Curso Medición de Espesores

Ing. Claudio Carballal

ASNT Nivel 3 UT-PT-MT-ET-VT-MFL IRAM-NM-ISO9712 Nivel 3 NAS 410 Nivel 3 UT- ET

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Las ondas ultrasónicas (que son ondas de naturaleza mecánica de alta f frecuencia) i ) son introducidas i t d id en un material t i l desde d d un transductor t d t (cristal ( i t l piezoeléctrico) que normalmente se acopla a la pieza en ensayo mediante agua u otro líquido acoplante apropiado. El transductor convierte los impulsos eléctricos provisto por el instrumento de ultrasonido en energía sónica de alta frecuencia que se propagara por la pieza bajo ensayo hasta que parte de esa energía sea reflejada por una discontinuidad u otra interface que tenga una impedancia acústica distinta del material donde se propaga el haz ultrasónico (por ejemplo pared posterior de la pieza bajo ensayo si esta pared es perpendicular al haz ultrasónico). ultrasónico) La reflexión de la energía sónica será una función de la relación entre la impedancia acústica de la discontinuidad y el material base. Cuanto mayor sea la relación, mayor es la energía sónica que será reflejada. El principio del ensayo ultrasónico se muestra en la Figura 1 donde se ve la energía ultrasónica en la pieza a ensayar y el display resultante en el instrumento. instrumento

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Frente de onda que se propaga por el material a velocidad constante

Reflexión parcial del frente de onda por la di discontinuidad i id d 3

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Onda reflejada proveniente de la discontinuidad interactúa con el ttransductor a sducto 4 Ing. Claudio A Carballal Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712

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Limitaciones y ventajas j en comparación p con otros END Ventajas  El método ultrasónico tiene una alta sensibilidad al detectar pequeñas discontinuidades internas, por ejemplo: Fisuras debido al tratamiento térmico.  Para interpretar las indicaciones, ahorra procesos intermedios, agilizando la inspección.  En el caso de la radiografía o gamma rafia, en el proceso hay que revelar la película, que según lo acostumbrado demanda un tiempo para informar los resultados.  Al contrario de lo que ocurre con las radiografía o gammagrafía, el ensayo ultrasónico no requiere planes especiales de seguridad o de algún accesorio para su aplicación.  La localización, evaluación del tamaño e interpretación de las discontinuidades encontradas son factores intrínsecos al examen ultrasónico, ultrasónico ya que otros exámenes no definen tales factores. factores Por ejemplo, un defecto mostrado en una película radiográfica define el tamaño pero no su profundidad y en muchos casos éste es un factor importante para proceder a la reparación.

Limitaciones  Requiere un gran conocimiento teórico y experiencia por parte del inspector.  El registro permanente del ensayo no se obtiene fácilmente.  Las bandas con poco espesor constituyen una dificultad para aplicar el método.  Requiere Req iere la preparación de la superficie s perficie para su s aplicación. aplicación En algunos alg nos casos de inspección de soldadura, soldad ra es necesario remover totalmente el refuerzo de la soldadura, lo que demanda un tiempo de fábrica.

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Ondas transversales Ondas de corte

Ondas longitudinales p Ondas de compresión

Onda longitudinal

 Existen otros modos de propagación de una onda ultrasónico que son las ondas de superficie o Rayleigh y las ondas de Lamb 6 Ing. Claudio A Carballal Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN : Es constante para cada material por tanto la velocidad es una característica del mismo para cualquier frecuencia y longitud de onda. Se puede calcular las velocidades de los diversos tipos de onda a partir de las constantes elásticas lá ti del d l material t i l que es Módulo Mód l de d Elasticidad El ti id d E [N/m²] [N/ ²] la l relación l ió de d Poisson P i (adimensional) y de la densidad [kg/m3] . Material

Densidad 103 Kg/M3

Velocidad Acústica [m/s] Longitudinal

Impedancia Acústica 106 .Kg/m2.s Z

Transversal

AIRE

0.00129

331

-----

0.000427

AGUA

1

1483

--------

1,5

ACERO

7,85

5900

3230

46.5

ALUMINIO

2,7

6320

3080

17

FUNDICIÓN

7,2

3500 –5600

2200 -- 3200

25 -- 40

COBRE

8,9

4700

2260

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o Definiremos λ ((longitud g de onda)) como la mínima distancia entre dos partículas que tienen el mismo estado energético o La velocidad acústica se relaciona con la longitud de onda y la frecuencia mediante la expresión que tenemos a continuación

λ=

C = [mm] f

Observamos que: Con ell aumento C t de d la l frecuencia f i (f) disminuye di i la l longitud l it d de d onda d (λ). (λ) Disminuyendo la frecuencia (f) aumenta la longitud de onda (λ).

