Curso de Ultrasonido Nivel I y II

Versión 001 León & Russo Ingenieros S.A.C.

CURSO NIVEL I & IIULTRASONIDO


CONTENIDOINTRODUCCION

1. REPASO NIVEL I1.1 PRINCIPIOS DE ULTRASONIDO

1.2 INSPECCIÓN ULTRASÓNICA BÁSICA

1.3 FORMAS DE VIBRACIÓN ULTRASÓNICA

1.4 REFRACCIÓN Y CONVERSIÓN DE MODO

1.5 VARIABLES ULTRASÓNICAS

2. DISCONTINUIDADES EN MATERIALES2.1 CLASIFICVACIÓN DE DISCONTINUIDADES

2.2 DISCONTINUIDADES INHERENTES

2.3 DISCONTINUIDADES EN PIEZAS FUNDIDAS

2.4 DISCONTINUIDADES DE CONFORMADO

2.5 DISCONTINUIDADES DE SOLDADURA

3. INSPECCIÓN DE SOLDADURAS POR ULTRASONIDO3.1 INSPECCIÓN DE UN CORDÓN DE SOLDADURA

3.2 DETTECCIÓN DE DEFECTOS DE SOLDADURA

3.3 ESTIMACIÓN DEL TAMAÑO DE UNA SOLDADURA

3.4 DETERMIONACIÓN DE LAS CARATERÍSTICAS DE UNA

DISCONTINUIDAD

3.5 INSPECCIÓN DE TUBERÍA

4. CÓDIGOS NORMAS Y ESPECIFICACIONES4.1 CÓDIGO

4.2 NORMAS

4.3 ESPECIFICACIONES

4.4 DEFINICIONES

4.5 ASME

4.6 AWS

4.7 API


INTRODUCCIÓN

1. ¿Qué son las pruebas no destructivas?Las Pruebas no Destructivas son herramientas fundamentales y

esenciales para el control de calidad de materiales de ingeniería,

procesos de manufactura, confiabilidad de productos en servicio,

mantenimiento de sistema cuya falla prematura puede ser costosa o

desastrosa. Así como la mayoría de procedimientos complejos, no

pueden ser definidas en pocas palabras: “ Son el empleo de

propiedades físicas o químicas de materiales, para la evaluación

indirecta de materiales sin dañar su utilidad futura”.

Se identifican con las siglas: P.N.D.; y se consideran sinónimos:

Ensayos no destructivos (E.N.D.), inspecciones no destructivas y

exámenes no destructivos.

El método de prueba no destructiva original, y el más antiguo, es la

inspección visual, una extensión de ésta prueba son los líquidos

penetrantes, el inicio de éstos es considerado con la técnica del aceite y

el talco. A continuación se proporciona una lista de acontecimientos

históricos relacionados con descubrimientos y aplicaciones de las

pruebas no destructivas.

1868 Primer intento de trabajar los campos magnéticos.

1879 Hughes establece un campo de prueba

1879 Hughes estudia las Corrientes Eddy

1895 Roentgen estudia el tubo de rayos catódicos

1895 Roentgen descubre los rayos “X”

1896 Becquerel descubre los rayos “Gamma”

1900 Inicio de los líquidos penetrantes en FFCC

1911 ASTM establece el comité de la técnica de MT

1928 Uso industrial de los campos magnéticos

1930 Theodore Zuschlag patenta las Corrientes Eddy

1931 Primer sistema industrial de Corrientes Eddy instalado

1941 Aparecen los líquidos fluorescentes

1945 Dr. Floy Firestone trabaja con Ultrasonido


1947 Dr. Elmer Sperry utiliza industrialmente el UT

2. Falla de materialesDebemos declarar la diferencia entre productos, de acuerdo a sus

aplicaciones:

Algunos productos son usados únicamente como decorativos, o

tienen requisitos de resistencia a los esfuerzos tan bajos que son

normalmente sobre diseñados, estos materiales pueden requerir

la inspección solamente para asegurar que mantienen su calidad

de fabricación, tal como el color y el acabado.

Los productos o materiales que necesitan pruebas y evaluación

cuidadosa son aquellos utilizados para aplicaciones en las cuales

deben soportar cargas, bajo estas condiciones la falla puede

involucrar: sacar de operación y desechar el producto,

reparaciones costosas, dañar otros productos y la pérdida de la

vida.

Se define como “Falla”, el hecho que un artículo de interés no pueda

ser utilizado.

Aunque un artículo fabricado es un producto, el material de ese

producto puede fallar, así que los tipos de falla del material y sus

causas son de gran interés. Existen dos tipos generales de falla: la

primera es fácil de reconocer y corresponde a la fractura o

separación en dos o más partes; la segunda es menos fácil de

reconocer y corresponde a la deformación permanente o cambio de

forma y/o posición.

