16 - Ultrasonido · PDF fileAPLICACIONES DEL METODO ULTRASONICO EN EL CONTROL DE CALIDAD DE...
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1 1 16 - Ultrasonido 2016 2 Introducción El campo de aplicación de los ultrasonidos abarca actividades muy diversas tales como: - Medicina (Ej. diagnosis, terapias); - Navegación (Ej. detección de cascos, bajos); - Pesca (Ej. detección de bancos de peces); - Comunicaciones (Ej. señales submarinas); - Mecanizado (Ej. activación del proceso abrasivo y perforación); - Limpieza ( Ej. en Patrones de Líquidos Penetrantes); - Otras. Nuestro interés se centrará en las: APLICACIONES DEL METODO ULTRASONICO EN EL CONTROL DE CALIDAD DE MATERIALES
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16 - Ultrasonido
2016
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Introducción
El campo de aplicación de los ultrasonidos abarca actividades muy diversas tales como:
- Medicina (Ej. diagnosis, terapias);
- Navegación (Ej. detección de cascos, bajos);
- Pesca (Ej. detección de bancos de peces);
- Comunicaciones (Ej. señales submarinas);
- Mecanizado (Ej. activación del proceso abrasivo y perforación);
- Limpieza ( Ej. en Patrones de Líquidos Penetrantes);
- Otras.
Nuestro interés se centrará en las:
APLICACIONES DEL METODO ULTRASONICO EN EL CONTROL DE CALIDAD DE MATERIALES
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IntroducciónDEFECTOLOGÍA
- Estudios de defectos ( detección, ubicación y evaluación )- Internos;- Superficiales;- Subsuperficiales.
Se utilizan equipos que miden tiempo de recorrido e intensidad acústica
METROLOGÍA
Se pueden realizar diferentes mediciones, ejemplos:
- Medir dureza;- Determinar el nivel de un líquido en un recipiente;- Determinar la velocidad acústica de un material;- Medir espesores;- Medir capas de tocino y músculo en porcino vivo; etc.
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ULTRASONIDO
OBJETIVO: Determinar defectos internos, superficiales, discontinuidades. En materiales ferrosos y no ferrosos, medir espesores de paredes.
Los defectos se visualizan en un osciloscopio de rayos catódicos.
Es un ensayo subjetivo, debido a que no queda ningún documento del ensayo
Un sólido esta formado por moléculas fuertemente unidas atraídas entre si y que se encuentran distribuidas en forma regular y geométrica, si producimos una perturbación, esta se propaga en todo el medio, en forma de ondas.
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ULTRASONIDO
ONDAS LONGITUDINALES. Si un cuerpo vibra, sus partículas se mueven alrededor de su posición de equilibrio, si su dirección es la misma de su propagación estamos en presencia de ondas longitudinales.
Como las partículas son atraídas hacia su posición de equilibrio por sus vínculos elásticos, no hay un transporte de materia, solo hay un transporte de energía, las ondas sonoras, son ondas mecánicas que transportan energía.
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ONDAS TRANSVERSALES. Cuando la dirección de
propagación esta a 90 grados,del movimiento de las partículas, estamos en presencia de ondas transversales.
Como la propagación de las onda es función del módulo de elasticidad. En los sólidos ambos módulos , longitudinal y
transversal son distintos de cero, y en los fluidos el transversal vale cero, por lo tanto en los sólidos se propagan ondas
longitudinales, transversales, y combinadas, mientras que en los fluidos ( líquidos y gases), solo longitudinales.
En los fluidos no existen ondas transversales.
ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO
f: frecuencia ���� Hz ( Hertz) : 1 s-1
ONDAS SONICAS NO AUDIBLES f < 16 Hz
ONDAS SONICAS AUDIBLES 16 Hz < f < 20 kHz
ONDAS ULTRASONICAS f > 20 kHz
20 kHz para hormigón
20 MHz para metálicos, lo común 1 a 12 MHz
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ULTRASONIDO
LAS ONDAS ULTRASONICAS SE GENERAN A PARTIR DEL EFECTO PIEZOELECTRICO
El efecto piezoeléctrico consiste en la propiedad que tienen ciertos cristales, que al ser cortados según determinada orientación, y serle aplicada una presión mecánica entre sus caras, generan una descarga eléctrica
Esta descarga será positiva en una cara y negativa en la otra, al invertirse el signo de las cargas se invierte el sentido de la descarga.
Inversamente si se aplican cargas eléctricas a las caras del cristal, Este se comprime o tracciona según sea el signo de las cargas eléctricas, produciéndose vibraciones u ondas mecánicas.
