(excepto en las inspecciones de conformidad AWS), mientras que la metodología europea
favorece los elementos de geometría cuadrada o rectangular. Los tamaños más comunes de
los elementos incluyen: diámetro de 0,25", 0,5" y 1" para los elementos de geometría
circular, y 8 x 9 mm, 14 x 14 mm y 20 x 22 mm para los elementos de geometría cuadrada o
rectangular, aunque también se dispone de otros tamaños estándar. Los elementos más
pequeños pueden proporcionar una mejor resolución de los defectos pequeños, y las suelas
(zapatas) más pequeñas pueden adaptarse de forma más fácil a las superficies curvas. Los
elementos más grandes proporcionan una mayor cobertura de área y, por lo tanto, un escaneo
más rápido, así como una reducción de la dispersión del rayo a través de largas trayectorias
de sonido.
Tomando en cuenta la información provista, el inspector deberá aplicar sus
conocimientos y experiencia para seleccionar la(s) sonda(s) para el ensayo que se requiere.
Siempre que es posible, el rendimiento de la sonda debería verificarse a través de bloques de
referencia certificados que contengan reflectores de referencia apropiados o defectos
conocidos.
Posición de la sonda con respecto a la geometría de la soldadura
6.3 Posición de la sonda con respecto
a la geometría de la soldadura
Tutorial sobre la detección de defectos por ultrasonido
Los procedimientos de inspección para soldaduras requieren efectuar ensayos en dos o más
lugares de la pieza inspeccionada para poder cubrir el volumen entero de la soldadura y
emitir el sonido en las direcciones necesarias, con el fin de generar reflexiones a partir de los
defectos comunes. En todos los casos, la sonda debe ser desplazada hacia adelante y hacia
atrás para emitir el haz a través de todo el volumen de la soldadura. Para una inspección
determinada, es necesario que el inspector establezca procedimientos específicos basándose
en la geometría de la pieza y los requisitos del ensayo.
Probe Positions for Weld Inspection
BUTT WELD
Primarily inspected from the sides using an angle beam probe, testing is done on both the left
and right sides of the weld.
A secondary test with a straight beam transducer checks for laminar cracking in the heat
affected zone. Testing is also done on each side of the weld.
WELD
T WELDS also typically require inspection with both angle beam and straight beam probes,
testing with an angle beam from both the flange and web and with a straight beam from the
flange.
LAP WELD
Full penetration lap welds are commonly tested with an angle beam probe coupled to the
upper plate.
ORNER WELD
Full penetration corner welds are commonly tested with an angle beam probe aligned both
perpendicular to the weld and from a direction representing a small rotation from parallel.
.4 Prácticas de inspección frecuentes
Tutorial sobre la detección de defectos por ultrasonido
Patrones de escaneo
En cualquier ensayo ultrasónico, el operador debe desplazar la sonda para cubrir todo el
volumen del material que debe ser inspeccionado, y también el rango de orientaciones
necesarias para detectar todos los defectos posibles. Si bien los patrones de escaneo siempre
deben establecerse en función de los requisitos específicos del ensayo, un patrón común es:
La sonda escanea en modo de avance y retorno entre el punto de la superficie, que
corresponde a un ensayo de segundo salto de la parte superior de la soldadura (límite
izquierdo en el dibujo), y el punto correspondiente a un ensayo de primer salto de la parte
inferior de la soldadura (límite derecho). La suela (zapata) se encuentra ligeramente inclinada
en direcciones alternas, y en cada pasada se indexa aproximadamente a la mitad de su
anchura. Este patrón proporciona una cobertura completa desde la parte superior hasta la
inferior de la soldadura, asegurando al mismo tiempo que no hayan vacíos de cobertura en la
dirección lateral y la angulación ayude en la detección de inclusiones, porosidad y otros
reflectores de forma irregular. El ensayo se repetirá a partir de lado opuesto de la soldadura.
Cuando se observa un defecto durante el ensayo, los procedimientos pueden requerir más
escaneos aplicando una rotación de sonda alrededor del reflector y a través de un arco
exterior mientras se enfoca el reflector. Estos movimientos permiten identificar el tipo de
reflector, tal como se explica en la Sección 6.6.