Es de gran importancia conocer el tipo de falla que pueda esperarse,

para saber:

¿Para qué se realiza la inspección?

¿Cómo se inspecciona?

¿Cómo eliminar la falla?

¿Cómo reducir el riesgo de falla?

Si esperamos prevenir la falla por medio del uso de pruebas no

destructivas, éstas deben ser seleccionadas, aplacadas e

interpretadas con cuidado y basándose en el conocimiento válido de


los mecanismos de falla y sus causas. El propósito del diseño y

aplicación de las pruebas debe ser el control efectivo de los

materiales y productos, con el fin de satisfacer un servicio sin que se

presente la falla prematura o daño.

El conocimiento de materiales y sus propiedades es muy importante

para cualquier persona involucrada con las pruebas no destructivas.

La mayoría de las pruebas están diseñadas para permitir la detección

de algún tipo de falla interior o exterior, o la medición de algunas

características, de un solo material o grupos de materiales.

La fuente de la falla puede ser:

Una discontinuidad

Un material químicamente incorrecto, o

Un material tratado de tal forma que sus propiedades no son

adecuadas.

2.1 DiscontinuidadCualquier interrupción o variación local de la continuidad o

configuración física normal de un material.

Se considera discontinuidad a: cualquier cambio en la geometría,

huecos, grietas, composición, estructura o propiedades. Algunas

discontinuidades, como barrenos o formas de superficies, son

consideradas como intencionales en el diseño, normalmente

éstas no requieren ser inspeccionadas. Otras discontinuidades

son inherentes en el material por su composición química o de

estructura. Estas discontinuidades pueden variar ampliamente en

tamaño, distribución e intensidad, dependiendo del material, el

tratamiento térmico, proceso de fabricación y el medio ambiente

al que están expuestos los materiales.

Se pueden clasificar como:

Relevantes: son aquellas que por alguna de sus

características (dimensiones, forma, localización, etc.)

deben ser interpretadas, evaluadas y reportadas.


No relevantes: son aquellas que por alguna de sus

características se interpretan pero no se evalúan, y deben

ser registradas.

Lineales: son aquellas que tienen una longitud mayor que

tres veces su ancho.

Redondas: son aquellas de forma elíptica o circular y

tienen una longitud igual o menor que tres veces su ancho.

2.2 DefectoEs una discontinuidad que excede los criterios de aceptación

establecidos, o que podrían generar que el material o equipo falle

cuando sea puesto en servicio o durante su funcionamiento.

2.3 IndicaciónEs la respuesta que se obtiene al aplicar algún método de

pruebas no destructivas, que requiere ser interpretada para

determinar su significado.

Se clasifica en tres tipos:

Indicaciones falsas: se presentan debido a una aplicación

incorrecta de la prueba.

Indicaciones no relevantes: producidas por acabado

superficial o la configuración del material

Indicaciones verdaderas: producidas por discontinuidades

Al aplicar una prueba no destructiva los técnicos observan en el

medio de registro indicaciones, por lo que deben determinar

cuales son producidas por discontinuidades.

3. ClasificaciónLa clasificación de las pruebas no destructivas se basa en la posición

donde se ubican las discontinuidades que pueden ser detectadas, por lo

que se clasifican en:

1. Pruebas no destructivas superficiales

2. Pruebas no destructivas volumétricas


3. Pruebas no destructivas de hermeticidad

1. Pruebas no destructivas superficialesEstas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad

superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de P.N.D.

superficiales son:

VT - Inspección Visual

PT - Líquidos Penetrantes

MT - Partículas Magnéticas

ET - Electromagnetismo

En el caso de utilizar VT y PT se tiene el alcance de detectar

solamente discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie);

por otro lado, con MT y ET se detectan tanto discontinuidades

superficiales como subsuperficiales (debajo de la superficie pero muy

cercanas a ella.

2. Pruebas no destructivas volumétricasEstas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna

de los materiales inspeccionados. Los métodos de P.N.D.

volumétricos son:

RT - Radiografía Industrial

UT - Ultrasonido Industrial

AET - emisión Acústica

Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y

subsuperficiales, así como bajo ciertas condiciones, detección de

discontinuidades superficiales.

3. Pruebas no destructivas de hermeticidadProporcionan información del grado que pueden ser contenidos los

fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera

de control. Los métodos de P.N.D. de hermeticidad son:


LT:

Pruebas de fuga

Pruebas de cambio de presión (neumática o hidrostática)

Pruebas de burbuja

Pruebas por espectrómetro de masas

Pruebas de fuga con rastreadores de halógeno

4. Razones para el uso de P.N.D.A continuación se mencionan algunas razones para el uso de las

pruebas no destructivas:

Asegurar la funcionalidad y prevenir fallas prematuras de

materiales durante su servicio.