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ULTRASONIDO
ENTONCES APLICANDO UN ELEMENTO CONDUCTOR SOBRE UNA CARA DEL CRISTAL Y ALIMENTANDOLO CON UNA TENSION ELECTRICA, EL CONJUNTO FUNCIONA COMO UN GENERADOR DE ONDAS MECANICAS.
EN ESTE CASO ULTRASONIDO.
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ULTRASONIDO
Los materiales comunes de los cristales son:
CuarzoSulfato de litioTitanato de Bametaniobato de Pbzirconato de Pb
El conjunto se llama palpador o cabezal, puede ser emisor, receptor o emisor y receptor en el mismo cabezal.
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ULTRASONIDOINCIDENCIA OBLICUA
Cuando una onda incide, bajo un determinado angulo, respecto a la normal, en una
superficie que limita a 2 medios
( 1 y 2).
Parte del haz es reflejado y
parte es transmitido al medio 2, produciéndose el fenómeno de
refracción, este ángulo
dependerá del ángulo de
incidencia inicial y de la velocidad del sonido de los materiales 1 y 2.
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ULTRASONIDOINCIDENCIA OBLICUA
Es aplicable a estos fenómenos la ley de Snell
r = reflejada
d = refractada
i = incidente
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ULTRASONIDOANGULOS LIMITES
MEDIO 1 ACERO MEDIO 2 PLEXIGLAS
1er. ANGULO LIMITE
αL1 = 27,6 º αT2= 33º
Al desplazar el haz incidente y aumentar el ángulo α, en el 2do. medio el haz refractado longitudinal se sigue
abriéndo, se va adelantando, cuando el ángulo α incidente
llega a los 27,6º, el ángulo α transversal tiene 33º, la onda
longitudinal refractada tiene 90 º y no aparece en el 2do
medio
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ULTRASONIDOTRANSFORMACION DE ONDAS
Onda longitudinal
Onda transversal
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ULTRASONIDO ANGULOS LIMITES
MEDIO 1 ACERO\ MEDIO 2 PLEXIGLAS
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ULTRASONIDOANGULOS LIMITES
Si α L1 = 57,8°en el medio 1, en el medio 2 es: α T2 = 90ºCuando el haz transversal tiene 90º las ondas se propagan como ondas superficiales. ( 2do. Angulo límite)
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ULTRASONIDOANGULOS LIMITES
MEDIO 1 ACERO MEDIO 2 PLEXIGLAS
2do ANGULO LIMITE
α L1 = 57,8º α T2 = 90º
Si seguimos variando el angulo αL1, a αL2, la
onda transversal refractada, deja tambien el medio 2,
α L1 = 57,8º α T2 = 90º
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ULTRASONIDO
ANGULOS LIMITES PRACTICOS PARA PALPADORES ANGULARES
1er. ANGULO LIMITE
αT2= 35º
2do ANGULO LIMITE
α T2 = 80º
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ULTRASONIDO
Las ondas acústicas dependen de la
velocidad del
sonido en el
medio y de la
impedancia acústica
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ULTRASONIDO
Las ondas acústicas dependen de la velocidad del sonido en el medio y de la impedancia acústica
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Las ondas acústicas dependen de la velocidad del
sonido en el medio y de la impedancia acústica
ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO
Las ondas acústicas dependen de la velocidad del sonido en el medio y de la impedancia acústica
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ULTRASONIDO
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ULTRASONIDOIMPEDANCIA ACUSTICA
LA IMPEDANCIA ACUSTICA ( Z ) ES UNA CONSTANTE DEL MATERIAL
Si un medio posee baja impedancia, ofrece baja resistencia a la propagación del sonido.
Se puede decir que la impedancia es una resistencia que se opone a las vibraciones.
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ULTRASONIDOIMPEDANCIA ACUSTICA
LA IMPEDANCIA ACUSTICA ( Z ) ES UNA CONSTANTE DEL MATERIAL
La impedancia esta relacionada con la densidad(δ) y la velocidad del sonido en el medio (c)
Z = δ x c
La relación de impedancia de los materiales establece la proporción del poder de transmisión de las ondas dentro de un material de impedancia diferente
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ULTRASONIDOIMPEDANCIA ACUSTICA
Tabla comparativa de parámetros
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ULTRASONIDO IMPEDANCIA ACUSTICA
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ULTRASONIDO IMPEDANCIA ACUSTICA
Acero al carbono Z = 466 x 104 g cm-2 s-1
Aire Z = 0,004 x 104 g cm-2 s-1
Agua Z = 14,9 x 104 g cm-2 s-1
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ULTRASONIDO Reflexión y transmisión de ondas (presión)
Las ondas ultrasónicas son reflejadas cuando atraviesan medios con diferente impedancia acústica (Z)
La fracción de intensidad incidente que se refleja (R) se puede calcular según la siguiente ecuación:
La intensidad trasmitida (T) se puede calcular como: 1-R
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¿Cómo se aplican los ensayos?