Como vemos estableciendo una frecuencia de ensayo obtendremos una longitud de onda para un determinado material, lo cual me permite relevar indicaciones hasta una dimensión de λ/2 (media Lambda). Ing. Claudio A Carballal

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IMPEDANCIA ACÚSTICA: Indica cuanto se opone a la vibración los elementos de masa, pero no a la propagación de la onda. La forma más simplificada p es: Z = δ. C [[Kg/m²seg] g g] El balance de energía puesto en juego estará dado por la siguiente expresión: Ii = Ir + It donde la relación de coeficientes será: R + T = 1 A través de la teoría de la propagación de ondas acústicas, se obtienen, los valores de los coeficientes según las impedancias acústicas de la manera siguiente:

(Z − Z ) 4Z Z R= , y el coefiente de T = (Z + Z ) (Z + Z ) 2

2

1

1

2

2

2

1

2

2

1

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Campo Próximo o Zona de Fresnel: Es aquella zona cerca de transductor donde todavía no se formo un frente d onda de d común ú y llas presiones i acústicas ú ti oscilan il entre t un máximo á i y mínimo

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El Campo Cercano depende del diámetro del cristal cristal, y de la longitud de onda, pudiéndose calcular según la fórmula:

D2 D2. f N= = 4.λ 4.c D: Diámetro efectivo que es aproximadamente 0.97 veces el Diámetro. cristal

Dentro del campo cercano, no es posible dimensionar un defecto defecto, debido a las grandes variaciones de la presión acústica. 11

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La región que sigue al campo cercano es el campo lejano. En esta región la onda sónica se dispersa igual que el haz de luz de una linterna con respecto al eje central y además disminuye de intensidad en aproximadamente la inversa del cuadrado de la distancia. distancia

La región (1) las pequeñas discontinuidades son difíciles de detectar (campo cercano). L región La ió (2) las l discontinuidades di i id d mayores se pueden d detectar d La región (3) donde se puede detectar cualquier discontinuidad compatible con la longitud de onda onda. (Las líneas límites del campo en la figura son didácticas didácticas, no significando que exista alguna vibración sónica en estas regiones.)

12 Ing. Claudio A Carballal Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712

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La onda sónica al recorrer un material cualquiera en su trayectoria sufre efectos de dispersión y de absorción, lo que resulta en la reducción de su energía al recorrer cualquier material

: la materia no es totalmente homogénea, teniendo interfaces naturales de su p propia p estructura o p proceso de fabricación. Esto será más significativo g cuando el tamaño del grano mayor que 1/10 de la longitud de onda. Las pérdidas por dispersión alcanzarían valores importante, p provocando innumerables señales de ecos q p que originan g "ruido" o "pasto" en la pantalla del equipo llegando a niveles que hacen imposible identificar una señal de defecto. : Ocurre siempre que una vibración acústica recorre un medio elástico. Es l energía la í cedida did por la l onda d para que cada d partícula tí l del d l medio di ejecute j t un movimiento i i t de d oscilación, transmitiendo la vibración a las otras partículas del propio medio. La absorción es una na conversión con ersión directa de la energía ultrasónica ltrasónica en calor, calor La absorción aumenta a menta generalmente con la frecuencia.

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A partir del final del campo cercano, el haz adquiere un forma de tronco de cono divergente con disminución de la presión gradualmente con la distancia, fenómeno físico que es responsable por la pérdida de parte de la intensidad o energía de la onda sónica La divergencia del haz se describe por el ángulo de divergencia formado por ell rayo principal i i l (máxima ( á i presión) ió ) y ell rayo marginal. i l

sen (φ / 2) = 1.22

λ

sen (φ / 2) = 0.514

D

λ D

Di Divergencia i – 6dB

14 Ing. Claudio A Carballal Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712

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Cristal

ϑ

Zona muerta

Campo cercano lejano

N/2

N

Campo de transición

Campo

3N

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Se define como zona muerta de un transductor que genera un haz ultrasónico p para el ensayo y de materiales,, a la distancia de la base de tiempo del equipo ocupada por la señal de emisión, dentro de esta zona no será posible detectar discontinuidades. El ancho h d de la l zona muerta, es función f ió de d lla duración d ió d dell iimpulso l d de excitación del cristal.

La zona muerta nos limita la medición de espesores p y la resolución cercana

16 Ing. Claudio A Carballal Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712

Las ondas ultrasónicas son generadas o introducidas en el material a través t é de d un elemento l t emisor i con determinadas d t i d di dimensiones i y que vibra con cierta frecuencia. Este emisor se puede presentar con determinadas formas (circular, rectangular). El cristal piezoeléctrico puede transformar la energía eléctrica alterna en oscilación mecánica y transformar la energía mecánica en eléctrica l i .

cristal piezoeléctrico revestido con plata metálica en ambos lados

contactos eléctricos ~ 1000 V, CA

cargas g eléctricas generadas en la superficie del cristal

emisión de un pulso eléctrico generando una señal en el equipo de ultrasonido

vibraciones mecánicas

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 Los materiales piezoeléctricos son: el cuarzo, cuarzo el sulfato de litio, litio el titanato de bario, y el metabionato de plomo.  El cuarzo es un material t i l piezoeléctrico i lé t i muy antiguo, ti t translúcido lú id y duro d como ell vidrio. El sulfato de litio es un cristal sensible a la temperatura y poco resistente a la humedad.  El titanato de bario y el metaniobato de plomo son materiales cerámicos que reciben el efecto piezoeléctrico a través de la polarización. Estos dos cristales son los mejores emisores, produciendo impulsos u ondas de gran energía, comparándolas con las producidas por los cristales de cuarzo.  Para la inspección ultrasónica interesa ahora no solamente la potencia de emisión sino también la sensibilidad de recepción (resolución). La frecuencia ultrasónica g generada p por el cristal dependerá p de su espesor, p aproximadamente p de 1 mm para 4 MHz y de 2 mm para 2 MHz.  Los cristales antes mencionados se montan sobre una base soporte (bloque amortiguador) y junto con los electrodos y la carcaza externa constituyen el transductor o cabezal propiamente dicho. Existen tres tipos usuales de transductores: Recto o Normal, o angular y el de doble cristal.