Identificación o separación de materiales

Identificación de propiedades de materiales y la confiabilidad

asociada con su existencia

Uniformidad en la producción

Ahorro en los costos de producción

Eliminar materia prima defectuosa

Mejoras en los sistemas de producción

Asegurar la calidad funcional de los sistemas en servicio, en

plantas o diversos tipos de instalaciones.

Diagnóstico después de la falla para determinar las razones de la

misma

5. Factores para la selección de las P.N.D.Es necesario considerar una serie de factores básicos en la selección de

la P.N.D.

Tipos de discontinuidades a detectar

Tamaño y orientación de las discontinuidades a detectar

Tamaño y forma del objeto a inspeccionar

Características del material a ser inspeccionado

6. Calificación y certificación del personal de P.N.D.


Para aplicar las pruebas no destructivas se requiere:

La calificación del método de inspección utilizado. Las P.N.D.

deben llevarse a cabo de acuerdo a procedimientos escritos, que

deberían ser previamente calificados, de la empresa usuaria de

las mismas.

La calificación del personal que realiza la inspección. Se

considera que el éxito de cualquier prueba no destructiva es

afectado: Principalmente por el personal que realiza, interpreta

y/o evalúa los resultados de la inspección. Los técnicos que

ejecutan las P.N.D. deben estar calificados y certificados.

La administración del procesos de calificación y del personal para

asegurar resultados consistentes. Actualmente existen dos

programas aceptados a escala internacional para la calificación y

certificación del personal que realiza P.N.D., además de uno

nacional. Estos programas son:

o La Práctica Recomendad SNT-TC-1ª, editad por A.S.N.T.

o La Norma DP-ISO-9712, editada por ISO

o La Norma Mexicana NOM-B-482

SNT-TC-1AEs una práctica recomendad que proporciona los lineamientos para

el programa de calificación y certificación del personal de ensayos no

destructivos de una empresa. Es emitida por la A.S.N.T.

ASNTAmerican Society For Nondestructive Testing (Sociedad Americana

de Ensayos No Destructivos)

ISO 9712Es una Norma Internacional que establece un sistema para la

calificación y certificación, por una agencia central nacional con

reconocimiento internacional, del personal que realiza pruebas no

destructivas en la industria.


ISOInternational Organization for Standarization (Organización

Internacional para Normalización).

CalificaciónEs el cumplimiento documentado de requisitos de: escolaridad,

entrenamiento, experiencia y exámenes (teóricos, prácticos y físicos);

establecidos en un programa escrito (procedimiento interno de la

empresa, de acuerdo a SNT-TC-1A; o norma nacional, de acuerdo

con ISO-9712).

Existen tres niveles básicos de calificación, los cuales pueden ser

subdivididos por la empresa o el país para situaciones en las que se

necesiten niveles adicionales para trabajos y responsabilidades

específicas.

Niveles de Calificación

Nivel IEs el individuo calificado para efectuar calibraciones específicas,

P.N.D. específicas, para realizar evaluaciones específicas, para la

aceptación o rechazo de materiales de acuerdo a instrucciones

escritas, y para realizar el registro de resultados. Debe recibir la

instrucción o supervisión necesaria de un Nivel III o su designado.

Nivel IIEs le individuo calificado para ajustar y calibrar el equipo y para

interpretar y evaluar los resultados de pruebas con respecto a

códigos, normas y especificaciones. Está familiarizado con los

alcances y limitaciones del método y puede tener la responsabilidad

asignada del entrenamiento en el lugar de trabajo de los niveles I y

aprendices. Es capaz de preparar instrucciones escritas y organizar y

reportar los resultados de prueba.


Nivel IIIEs el individuo calificado para ser el responsable de establecer

técnicas y procedimientos; interpretar códigos, normas y

especificaciones para establecer el método de prueba y técnica a

utilizarse para satisfacer los requisitos, debe tener respaldo práctico

en tecnología de materiales y procesos de manufactura y estar

familiarizado con métodos de P.N.D. comúnmente empleados; es

responsable del entrenamiento y exámenes de niveles I y II para su

calificación.

CapacitaciónEs el programa estructurado para proporcionar conocimientos

teóricos y desarrollar habilidades prácticas en un individuo a fin de

que realice una actividad definida de inspección.

Experiencia PrácticaNo se puede certificar personal que no tenga experiencia práctica en

la aplicación de P.N.D., por lo que:

El técnico Nivel I: Debe adquirir experiencia como aprendiz.

El técnico Nivel II: Debe trabajar durante un tiempo como nivel

I.