• Medición de nivel de un líquido en un
tanque
• Detección de imperfecciones en un material
• Espesor de un pieza
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ULTRASONIDO
PALPADOR LONGITUDINAL
EMISOR - RECEPTOR
PARA TRABAJOS ESPECIALES O PARA CONTROLES CONTINUOS PUEDE USARSE UN PALPADOR EMISOR Y OTRO RECEPTOR
Los palpadores con plaquitas de cuarzo son los mas resistentes al desgaste.
Si utilizamos otro debemos usar un protector de goma
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ULTRASONIDOPALPADOR LONGITUDINAL EMISOR - RECEPTOR
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ULTRASONIDO
SENSIBILIDAD: Es función de la cantidad de energía eléctrica que se transforma en energía mecánica.
RESISTENCIA AL DESGASTE: es cuando se usa el cristal sin protector
El mas resistente es de cristal de cuarzo.
PODER RESOLUTIVO:Es la mayor o menor separación entre dos ecos de fondo, aun cuando el escalón de la pieza sea mínimo.
Con un palpador con un gran poder resolutivo se pueden observar 2 ecos consecutivos producidos por un escalón muy mínimo
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ULTRASONIDO
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ULTRASONIDOPALPADOR S–E
Para determinar fallas cerca de la superficie o medir espesores.
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ULTRASONIDOPALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDOPALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDODETECCION DE FALLAS CON PALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDODETECCION DE FALLAS CON PALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDO DETERMINACION DE LUGAR FISICO DE LA FALLA
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ULTRASONIDO
DETECCION DE FALLAS EN PIEZAS CURVAS
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ULTRASONIDO
NOMENCLATURA DE LOS PALPADORES
Q = Cuarzo B= Titanato de Ba K = Cristal especial
El Numero indica la frecuencia en MHz ( p/e : B 2 )
La letra S después de la frecuencia indica que tiene suela protectora ( B2S)
La letra T luego de la frecuencia, estancos al agua, Q 4 T
La letra M antes de la nomenclatura, significa miniatura,M Q
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ULTRASONIDO
NOMENCLATURA DE LOS PALPADORES
La letra S antes de la M, significa subminiatura , S M Q
Ejemplo general de un palpador longitudinal: S M B 6 S SUBMINIATURA-TITANATO DE Ba- 6 MHz – SUELA PROTECTORA.
La letra W antes de la nomenclatura significa palpador angular (W B).
Frecuentemente se presentan W 45 o M W 45, son de Titanato de Ba y 4,5 MHz
Si tiene la letra O son para ondas superficiales.
Las letras SE significa que son 2 cristales independientes (Emisor y Receptor). Palpadores duales.
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ULTRASONIDO
ESQUEMA DEL EQUIPO GENERADOR DE ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO
TODO INSTRUMENTO DE ANALISIS DE DETECCION DE FALLAS ,MEDICION DE ESPESORES, ETC, POR ULTRASONIDO, CONSTA BASICAMENTE DE:
- GENERADOR DE PULSOS.
- RECEPTOR AMPLIFICADOR
- OSCILOGRAFO DE RAYOS CATODICOS.
El aparato y su funcionamiento es independiente del palpador utilizado, pero la preparación del equipo se debe realizar en función del palpador a utilizar.
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ULTRASONIDO
ACOPLAMIENTO, Para que se produzca el pasaje del haz de ondas ultrasónicas desde el palpador hacia la pieza y viceversa es necesario que no haya aire entre ambos, para ello se usa un elemento que se llama acoplamiento, puede ser agua, grasa, vaselina, aceite etc.
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ULTRASONIDO
La cantidad de botones de comando etc. que tiene el equipo depende del modelo, antigüedad y algun otroelemento particular. Pero esencialmente todos tienen
RANGO O RANGE: Regula el campo de aplicacion del equipo, esta graduado en unidades de distancia, mm, metros.
Suele tener 2 botones, uno de ajuste grueso y otro de ajuste fino. Regula la velocidad de desplazamiento del punto luminoso y permite la apertura y/o cierre de la distancia entre ecos, de esa manera se puede ubicar el cero del aparato.
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ULTRASONIDO
DESPLAZAMIENTO O DELAY: Este es un corrimiento del cero, permite desplazar los ecos, manteniendo la distancia y el paralelismo entreellos, constante.
AMPLIFICADOR: Con este control se puedevariar la altura de los ecos.