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Cristal

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Capa protectora

Amortiguador (Backing)

Efecto del Espesor en la Frecuencia del Transductor La frecuencia del transductor depende, para cada material usado, del espesor del cristal piezoeléctrico. Mientras más delgado es el cristal, más alta es la frecuencia central de emisión del transductor.

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Recto o Normal Doble cristal A Angular l NORMAL

DOBLE CRISTAL

ANGULAR

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El aire y en general los gases atenúan fuertemente la energía ultrasónica por lo para lograr g la transferencia de energía g de la sonda a la p pieza a examinar es tanto p necesario interponer un medio fluido que desplace el aire y realice el llamado acoplamiento acústico.

El medio de acoplamiento en este tipo de ensayo es el propio líquido que rodea la muestra. Estos ensayos se realizan bien sumergiendo la muestra totalmente en un tanque, o bien produciendo un flujo continuo sobre la misma, lo que será un ensayo e sayo po por inmersión e s ó local, oca , de modo odo que e entre tee el ttransductor a sducto y la a supe superficie c e de la a muestra quede siempre una columna de ó película de líquido continuo. Generalmente en los ensayos por inmersión el líquido de acoplamiento es agua, a la cual es conveniente agregarle un agente humectante para evitar la formación de burbujas.

En la técnica operatoria por contacto directo del transductor sobre la superficie de exploración del material, es preciso intercalar un medio acústicamente conductor, ya que la película fina de aire existente, por perfecto que sea el contacto, impedirá la transmisión de casi la totalidad de la presión acústica incidente. Ing. Claudio A Carballal Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712

Bloques Distancia Amplitud

Bloques Área Á amplitud

Bloque IIW tipo 1

Bloque V2 Bloques espesores

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Ejemplo de aplicación: ¿Cuáles son las ganancias correspondientes a una caída de 50% y de 20% en las amplitudes de las dos señales en la pantalla del equipo de ultrasonido, según lo mostrado abajo? - 6dB

- 8dB

a) b))

para la variación del 50% para la variación del 20% p

G = 20 log 0,50 dB G = 20 logg 0,20 , dB

G = -6 dB G = -14 dB

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 Los ángulos críticos se definen como aquellos ángulos de incidencia que originan la refracción de las ondas longitudinales y transversales, transversales en un segundo medio, con ángulos de 90º. Se conoce como primer ángulo crítico aquel que produce una onda longitudinal refractada a 90º, mientras que el segundo ángulo crítico es aquel que produce una onda transversal refractada a 90º.  Estos ángulos son de especial importancia en la inspección ultrasónica de materiales con haz angular. Valores del ángulo de incidencia entre el primer y segundo ángulo crítico se requieren en la mayoría de las inspecciones con transductores angulares. La inspección de piezas con ondas superficiales se logra ajustando el ángulo de incidencia de manera que se pueda obtener el segundo d ángulo á l crítico, íti ya que ell mismo i origina i i que las l ondas d t transversales l sean sustituidas por ondas superficiales.

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Refracción: 1er ángulo critico

Refracción: Onda Transversal por debajo de los 45°

Rango disponible para transductores angulares en acero

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Angulo A l entrada

Velocidad Medio entrada

Velocidad Angulo onda Angulo onda V l id d Velocidad medio Longitudinal Transversal medio salida salida refractada refractada

10.0 º

2730 m/s

5930 m/s

22.2 º

3200 m/s

11.7 º

15.0 º

2730 m/s

5930 m/s

34.2 º

3200 m/s

17.7 º

20.0 º

2730 m/s

5930 m/s

48.0 º

3200 m/s

23.6 º

27.0 º

2730 m/s

5930 m/s

80.4 º

3200 m/s

32.2 º

27 4 º 27.4

2730 m/s

5930 m/s

89 9 º 89.9

3200 m/s

32 7 º 32.7

28.0 º

2730 m/s

5930 m/s

3200 m/s

33.4 º

30.0 º

2730 m/s

5930 m/s

3200 m/s

35.9 º

35.0 º

2730 m/s

5930 m/s

3200 m/s

42.2 º

45.0 º

2730 m/s

5930 m/s

3200 m/s

56.0 º

50.0 º

2730 m/s

5930 m/s

3200 m/s

63.9 º

58.0 º

2730 m/s

5930 m/s

3200 m/s

83.7 º

58 6 º 58.6

2730 m/s

5930 m/s

3200 m/s

89 9 º 89.9

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CALIBRACION EN DISTANCIA CON PALPADORES NORMALES En estas figuras se muestran las posibles posiciones a usar con los bloques V1 y V2, según ú que bl bloque se di disponda, d y cuall sea ell rango a trabajar. t b j

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CALIBRACION EN DISTANCIA CON PALPADORES ANGULARES En estas figuras se muestran las posibles posiciones a usar con los bloques V1 y V2, según que bloque se disponda, y cual sea el rango a trabajar.