El técnico Nivel III: Debió ser aprendiz, nivel I y haber

trabajado al menos uno o dos años como nivel II.

Esta experiencia debe demostrarse con documentos, que deben ser

mantenidos en archivos para su verificación.

Exámenes FísicosTienen la finalidad de demostrar que el personal que realiza las

P.N.D. es apto para observar adecuada y correctamente las

indicaciones obtenidas.

Los exámenes que se requieren son:

Agudeza visual lejana

Agudeza visual cercana


Discriminación cromática

Para los exámenes de agudeza visual el técnico debe ser capaz de leer

un tipo y tamaño de letra específico a una cierta distancia; en el caso del

examen de diferenciación de colores, debe ser capaz de distinguir y

diferenciar los colores usados en el método en el cual será certificado.

ExámenesLos exámenes administrados para calificación de personal nivel I y II

consisten en: un examen general, un específico y un práctico. De

acuerdo con SNT-TC-1ª, la calificación mínima aprobatoria, de cada

examen, es de 70% y, además, el promedio simple mínimo de la

calificación de los tres exámenes es de 80%.

CalificaciónLa certificación es el testimonio escrito de la calificación. La certificación

del personal de pruebas no destructivas de todos los niveles es

responsabilidad de la empresa contratante (de acuerdo con SNT-TC-1A)

o de la agencia central (de acuerdo con ISO-9712), y estar basada en la

demostración satisfactoria de los requisitos de calificación.

La certificación tiene validez temporal únicamente ISO y ASNT

establecen un período de vigencia de la certificación de:

Tres años para los niveles I y II

Cenco años para los niveles III

Todo el personal de PND debe ser certificado, de acuerdo a SNT-TC-1A

con uno de los siguientes criterios:

Evidencia de continuidad laboral satisfactoria en Pruebas no

destructivas

Re-examinación


7. Inspección por UltrasonidoPrincipiosEl sonido es la propagación de energía mecánica (vibraciones) a Través

de sólidos, líquidos y gases. La factibilidad con la cual viaja el sonido

depende, sobre todo, de su frecuencia y la naturaleza del medio. El

principio en el que se basa la inspección por ultrasonido es el hecho que

materiales diferentes presentan diferentes “Impedancias Acústicas”.

Con frecuencias mayores al rango audible (16 a 20,000 ciclos/segundo)

es conocido con el nombre de “Ultrasonido”, el cual se propaga a

través de la mayoría de medios sólidos y líquidos, considerados como

medios elásticos.

A frecuencias mayores a 100,000 ciclos/segundos, y gracias a su

energía, el ultrasonido forma un haz, similar a la luz, por lo que puede

ser utilizado para rastrear el volumen de un material. Un haz ultrasónico

cumple con algunas de las reglas físicas de óptica por lo que puede ser

reflejado, refractado, difractado y absorbido.

Inspección UltrasónicaLa inspección ultrasónica se realiza normalmente por el método básico

en el cual:

“La onda ultrasónica se transmite y se propaga dentro de una pieza

hasta que es reflejada y regresa a un receptor, proporcionando

información acerca de su recorrido basándose en la cantidad de energía

reflejada y en la distancia recorrida”

Sistema de Inspección UltrasónicaCuando se lleva a cabo una inspección por el método de ultrasonido

industrial se requiere del uso de un Sistema de Inspección Ultrasónica

(Figura Nº 1), que consiste de los componentes básicos mencionados a

continuación:

1. Generador de la señal eléctrica, un instrumento ultrasónico.


2. conductor de la señal eléctrica, un cable coaxial.

3. el accesorio que convierte la señal eléctrica en mecánica y/o

viceversa, transductor ultrasónico.

4. medio para transferir la energía acústica a la pieza y viceversa,

acoplante acústico.

5. pieza inspeccionada.

Figura 1

EPOCH 4

El diseño de los componentes y su arreglo dependen, en primer lugar,

de las características específicas de propagación de la onda ultrasónica

que son utilizadas para la detección y medición de las propiedades de la

pieza. Las características involucradas pueden incluir:

La velocidad de propagación

La geometría del haz

La energía transferida, y

Las pérdidas de energía


Antecedentes HistóricosLa posibilidad de utilizar las ondas ultrasónicas para realizar pruebas no

destructivas fue reconocida en 1930 en Alemania por Mulhauser, Trost y

Pohlman, y en Rusia por Sokoloff, quienes investigaros varias técnicas

empleando ondas continuas.

Los equipos detectores de fallas fueron originalmente desarrollados,

basados en el principio de la intercepción de la energía ultrasónica por

discontinuidades grandes durante el paso del haz ultrasónico.

Posteriormente, esta técnica recibió el nombre del método de inspección

a través, este sistema de inspección presentaba ciertas limitaciones,

principalmente la necesidad de requerir acceso en ambas superficies de

la pieza de prueba.