Algunos procedimientos también requieren un escaneo a lo largo del eje de soldadura con la
suela (zapata) enfocada ligeramente hacia dentro. El objetivo de este escaneo es identificar
las grietas transversales en la zona de la soldadura, que pueden no ser visibles cuando el rayo
se dirige perpendicularmente a la soldadura. El ensayo se efectúa nuevamente a partir de
ambos lados.
Un ensayo final es una evaluación de rayo recto de la zona afectada por el calor a ambos
lados de la soldadura para identificar posibles grietas laminares. Este ensayo utiliza
típicamente una sonda de contacto de diámetro pequeño para identificar las indicaciones que
vienen por delante del eco de la pared de fondo.
Posicionamiento con respecto a la corona
Tal como se indicó anteriormente, los ensayos de haz angular a partir de un lado de la
soldadura requieren, típicamente, un escaneo de ida y retorno entro los puntos donde el haz
choca contra la parte inferior de la soldadura (primer salto) y la parte superior de la soldadura
(segundo salto). Los puntos correspondientes en cada lado de la soldadura pueden ser
marcados con trazos sobre las superficies de las piezas. Es posible fabricar guías o plantillas
para mantener la posición de la suela, especialmente al efectuar un escaneo de una sola
pasada en la raíz o corona de la soldadura.
En algunas situaciones en que se utilizan grandes suelas, metal relativamente fino y grandes
coronas, puede que no sea posible situar la suela lo suficientemente cerca de la soldadura
para optimizar la reflexión del primer salto a partir de la raíz de la soldadura. En tales casos,
debe usarse una suela más pequeña o una suela con un configuración de aproximación más
corta. Además, los ensayos pueden ser efectuados en el segundo y tercer salto, en lugar del
primero y el segundo. Sin embargo, esto puede ser menos conveniente debido a los efectos
de atenuación y dispersión de haz.
Contorneamiento
La inspección de haz angular en soldaduras circunferenciales y axiales, presentes en tubos o
tuberías de pequeña dimensión, puede requerir suelas curvas para un acoplamiento
adecuado. El contorneamiento es recomendado generalmente cuando el diámetro de la pieza
es muy pequeño y dificulta la fijación normal de la suela sobre la pieza, o cuando la
curvatura de la pieza limita significativamente el área de contacto de la suela con la pieza
sobre un radio convexo, o crea una separación bajo la suela en un radio convexo. Las
curvaturas típicas de la suela se muestra a continuación.
AID (diámetro interno axial)
AOD (diámetro externo axial)
CID (diámetro interno circunferencial)
COD (diámetro externo circunferencial)
Información típica visualizada en la pantalla
6.5 Información típica visualizada en
la pantalla
Tutorial sobre la detección de defectos por ultrasonido
Los detectores de defectos contemporáneos pueden proporcionar una variedad de lecturas de
medición para identificar y documentar la ubicación de los reflectores. Entre estas lecturas
destacan: la amplitud de los ecos de puertas; la longitud de la trayectoria del sonido; las
mediciones de la distancia/profundidad, y los indicadores de salto. Con un calibración
adecuada, las mediciones de la profundidad y distancia pueden ser precisas de +/- 0,1 mm
(0,004"). Las representaciones horizontales pueden ser ampliadas según la longitud de la
trayectoria acústica o las distancias de los saltos.
Interpretación elemental de la forma de onda (A-scan)
6.6 Interpretación de la forma de
onda (A-scan) básica
Tutorial sobre la detección de defectos por ultrasonido
La interpretación de las formas de onda ultrasónicas siempre requiere una formación y una
experiencia adecuadas. Un operador capacitado puede utilizar las características del eco para
determinar la geometría de un defecto, así como su ubicación. En esta sección se ofrece una
visión general simplificada de algunos defectos que se encuentran comúnmente. Note que
estos ejemplos están pensados únicamente para demostrar conceptos, y no pretenden sustituir
la interpretación de un operador capacitado que conozca los requisitos de su ensayo
específico.