30 Ing. Claudio A Carballal Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712

Objeto de ensayo con discontinuidad, pantalla con eco de falla.

Discontinuidad frente al eco de fondo.

Discontinuidad cerca de la superficie

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Existen equipos portátiles pequeños sin pantalla A-SCAN que solo tienen un indicador digital, los cuales solo sirven para medir espesores. Estos equipos son muy útiles útil en la l mayoría í de d los l casos, y de d menor costo t que un equipo i A-SCAN. A SCAN Un equipo de medición de espesores no puede ser usado para detectar discontinuidades.

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. Para obtener una buena resolución cerca de la superficie con transductores normales, se debe realizar el ensayo con transductores Emisor-Receptor, Esta técnica usa dos cristales, que son acústicamente y eléctricamente separados en la misma carcasa. Además de esto, estos cristales se pegan a un camino de retraso relativamente largo (hecho de perspex) y son ligeramente inclinados uno hacia el otro. La conexión del E-R E R en el equipo se hace en modo dual (doble), (doble) es decir, decir un elemento se conecta al transmisor y el otro con la entrada del amplificador del receptor. El pulso inicial se posiciona lejos de la izquierda de la pantalla, d bid all largo debido l camino i de d retraso. t

Las reflexiones múltiples generadas dentro del camino de retraso del transmisor no interfieren, porque transmisor no cumple ninguna función p Sólo cuando los ondas acústicas salen del objeto j y entran como receptor. en el elemento receptor del E-R generara los ecos en la pantalla del equipo

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Fig. 35 Corte longitudinal: Transductor E-R.

Transductor E E-R R en la pieza: Eco de fondo en el TRC

Transductor E-R en la p pieza: Eco de una discontinuidad en el camino sónico.

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Cuando se trata de inspeccionar o medir materiales de poco espesor, o cuando se desea detectar discontinuidades debajo de la superficie del material, la "zona muerta" impide p clara. una respuesta El cristal piezoeléctrico recibe una "respuesta" en un período corto después de la emisión, no habiendo amortiguado suficientemente sus vibraciones. En este caso sólo puede ayudar un transductor que separe la emisión de la recepción recepción. Para eso se desarrolló un transductor de doble cristal, en el que en la misma carcasa se incorporaron dos cristales separados por un material acústico aislante i l t y llevemente t iinclinados li d respecto t a lla superficie fi i d de contacto. t t

Se conectan al equipo de ultrasonido por un cable doble, por lo que el equipo debe ser ajustado para trabajar con dos cristales que se montan sobre bloques de plástico especial de baja atenuación.

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Debido a esta inclinación, los transductores dobles no se pueden usar para cualquier distancia (profundidad). Siempre tienen una banda de inspección óptima que debe ser observada observada, fuera de esta zona la sensibilidad se reduce. En ciertos casos estos transductores dobles se utilizan con "focalización", es decir, el haz es concentrado en una determinada zona del material para el que se necesita la máxima sensibilidad El transductor de doble cristal es el más indicado y utilizado en los procedimientos de medición de espesores por ultrasonido ultrasonido.

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Transductores perpendiculares con oscilador doble (doble cristal E-R).

Los palpadores mono cristal no permiten medir recorridos de impulsos pequeños, ya que la señal del pulso de emisión origina un eco inicial cuya base conforma la denominada “zona zona muerta muerta” que impide en esta zona del TRC poder distinguir indicaciones. Es decir, que no se pueden detectar reflectores “cerca” de la superficie de ensayo o medir objetos de pequeño espesor. Para tal fin se creo la técnica de ensayo con palpadores del tipo E-R, que constan de dos osciladores separados eléctrica y acústicamente, esto se logra con una planchuela de corcho o de policloruro de vinilo, donde un oscilador cumple la función de emisor y el otro de receptor. Ambos van montados sobre una columna o trayecto previo de acrílico (generalmente Perpex), con una ligera inclinación (entre 4 y 12º) sobre las bases de plástico para producir un trayecto previo “línea de retardo” del haz ultrasónico pasado el cual incidirá sobre el material obteniéndose en el ultrasónico, interior de este, por focalización o convergencia, su concentración en una zona de “máxima sensibilidad”; específicamente para puntos situados a una d t determinada i d distancia di t i de d la l superficie, fi i zona que puede d hacerse h coincidir i idi con fallas poco profundas, eliminándose así el efecto pernicioso de la interferencia del impulso de emisión (zona muerta) en el comienzo de la escala del TRC. La inclinación de los cristales caracteriza por lo tanto al rango de la medición.

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El trayecto previo al haz hace que la señal de emisión se encuentre distante de la muy pequeña señal que origina la p plástico-metal, , interface figura 4.31b; se obtiene así una doble indicación, la segunda segunda, corresponderá al eco de contacto para fijar la posición de defecto o di discontinuidad ti id d y la l medida did del d l espesor.

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La distancia de máxima sensibilidad dependerá del ángulo de inclinación de los cristales y de la frecuencia por lo que surge de las características de cada palpador. Alcanzada esta distancia la altura o energía del eco decrece rápidamente para mayores o menores profundidades, figura p g 4.32.