No se encontró un método práctico de inspección hasta que Firestone

(E.U.A.) inventó un aparato empleando haces de ondas ultrasónicas

pulsadas para obtener reflexiones de defectos pequeños, conocido

como “Reflectoscopio Supersónico”, que fue mejorado por el rápido

crecimiento de la instrumentación electrónica. En el mismo período en

Inglaterra, Sproule desarrolló equipos de inspección ultrasónica en

forma independiente.

De la misma forma que en la inspección radiográfica, al principio, los

equipos fueron desarrollados para ser usados como herramientas de

laboratorio y no como equipos de inspección.

Rápidamente se encontraron aplicaciones para la inspección por

ultrasonido durante la producción de parte para la detección de

problemas críticos de control de calidad. Entre las más importantes

aplicaciones iniciales del método destaca la inspección para la detección

de discontinuidades internas en forjas para rotores de motores utilizados


en la industria aeronáutica. Al mismo tiempo se realizaron

investigaciones fundamentales y de aplicaciones.

En la universidad de Michigan, Firestone y su grupo de trabajo

investigaron los mecanismos de operación de los transductores, el uso

de ondas transversales, la aplicación de las ondas superficiales o de

Rayleigh, el dispositivo Raybender para la inspección por haz angular

con vibración del ángulo, el empleo de la columna de retardo para la

inspección en zonas cercanas a la superficie de entrada, un método de

resonancia por pulsos para la medición de espesores, y varias técnicas

empleando ondas de placa o de Lamb.

Otras aplicaciones importantes fueros: el desarrollo y empleo del

medidor de espesores de resonancia por frecuencia modulada por

Erwin; el mejoramiento de los sistemas de inspección por inmersión

efectuado por Erdman; y varias técnicas ultrasónicas de visualización o

graficado de discontinuidades elaboradas y aplicadas por Sproule,

Erdman, Wild, Reid, Howry y otros.

El desarrollo reciente del método de inspección por ultrasonido esta

relacionado, en primera instancia, con lo siguiente:

1. Alta velocidad en la aplicación de sistemas automatizados de

inspección.

2. instrumentos mejorados para obtener gran resolución en la detección

de fallas.

3. Una mejor presentación de datos.

4. interpretación simple de los resultados.

5. Estudio avanzado de los cambios finos de las condiciones

metalúrgicas.

6. análisis detallado de los fenómenos acústicos involucrados.

Durante este mismo período aquello relacionado directamente con la

aplicación del método de inspección por ultrasonido ha contribuido para


que llegue a ser utilizado en gran escala y en el establecimiento de

procedimientos y normas, particularmente en la industria aérea, eléctrica

y en el campo de la energía nuclear.

AplicacionesYa que la inspección por el método de ultrasonido se basa en un

fenómeno mecánico, es adaptable para determinar la integridad

estructural de los materiales de ingeniería.

Se utiliza en el control de calidad e inspección de materiales, en

diferentes ramas de la industria. Sus principales aplicaciones consisten

en:

Detección y caracterización de discontinuidades

Medición de espesores, extensión y grado de corrosión

Determinación de características físicas, tales como: estructura

metalúrgica, tamaño de grano y constantes elásticas

Definir características de enlaces (uniones)

Evaluación de la influencia de variables de proceso en el

material

VentajasLas principales ventajas del método de inspección por ultrasonido

son:

Un gran poder de penetración, lo que permite la inspección

de grandes espesores.

Gran sensibilidad, lo que permite la detección de

discontinuidades extremadamente pequeñas.

Gran exactitud al determinar la posición, estimar el tamaño,

caracterizar orientación y forma de las discontinuidades.

Se necesita una sola superficie de acceso.

La interpretación de los resultados es inmediata

No existe peligro o riesgo en la operación de los equipos

Los equipos son portátiles


Su aplicación no afecta en operaciones posteriores, y

Los equipos actuales proporcionan la capacidad de

almacenar información en memoria, la cual puede ser

procesada digitalmente por una computadora para

caracterizar la información almacenada.

LimitacionesLas limitaciones del método de inspección por ultrasonido incluyen

las siguientes:

La operación del equipo y la interpretación de los resultados

requiere técnicos experimentados

Se requiere gran conocimiento técnico para el desarrollo de

los procedimientos de inspección

La inspección se torna difícil en superficies rugosas o partes

de forma irregular, en piezas pequeñas o muy delgadas

Discontinuidades subsuperficiales pueden no ser detectadas

Durante la inspección es necesario el uso de un material

acoplante, y

Son necesarios patrones de referencia, para la calibración del

equipo y caracterización de discontinuidades.