En todos los casos, la calibración inicial del haz angular debe efectuarse primero como se
indica en la — Retardo del haz recto. La mayoría de los procedimientos de ensayo también
especificarán cómo establecer un nivel de ganancia de referencia, utilizando el taladro lateral
en un bloque IIW o un reflector de referencia similar para normalizar el nivel de ganancia
inicial dedicado a una inspección. Después de esta etapa, los ensayos pueden comenzar; por
lo general, al usar el patrón de desplazamiento de la sonda descrito en la — Prácticas de
inspección frecuentes.
Aumento
Cuando se observa un defecto durante la exploración, el siguiente paso normalmente es
identificar la posición de la sonda que produce la máxima amplitud reflejada. A este
procedimiento se le conoce como «aumento» y se desarrolla en dos direcciones: la primera a
lo largo de la longitud de la soldadura (dirección transversal), y la segunda en función de la
distancia que se establece a partir de la soldadura (dirección axial). El software de memoria
de picos (Peak Memory), que dibuja una envolvente de eco, es muy útil para documentar la
ubicación de la sonda en donde se produce la señal más larga.
Aumento transversal
Aumento axial
El procedimiento de aumento transversal también puede ser utilizado para determinar el
ancho transversal del defecto. Un procedimiento común es la «técnica de la caída a 6 dB»,
expuesta en el gráfico a continuación, en el que la sonda es desplazada de izquierda a
derecha mientras se observan los dos puntos en donde la máxima reflexión, cuya
observación se da en el centro del defecto, cae al 50 % en los bordes/flancos. La distancia
entre el centro de la sonda a partir de cada uno de estos puntos representa el ancho del
defecto. Otros procedimientos pueden usar un punto de amplitud diverso como referencia.
Ejemplos de defectos
(a) Penetración incompleta: Por lo general, este defecto genera una reflexión muy fuerte a
partir de la base de la soldadura en el límite de primer salto/segundo salto. El mismo defecto
puede ser observado si la soldadura es escaneada desde el lado opuesto.
(b) Falta de fusión: Por lo general, este defecto genera una reflexión fuerte con tiempos de
elevación y caída en el segundo salto a partir de un lado de la soldadura, y una indicación
más débil de tercer salto o nada desde el lado opuesto. La respuesta prolongada con el
escaneo axial indica la longitud de la sección transversal. A continuación, se proporcionan
dos videos: el primero muestra la señal cuando la soldadura es escaneada a partir del lado
que presenta la falta de fusión, y el segundo video muestra el mismo reflector visto desde el
lado opuesto.
(c) Grieta en la raíz de la soldadura: Por lo general, este defecto genera una señal de
primer salto a partir de la parte inferior de la soldadura, con la indicación de la grieta que
aparece cerca de una reflexión proveniente de la corona inferior de la soldadura. A
continuación, se proporcionan dos videos: el primero muestra la señal cuando la soldadura es
escaneada a partir del lado que presenta la grieta en la raíz, indicándose la grieta en la puerta
y el eco de la corona de la soldadura que la sigue en la celda L1. El segundo muestra el
mismo reflector tal como se visualiza desde el lado opuesto, con el eco fuerte de la corona
precedente a la indicación de la grieta.
(d) Grieta en el pie de soldadura: Por lo general, este defecto produce una señal de
segundo salto a partir de la parte superior de la soldadura, por encima del eco de la corona
cuando el ensayo se efectúa a partir de un lado, y subsecuente al eco de la corona cuando el
ensayo se efectúa a partir del lado opuesto. En los siguientes videos el eco de la corona se
ubica en la celda L2. El primero video muestra la señal cuando la soldadura es escaneada a
partir del lado que presenta la grieta en el pie de la soldadura, y el segundo video muestra el
mismo reflector visto desde el lado opuesto. Debido a que no son defectos planos, las grietas
frecuentemente producen reflexiones multifacéticas.
(e) Porosidad e inclusiones de escoria: Por lo general este defecto produce un aglomerado
de ecos que exhiben múltiples fases a medida que la sonda gira. Las indicaciones del defecto
no serán nunca tan fuertes como aquellas que se visualizan a partir de los defectos planos y
grietas grandes. La escoria puede presentarse de manera muy similar a la porosidad. Puede
que los ecos multifacéticos no sean tan fuertes como aquellos producidos por la porosidad, y
las formas de los picos y amplitudes podrían cambiar de forma rápida a medida que la sonda
gira.
Códigos de inspección