Para obtener mayor cantidad de ecos de fondo se deben utilizar palpadores con cristales que presenten los menores ángulos de inclinación, en cuyo caso se aleja de la superficie la zona de máxima sensibilidad. sensibilidad Los transductores doble cristal son especialmente utilizados para detectar fallas en superficies curvas y en tubos erosionados o corroídos o para la detección y evaluación de los defectos lindantes con superficies planas o sea en todos los casos que resulte necesario una buena resolución. Estos palpadores E-R son los de mas alta definición en el campo cercano, pudiendo detectarse defectos de hasta 1mm 1mm² a profundidades no mayores a los 0,3 0 3 mm o a una distancia del valor de la longitud de onda; su optimo alcance puede llegar a los 300mm empleando frecuencias de 1 MHz a 10 MHz.

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Las as dete determinaciones ac o es puede pueden e efectuarse ectua se a te temperaturas pe atu as máximas á as ap aproximadas o adas a los os 550ºC según que resulten consecutivas o espaciadas. El disponer de los cristales montados independientemente uno del otro presenta la ventaja permitir seleccionar los materiales p piezoeléctricos de acuerdo a su capacidad p de emitir de p o recepcionar al haz ultrasónico. Debe tenerse presente, además, que a la capacidad del oscilador de ser buen emisor o receptor debe sumársele una elevada sensibilidad teniendo en cuenta la atenuación del haz en el trayecto previo, aun considerando que los plásticos utilizados (plexiglás, perpex o lucite) presentan un bajo coeficiente de atenuación. Además de los apoyos de plástico deben tener una buena impedancia acústica, compatible con la del material a examinar considerando que si difieren en mucho (coeficiente de reflexión acústica R próximo a uno) se producirá una fuerte reflexión del haz en la superficie con la consiguiente perdida de energía.

El aire y en g general los g gases atenúan fuertemente la energía g ultrasónica, p por lo tanto, para lograr la transferencia de energía del palpador a la pieza a examinar es necesario interponer un medio fluido que desplace el aire y realice el llamado acoplamiento acústico. Si al apoyarse el palpador sobre el material queda entre ambos una película de aire, cuya impedancia acústica resulta muy inferior a la de los medios, el coeficiente de reflexión R tiende a uno, por lo que la transmisión de la onda sonora se vera sensiblemente disminuida. A tal efecto comprobaciones experimentales verificaron que si el espesor de la película del aire alanza a 0,0001 mm la refracción puede llegar a ser nula para las frecuencias standard de 1 a 10 MHz, o sea que el haz no penetrara en el medio que constituye el material o pieza a ensayar. Ing. Claudio A Carballal Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712

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Entre los efectos debido a la condición de la superficie de la exploración hay que distinguir en primer lugar las ocasionadas por la cascarilla de óxido o por los recubrimientos cuya falta de adherencia puede dar lugar a una merma sensible de la transmisión de la presión acústica incidente debido al efecto de la película de aire interpuesta entre la cascarilla o el recubrimiento y el metal base, por lo que es conveniente preparar la superficie de exploración mediante amolado amolado, cepillado cepillado, arenado o algún otro medio adecuado a la necesidad. En cuanto a los efectos propios de la rugosidad de la superficie se pueden agrupar de la ssiguiente gu e te manera: a ea  Disminución de la transmisión de la presión acústica.  Aumento del ancho de la zona muerta. generación de ondas p parásitas de superficie. p  Cambio en la dirección del haz y g El estado y acabado superficial de la cara opuesta a la exploración influye sobre la amplitud del eco correspondiente a la reflexión en dicha cara, y a ciertos niveles de rugosidad de dicha superficie, este eco puede ser fuertemente amortiguado, lo cual puede dar lugar a interpretaciones erróneas cuando se trata de determinar el tamaño de un defecto, comparando su indicación con la del eco de fondo. La curvatura de la superficie de exploración produce fenómenos de cambio en la divergencia del haz, o bien aumentándola o disminuyéndola y fenómenos de conversión de ondas que dan lugar a falsas indicaciones. E t fenómeno Este f ó depende d d del d l sentido tid d de lla curvatura, t ((cóncava ó o convexa)) y ttambién bié d de sii ell ensayo es realizado por contacto o por inmersión y con incidencia normal o angular.

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Con el empleo de palpadores de doble cristal (E-R) se obtienen zonas de máxima sensibilidad que dependen de la inclinación de los osciladores y de la frecuencia de emisión. emisión Estas zonas se caracterizan por generar en la pantalla del TRC ecos de gran presión acústica, que disminuyen muy rápidamente p para mayores p y o menores p profundidades.

Con estas características generalmente no se obtiene una sucesión de ecos de fondo, como lo requieren los bloques V1 y V2, por lo que se recurre a p patrones de referencia escalonados, q que p permiten obtener en la pantalla, en forma sucesiva, por lo menos dos ecos de fondo producidos por distintas profundidades o saltos normalizados del bloque, el que presenta 5 escalones de 2mm a 10mm (VW) o 10 escalones de 1mm a 10mm, para unidades métricas.