1. REPASO NIVEL I

1.1 PRINCIPIOS DE ULTRASONIDOCARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA ULTRASÓNICA

DEFINICIÓNUltrasonido es el nombre dado al estudio y aplicación de ondas sónicas

que se transmiten a frecuencias mayores que las que pueden ser

detectadas por el oído humano, arriba de 20,000 Hz (Hertz o ciclos por

segundo). En las pruebas ultrasónicas por contacto, el rango de

frecuencias comúnmente usado es de 2.25 a 10 MHZ (Megahertz o

millones de ciclos por segundo). En algunos casos particulares se

emplean frecuencias debajo de este rango y para métodos de inmersión

las frecuencias pueden ser hasta de 30 MHZ.

RELACIÓN ENTRE VELOCIDAD, LONGITUD DE ONDA YFRECUENCIALa transmisión de las ondas ultrasónicas está caracterizada por

vibraciones periódicas representadas por un movimiento ondulatorio. La

Figura 1 muestra un ciclo de vibración. La longitud de onda es la

distancia de viaje de un ciclo, es decir, la distancia de un punto en un

ciclo al mismo punto en el siguiente ciclo. La frecuencia el número de

ciclos completos que pasan en un punto en la unidad de tiempo,

normalmente, un segundo. De la misma manera, la distancia total de

viaje por la unidad de tiempo o rapidez de desplazamiento de la

vibración de las partículas o simplemente la velocidad acústica que es

igual al producto de la longitud de onda por la frecuencia.

Esto se expresa matemáticamente:

V = λ x f

Donde:

V: Velocidad acústica (pulg/seg o mm/seg)

λ: Longitud de onda (pulgadas o mm)

f: Frecuencia (ciclos/seg)


FIGURA 1Ejemplos típicos del empleo de ésta ecuación, son los siguientes:

a) Cuál será la longitud de onda cuando se inspecciona aluminio cuya

velocidad de propagación es de 6.32x106 mm/seg y empleando una

frecuencia de 5 MHZ?

V = λ x f

Si despejamos: λ = v/f = 6.32 x 106 mm/s / 5 x 106 c/s = 1.264 mm

b) Si se considera que el tamaño equivalente de discontinuidad más

pequeño que teóricamente puede ser detectado (∅c) es

aproximadamente la mitad de la longitud de onda, ¿Cuál será el tamaño

de discontinuidad más pequeña que se detectaría empleando la

frecuencia del ejemplo anterior y en el mismo material?

∅c = λ/2 por lo tanto, si λ = 1.264 mm, entonces:

∅c = λ/2 = 1.264 mm/2 = 0.632 mm.

GENERACIÓN Y RECEPCIÓN DE VIBRACIONES ULTRASÓNICASLas vibraciones ultrasónicas son generadas por la aplicación de pulsos

eléctricos de lata frecuencia al elemento transductor (elemento o cristal

piezoeléctrico) contenido dentro de una unidad de rastreo (palpador). El

elemento transductor transforma la energía eléctrica en energía ultrasónica


(mecánica). El elemento transductor también recibe la energía ultrasónica y

la transforma en energía eléctrica. Ver Figura 2.

VOLTAJE ALTERNO APLICADO A UN ELEMENTO PIEZOELÉCTRICO

FIGURA 2

La energía ultrasónica es transmitida entre el palpador y la pieza de

pruebas a través de un medio acoplante tal como el aceite, agua, etc.,

como se muestra en la Figura 3. el propósito del acoplante es eliminar la

interfase con aire entre el transductor y la superficie de la pieza de

inspección ya que el aire es un pobre transmisor del ultrasonido.

FIGURA 3

INSPECCIÓN ULTRASÓNICA BÁSICAMÉTODOS POR CONTACTO Y POR INMERSIÓNEn el método de inspección ultrasónica por contacto, el palpador es

colocado directamente sobre la superficie de la pieza de prueba utilizando

una capa delgada de acoplante, tal como aceite, agua, etc., para transmitir


el ultrasonido dentro del material sujeto a inspección, como se observa en

la Figura 3. en el método de inmersión, la pieza de prueba está sumergida

en un fluido, usualmente agua, y el ultrasonido es transmitido a través del

agua hasta la pieza de prueba, ver Figura 4.

FUGURA 4

REFLEXIONES ULTRASÓNICASEl haz ultrasónico tiene propiedades similares a las del haz de luz. Por

ejemplo, cuando el haz ultrasónico golpea un objeto que interrumpe su

paso, la energía del haz ultrasónico es reflejada desde la superficie del

objeto interruptor. El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. Si

el ángulo de incidencia es normal con respecto a la superficie del objeto

interruptor, el ángulo de reflexión es también normal. Si la incidencia es

angular, el ángulo de incidencia con respecto a la línea normal imaginaria a

la superficie del objeto interruptor es igual al ángulo de reflexión, como se

observa en la Figura 5.