Esta graduado de decibeles.
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ULTRASONIDO
TRANSMISION POR TRANSPARENCIA
Se evalúa la cantidad de ondas ultrasónicas que se trasmite y que se recibe, sirve esencialmente para el control 100% automático, como el caso de la palanquillas
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ULTRASONIDO
PROCEDIMIENTO POR PULSO Y ECO
Se basa en la medición del tiempo que pasa entre la transmisión del haz ultrasónico desde la superficie elegida y el eco de fondo o el eco de cualquier discontinuidad que exista en
el camino
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ULTRASONIDOONDAS TRANSVERSALES
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ULTRASONIDO ONDAS DE SUPERFICIE
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ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DEL EQUIPO. CON UNA PROBETA V 1/5
Calibración del equipo en unión con la probeta patrón V1/5, esta es de acero SAE 1022, forjado, templado y revenido y rectificada.
Calibración del equipo para ser usado con palpador normal
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DEL EQUIPO CON PROBETA V 1/5
Rango de 100 mm.
Se coloca grasa sobre el patrón para que haga de acople, luego se verifica que el eco de emisión este sobre la izquierda de la pantalla, entoces aparecerán los ecos de fondo.
Ubicaremos el 1er. eco de fondo en cero (0) y luego los restantes, jugando con el rango y el delay , una vez ubicados los ecos, con el delay corremos toda la pantalla hasta que el primer eco esté en 25. 52
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DEL EQUIPO. EN UNION CON UNA PROBETA V 1/5
Utilizando el rango de 250 mm podemos poner 10 ecos de fondo.
Si calibramos con la parte de 100 mm, podemos calibrar en la escala de 100 mm o en la escala de 250 mm.
Siempre necesitamos como mínimo 2 ecos de fondo para poder calibrar
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ULTRASONIDOONDAS LONGITUDINALES RANGO DE 100 mm PROBETA V1/5
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ULTRASONIDO
ONDAS LONGITUDINALES RANGO DE 250 mm PROBETA V I /5
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ULTRASONIDO
Calibración en unión con un palpador S-E
Estos palpadores se calibran con patrones especiales debido a que un cristal emite y otro cristal recibe
La probeta es escalonada de poco espesor, 2, 4, 6, 8 y 10 mm
Si usamos un aparato que tenga una escala de 10 mm, calibramos en forma sucesiva con 2 alturas.
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ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES ANGULARES CON LA PROBETA V2
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES ANGULARES CON LA PROBETA V2
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES ANGULARES CON LA PROBETA V1/5
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDOCALIBRACION DE PALPADORES ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
COMPARACION DE METODOS
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ULTRASONIDO
INMERSION
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ULTRASONIDO
INMERSION
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ULTRASONIDO
PALANQUILLA
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ULTRASONIDO
PALANQUILLA
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ULTRASONIDO
PALANQUILLA
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ULTRASONIDO SOLDADURA INCIDENCIA NORMAL
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ULTRASONIDO
SOLDADURA INCIDENCIA NORMAL
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ULTRASONIDO SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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ULTRASONIDO SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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ULTRASONIDO SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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ULTRASONIDO SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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ULTRASONIDO SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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Preguntas
1. ¿Para qué se utilizan los ensayos ultrasónicos?
2. ¿Qué limitaciones tiene el ensayo no destructivo por ultrasonido?
3. De acuerdo a IRAM-ISO-NM 9712, ¿qué nivel debe tener el operador de END para evaluar los resultados del ensayo?
4. ¿Qué diferencia hay entre una onda longitudinal y una transversal? ¿Cuál de las dos no se propagan en fluidos?
5. ¿De qué depende la velocidad de propagación de una onda mecánica en un sólido?
6. ¿Qué ondas se propagan más rápido en un sólido: las longitudinales, superficiales o transversales?
7. ¿Cómo se puede generar una onda transversal a partir de una onda longitudinal?
8. Describa la ley de Snell
9. ¿Qué función cumple el efecto piezoeléctrico en el ensayo ultrasónico?
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Preguntas
10. ¿En qué consiste el efecto piezoeléctrico?
11. ¿Para qué se utiliza el acoplante en el ensayo por ultrasonido?
12. ¿Qué técnicas existen para la medición de espesores por
ultrasonido en materiales metálicos (ver NM 16809)?
13. ¿A partir de que espesor es apropiado el ensayo ultrasónico
aplicado en soldaduras?
14. ¿Qué tipo de palpadores se utilizan en los ensayos de
ultrasonidos de soldaduras a tope?
15. ¿En qué clase de soldaduras se puede aplicar el ensayo de
ultrasonido con palpadores normales?