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Con el empleo del patrón de referencia escalonado el proceso de calibración con palpador E-R, resulta: 

Se calibra el equipo para un rango determinado, generalmente de 10mm ((0 a 10mm en la escala del TRC), ), p para efectuar luego g la calibración, en forma sucesiva, en los rangos de 4 y 8mm.



Se coloca el palpador en el escalón de 8mm y mediante el mando de puesta a cero se ajusta esta distancia en la escala de la pantalla.



A continuación ti ió se apoya ell palpador l d en ell escalón ló de d 4mm 4 y con ell auxilio del mando del control de velocidad se hace coincidir el eco correspondiente con la división de la escala que registre este espesor. espesor

El ajuste final se logra alternando la posición del palpador en los escalones de 4 y 8mm, repitiendo el proceso indicado en los puntos anteriores.

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Si consideramos que en el recorrido en V de las ondas transmitidas, las distancias medidas resultan S4 y S8, del simple análisis de la siguiente figura se desprende que serán mayores q y q que los espesores p del bloque q de referencia ((e4 y e8), ), p por lo cual el pulso del sonido introduce un desvío o error, que en una correcta calibración puede considerarse despreciable, siempre dentro del rango de 4 a 8mm. 8mm

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Resulta evidente q que p por razones g geométricas a medida q que el espesor p de p pared disminuye las diferencias se acrecientan. Así por ejemplo, si se verifican espesores de 1mm puede llegar a obtenerse un eco que indique una medida de 1,4mm, error inaceptable en este tipo de determinaciones determinaciones. Para obtener mediciones precisas, de hasta 0,1mm, los equipos poseen correctores automáticos que compensan las variaciones entre el camino sónico recorrido y el espesor del material material. Cuando se grafican curvas de corrección de un equipo, no deben excederse las tolerancias exigidas para cada rango. La función de corrección requiere un exacto ajuste a cero y es de singular importancia para determinar espesores de tubos y recipientes erosionados de menos de 2mm.

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El Scan Scan-B B es una representación especial, en función del recorrido, del espesor de pared del objeto a ensayar Esta representación es ensayar. ideal para reproducir secciones corroídas. Para esta representación, ell palpador se ió l d guía sobre la sección a comprobar de la pieza. La sección transversal del objeto a comprobar mostrada en la pantalla proporciona al inspector una visión general rápida de la distribución del espesor en la pieza De este modo, modo pueden pieza. verse claramente de forma especial los espesores de pared mínimos. í i

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. Si el material no es homogéneo, pueden existir velocidades del sonido diferentes en las distintas zonas del objeto medido. Por ello, al realizar la calibración del aparato, debe tenerse en cuenta una velocidad del sonido media. Sin embargo, los mejores resultados se obtienen si el aparato se calibra con la ayuda de un espécimen comparativo compuesto por el mismo que el objeto j ensayado. y Este bloque q de calibración debe tener superficies p planas y p material q paralelas y un espesor correspondiente al espesor máximo del objeto medido. Además, el inspector debe tener presente que los tratamientos térmicos producen cambios fundamentales en la velocidad del sonido. Esto debe tenerse en cuenta para la valoración de la precisión del espesor de pared medida por el instrumento. Si se espera que existan modificaciones fundamentales en la velocidad del sonido, la calibración del instrumento debe adaptarse a los valores de velocidad del sonido existentes a intervalos de tiempo cortos. Si no se hace pueden obtenerse valores de medición de espesores de pared incorrectos.

La velocidad del sonido en el objeto medido cambia también con la temperatura del material. Por ello, circunstancialmente pueden producirse errores de medición mayores si la calibración del instrumento se realiza en el bloque de calibración frío (temperatura ambiente) y la medición del espesor de pared, por el contrario, en el objeto medido, caliente. Estos errores de medición pueden evitarse si la calibración se realiza con la ayuda de un patrón t ó atemperado t d o en base b a una tabla t bl de d corrección, ió se tiene ti en cuenta t la l influencia i fl i de d la l temperatura en la velocidad del sonido. – Velocidad del sonido disminuirá aproximadamente 6% a 500 grados respecto a la velocidad a temperatura de 25 grados.

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La medición del espesor de pared residual en las piezas de instalaciones erosionadas o corroídas internamente como tuberías, depósitos o recipientes de reacción de todo tipo, tipo requiere un equipo de medición realmente apropiado, apropiado así como un manejo especialmente cuidadoso del palpador. El inspector debe estar informado siempre sobre los espesores de pared nominal respectivos, así como de las pérdidas de espesor de pared previstas.

El inspector debe estar familiarizado con el uso del medio de acoplamiento de ultrasonidos de forma que el medio de acoplamiento se aplique en cada medición ultrasonidos, del mismo modo y se eviten de esta forma oscilaciones en el espesor de capa del medio de acoplamiento y los errores derivados de ello en los resultados de medición. La calibración del aparato y la medición del espesor de pared real deben realizarse en las mismas condiciones de acoplamiento. Para ello deben utilizarse las cantidades más pequeñas posibles de medio de acoplamiento y ejercerse una compresión uniforme sobre el palpador. En las superficies de acoplamiento acodadas, como por ejemplo en tubos, el palpador DUAL utilizado debe acoplarse de que su capa p de separación p acústica forme un ángulo g de 90° con el eje j manera q longitudinal del tubo.