α(ALFA): ANGULO DE INCIDENCIA

β(BETA): ANGULO DE REFLEXIÓN

FIGURA 5

La energía reflejada puede ser recibida por un transductor. Este transductor

es usualmente el mismo transductor usado para generar el haz ultrasónico,

pero puede ser un segundo transductor. El transductor transforma la

energía ultrasónica recibida en energía eléctrica. El instrumento ultrasónico

amplifica esta energía eléctrica y la presenta como una desviación vertical

en un tubo de rayos catódicos (TRC) o en una pantalla electroluminiscente

en los equipos más modernos. Este equipo de presentación de pantalla es

llamado “Barrido Tipo A” (A-Scan) como se observa en la Figura 6.

MÉTODO DE PRESENTACIÓN DE DATOSExisten varios métodos de presentación de datos utilizados en la inspección

ultrasónica: Barrido Tipo A, Tipo B, Tipo C y Tipo 3D.

FIGURA 6


BARRIDO TIPO A: La presentación del barrido Tipo A fue descrita en el

párrafo anterior, es el tipo de presentación más utilizada en el campo de las

pruebas no destructivas. Por lo anterior, éste capítulo esta orientado hacia

el análisis de los datos proporcionados por este tipo de presentación. La

presentación de barrido Tipo A nos proporciona información acerca del

espesor del material sujeto a inspección o la profundidad a la que se

encuentra una discontinuidad y el tamaño relativo de la misma.

BARRIDO TIPO B: El método de presentación de barrido Tipo B

proporciona una vista de la sección transversal de la pieza sujeta a

inspección y de las discontinuidades dentro de la misma mediante el

análisis de la imagen retenida en la pantalla o graficada en el barrido en un

solo sentido (ver Figura 7). La presentación de barrido Tipo B es usada

principalmente para obtener el perfil de la sección transversal para el

monitoreo de corrosión en tuberías, calderas e intercambiadores de calor.

Generalmente, es más eficaz por el método de inmersión.

FIGURA 7

FORMAS DE VIBRACIÓN ULTRASÓNICALa energía ultrasónica se propaga por medio de vibraciones de las

partículas del material. La energía es transmitida de átomo a átomo por

pequeños desplazamientos. La dirección en la que vibran las partículas

(átomos) con respecto a la dirección de la propagación del haz ultrasónico,

depende de la forma de vibración.


ONDAS LONGITUDINALESLa forma de onda longitudinal o compresional está caracterizada por el

movimiento de las partículas paralelo a la dirección de propagación del haz

ultrasónico, como se observa en la Figura 9. esta forma de onda se propaga

en sólidos, líquido y gases.

FIGURA 9

ONDAS DE CORTELa forma de onda de corte o transversal está caracterizada por el

movimiento perpendicular de las partículas con respecto a la dirección de

propagación del haz ultrasónico como se observa en la Figura 10. Las

ondas de corte viajan a aproximadamente la mitad de la velocidad a la que

viajan las ondas longitudinales. Las ondas de corte son introducidas en la

pieza de prueba mediante el empleo de palpadores de haz angular, en el

método por contacto; o angulando la dirección del haz con respecto a la

interfase, cuando se emplea el método de inmersión. Los palpadores de

haz angular consisten de un elemento transductor montado en una zapata

de material plástico de tal manera que las ondas ultrasónicas entren a la

parte de prueba con un ángulo diferente a 90º con respecto a la superficie

del material sujeto a inspección. Las ondas transversales solo se transmiten

en sólidos.


FIGURA 10

ONDAS SUPERFICIALESLas ondas superficiales o de Rayleigh son un tipo especial de ondas

transversales en las que el movimiento de las partículas está confinado a

una profundidad pequeña dentro del material. La Figura 11 muestra un

palpador de haz angular generando ondas superficiales. Las ondas

superficiales son capaces de viajar a través de extremos curvos. Las

reflexiones ocurren en extremos agudos de la pieza de prueba, como por

ejemplo una esquina; sin embargo también son reflejadas en zonas donde

se encuentre grasas, aceites, líquidos sobre la superficie. La energía de las

ondas superficiales decae rápidamente debajo de la superficie de prueba

por lo que las ondas superficiales son mas adecuadas para detectar

discontinuidades superficiales tales como grietas. Las ondas superficiales

pueden detectar discontinuidades superficiales hasta una profundidad de

aproximadamente una longitud de onda. Las ondas superficiales sólo se

transmiten en sólidos. El movimiento de las partículas es elíptico. La

velocidad de propagación de las ondas superficiales es aproximadamente

el 90% de la velocidad de las ondas transversales en el mismo medio.