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El palpador utilizado para la medición debe estar en buen estado, por lo que no debe mostrar ningún desgaste destacable de la superficie de acoplamiento o del tramo de avance. El rango de medición (campo de aplicación) indicado en las hojas de da datos os de del pa palpador pado respectivo espec o debe co comprender p e de e el rango a go de espeso espesor de pa pared ed a comprobar. La temperatura del objeto medido debe encontrarse dentro de la gama de temperatura permitida para el palpador seleccionado.

Puede producirse un error de medición peligroso en la medición de espesores de pared por ultrasonidos si se realiza una medición del espesor de pared por debajo del rango de aplicación (rango de trabajo) indicado para el palpador utilizado. Si el primer eco de superficie límite es demasiado pequeño para una evaluación, el segundo por el contrario tiene una amplitud suficientemente alta y es evaluado por el equipo. De este modo se obtiene la indicación de un valor de medición de espesor de pared que es el doble de grande que el real. Para evitar este tipo de errores de medición, medición el inspector debe realizar en las mediciones en el límite del rango de aplicación, una medición de control adicional con otro palpador.

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La limpieza de la pieza de ensayo afecta a la medición de su espesor. Una preparación superficial inadecuada puede conducir a resultados inconsistentes. inconsistentes La suciedad e incrustaciones adheridas se deben eliminar por cepillado antes de la medición.

La rugosidad interfiere sobre el espesor estimado (sobrevaluación) y modifica los coeficientes de reflexión y transmisión en la interface. En circunstancias donde haya una rugosidad significativa significativa, el camino sónico se incrementa y la superficie de contacto se reduce. La incertidumbre de la medición se incrementa con la disminución del espesor. Si la superficie opuesta a la de entrada (eco de la pared de fondo) es rugosa rugosa, la señal acústica puede ser deformada; esto puede resultar en un error en la medición.

El barrido sobre una superficie irregular con un palpador de contacto hace necesario la utilización de una capa gruesa de acoplante. Esto puede producir distorsión del haz. Cuando se utilizan los modos 1, 1 2 o 4, 4 se puede incluir en la lectura el tiempo de recorrido en la capa de acoplante, que resultara en un error aditivo. Para una relación de velocidades del acoplante-material de 1 a 4, este error puede ser igual a cuatro veces el espesor real del acoplante. El medio de acoplamiento debe ser seleccionado para adaptarse a las condiciones superficiales y las irregularidades de la superficie y asi asegurar un acoplamiento adecuado.

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La temperatura modifica la velocidad del sonido (tanto en el material como en cualquier camino de retardo y cara del palpador) y también la atenuación acústica total. Como para todas las mediciones, si se requiere máxima precisión, se considerara la variación de la temperatura y su efecto sobre los siguientes puntos adicionales:   

- Referencias: normas, calibres, bloques de ensayo. - Aparatos: equipamiento, palpadores, etc. - Procesos y métodos: acoplante, objeto bajo ensayo.

La velocidad del sonido disminuye con el aumento de la temperatura en la mayoría de los metales y plásticos, mientras que puede observarse un aumento en vidrio y cerámicos. cerámicos La influencia de la temperatura sobre la velocidad del sonido en metales es normalmente insignificante. La velocidad de la onda longitudinal (onda de compresión) en la mayoría de los aceros disminuye aproximadamente -0,8 0 8 m/s por cada grado °C . La influencia de la temperatura en plásticos es significativa. Para el acrílico, que se utiliza tili normalmente l t en llos caminos i d de retardo, t d ell coeficiente fi i t es d de -2,5 2 5 m/s / °C . Para esto se aplicara una compensación.

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Variación del espesor versus temperatura Medido UT

25.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500 0 500.0

º º º º º º

5930 m/s 5870 m/s 5790 m/s 5710 m/s 5630 m/s 5550 m/s

Espesor real a la temperatura de la pieza

25.0 º

100.0 º

200.0 º

300.0 º

400.0 º

500.0 º

5.00 mm

4.95 mm

4.88 mm

4.81 mm

4.75 mm

4.68 mm

10.00 mm

9.90 mm

9.76 mm

9.63 mm

9.49 mm

9.36 mm

15.00 mm

14.85 mm

14.65 mm

14.44 mm

14.24 mm

14.04 mm

20.00 mm

19.80 mm

19.53 mm

19.26 mm

18.99 mm

18.72 mm

Porcentaje 1.0% 2.4% 3.7% 5.1% 6 4% 6.4%

Variación del espesor vs temperatura

5,10 mm 5,00 mm

5,00 mm

4,95 mm 4,88 mm

4,90 mm

4,81 mm 4,80 mm

4,75 mm 4,68 mm

4,70 mm 4,60 mm 4,50 mm 25,0 º

100,0 º

200,0 º

300,0 º

400,0 º

500,0 º

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•

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Modo de eco múltiple. El modo de eco múltiple se recomienda, recomienda por ejemplo ejemplo, para la medición del espesor de pared de objetos revestidos. Para ello se utilizan dos (o más) ecos de superficie límite o pared de fondo, para calcular el espesor de pared. El modo de eco múltiple puede usarse tanto con palpadores de emisión-recepción emisión recepción como duales duales. El procedimiento de medición es esencialmente el mismo que en el caso convencional. Sin embargo, en el modo de eco múltiple, una parte de la energía de impulso acústico se refleja en la superficie límite entre el revestimiento (capa de pintura) y el material a comprobar. El resto de la energía del primer impulso transmitido sigue atravesando el material a comprobar y regresa como eco de la superficie límite El tiempo de paso entre dos ecos de superficie límite consecutivos, se utiliza junto con la velocidad del sonido en el material material, para calcular el espesor del material. Los ecos procedentes del revestimiento se ignoran. ignoran El principio de funcionamiento del modo de eco múltiple con un palpador de emisiónrecepción se muestra en la siguiente figura.

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Cuando C d se mide id a ttravés é d de revestimientos, ti i t se producirán errores debido a las diferentes velocidades del sonido del revestimiento y del objeto de ensayo. p de acero de 12 mm recubierta Sea una chapa por una capa de pintura de 0,5 mm  Espesor real 12mm + 0,5mm = 12,50 mm Que espesor mediria el equipo de UT ??? Vel. acero 5,90 mm/μs – Vel pintura :2,00 mm/μs Vel= espesor/tiempo  t=e/v Tiempo pint pintura ra = 0 0.5mm 5mm / 2 2.0mm/μs 0mm/ s = 0.25 0 25 μs s Tiempo acero = 12mm / 5.9 mm/μs = 2.03 μs Tiempo recorrido total= 2.28μs El equipo al estar seteado vel acero tendriamos: Espesor = 2.28μs x 5,9 mm/μs =13.45 mm Con lo cual tendriamos una desviacion de la realidad de : 0,95 mm

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Bloque Al

Pintura Epoxy

10 00 mm 10.00

0 10 mm 0.10

0 20 mm 0.20

0 30 mm 0.30

0 40 mm 0.40

0 50 mm 0.50

Espesor Real

10.10 mm

10.20 mm

10.30 mm

10.40 mm

10.50 mm

Espesor Medido

10.30 mm

10.60 mm

10.89 mm

11.19 mm

11.49 mm

Diferencia

0.20 mm

0.40 mm

0.59 mm

0.79 mm

0.99 mm

Error

2%

4%

6%

8%

9%

Velocidad Aluminio: 6260 m/s ( 6.260 mm/μs) V l id d Pintura Velocidad Pi t Epoxy: E 2100 m/s / ( 2.100 2 100 mm/μs) / )

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En este caso, la pequeña superficie de contacto entre el palpador y el objeto en ensayo puede reducir la efectividad del acoplante y a su vez la calidad de la señal. El palpador estará alineado con el centro de curvatura del objeto de ensayo. Estos p transmisión acústica factores afectaran la calidad de la medición,, dando una pobre y repetitividad .La superficie de contacto del palpador puede ser de tal forma de ajustarse a la curvatura, para mejorar la transmisión del ultrasonido.

La resolución exacta de un equipo es el incremento mas pequeño de la cantidad que esta siendo medida,, que q q p puede ser reconocida p por el sistema. Por ejemplo, equipos digitales para espesores pueden mostrar una resolución aparente de 0,001 mm pero solamente ser capaces de medir con una resolución de 0,01 mm. mm La resolución del equipamiento esta influenciada por la elección del tipo transductor y la frecuencia. Transductores con mayores frecuencias proporcionan mayor resolución que los de menores frecuencias.

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Influencia de los materiales El material t i ld dell objeto bj t a ser medido did puede d iinfluenciar fl i en lla selección l ió d de lla té técnica i aplicada para la medición ultrasónica del espesor. Metales forjados o rolados normalmente tienen una atenuación menor y una velocidad del sonido constante y bien definida. Estos materiales son fácilmente medibles.

La atenuación acústica es causada por la perdida de energía por absorción (por ejemplo goma) y por la dispersión (por ejemplo granos bastos) bastos). Este efecto puede causar una reducción en la amplitud de la señal o una distorsión de la misma. Las fundiciones generalmente presentan atenuación a causa de absorción y dispersión produciendo ausencia o erróneas indicaciones indicaciones. La alta atenuación solamente por absorción también puede encontrarse en plásticos.

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Información general a tener en cuenta

1. 2. 3 3. 4. 5. 6 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 16

Nombre del operador; Detalles de calificación del operador; Detalles de la empresa del operador; Fechas de la primera y la ultima medición en el presente informe; Detalles de lugar/ sitio; Tipo de instrumento y numero de serie serie, Calibración; Descripción del tipo de palpador (incluyendo tamaño de cristal/frecuencia) y numero de serie; Detalle del bloque de referencia, si corresponde; Tipo de acoplante; Equipo de medición método / Modo; Tipo p de material;; Detalles del ajuste del instrumento, por ejemplo método; Descripción general de la planta / estructura / piezas sometidas a inspección incluyendo la descripción de las condiciones de la superficie, por ejemplo recubierta / aislada/ rugosa/ lisa/ granallada; temperatura de la pieza. Detalles de los requerimientos de la compañía / agencia y propósito de la inspección; Referencias de normas y especificaciones a aplicarse; Firma del operador