FIGURA 11

ONDAS DE LAMBLa propagación de las ondas de Lamb o de placa ocurre cuando las ondas

ultrasónicas viajan a lo largo de una pieza de prueba con espesores

menores a una longitud de onda. Hay dos clases generales de ondas de

Lamb: simétricas y asimétricas. Existe una posibilidad infinita de formas de

cada clase de vibración en una pieza de prueba dad. La teoría muestra que

la velocidad de las ondas de Lamb depende de la pieza de prueba dad. La

teoría muestra que la velocidad de las ondas de Lamb depende de la forma

de vibración y puede exhibir muchas velocidades diferentes.

REFRACCIÓN Y CONVERSIÓN DE MODOLEY DE SNELLCuando un haz de luz ultrasónico pasa de un medio a otro con diferente

velocidad y con un ángulo no normal con respecto a la interfase que separa

los dos medios ocurre el fenómeno conocido como refracción, ver la Figura

12. los ángulos de las ondas incidente y refractadas siguen la Ley de Snell.

La Ley de Snell, como se usa en la inspección ultrasónica, se escribe como

sigue:

Senα = V1

Senθ V2


Donde:

α = Ángulo entre la línea normal a la superficie de interfase y la onda

ultrasónica incidente o la onda ultrasónica en el medio 1.

θ = Ángulo entre la línea normal a la superficie de interfase y la onda

ultrasónica refractada o la onda ultrasónica en el medio 2.

V1 = Velocidad en el medio 1

V2 = Velocidad en el medio 2

FIGURA 12

Cuando un haz longitudinal incidente es normal a la superficie de la pieza

de prueba (α = 0º), el haz ultrasónico longitudinal es transmitido recto en la

pieza de prueba y no ocurre la refracción. Cuando se rota el ángulo de

incidencia (α es incrementado), ocurre la refracción y la conversión de

modo; dentro del material sujeto a inspección, la onda ultrasónica

longitudinal incidente es transmitida como una onda longitudinal y una onda

transversal con una dirección e intensidad variables. Los ángulos de la

sondas longitudinales y transversales refractadas son determinados por la

Ley de Snell. La Figura ¡· muestra la energía relativa de las ondas

longitudinales, transversales y superficiales en acero para diferentes

ángulos de incidencia de ondas longitudinales en plástico. Las curvas

fueron obtenidas usando zapatas de plástico sobre acero.


Cuando θ alcanza 90º para la onda longitudinal refractada, el valor de α es

conocido como SEGUNDO ANGULO CRÍTICO. A un ángulo de incidencia

mayor al segundo ángulo crítico, en la pieza de prueba ya no se generan

ondas transversales. Si se emplea un ángulo de incidencia ligeramente

mayor al segundo ángulo crítico (5º a 10º) se generan ondas superficiales.

EJEMPLOS DE CÁLCULOS EMPLEANDO LA LEY DE SNELL

a) Encontrar el primer ángulo crítico usando una zapata de plástico en

aluminio.

Senα = V1

Senθ V2

α = ? (Primer ángulo crítico)

θ = 90º al primer ángulo crítico; sen 90º = 1

V1 = Velocidad de la onda longitudinal en la zapata de plástico (Lucita)

V1 = 2.68 x 106 mm/s

V2 = Velocidad de la onda longitudinal en aluminio

V2 = (6.32 x 106 mm/s x1) / 6.32x106 mm/s = 0.424

α = sen-1 0.424 = 25º

b) Encontrar el ángulo de incidencia en plástico para generar ondas

superficiales en aluminio

Senα = V1

Senθ V2

α = ? (Ángulo de incidencia)

θ = 90º para ondas superficiales; sen 90º =1

V1 = Velocidad de la onda longitudinal en la zapata de plástico (Lucita)

V1 = 2.68x106 mm/s

V2 = Velocidad de la onda superficial en aluminio = 90% de la velocidad

transversal

V2 = (3.13x106 mm/s x 1) / 2.82x106 mm/s = 0.9503


α = sen –1 0.9503 = 71.9º

VARIABLES ULTRASÓNICASLas variables que se tratan a continuación son refractadas principalmente

por el sistema de inspección ultrasónica (el instrumento, el palpador. La

zapata, el medio de acoplamiento, etc.). Posteriormente se tratan las

variables en la pieza de prueba. Es importante que el técnico en ultrasonido

conozca los efectos de éstas variables en los resultados de la inspección

ultrasónica.

REFLEXIÓN E IMPEDANCIA ACÚSTICACuando un haz ultrasónico incide en el límite entre dos materiales

diferentes, parte de la energía es transmitida al segundo medio y parte es

reflejada. El porcentaje de energía transmitida y reflejada está relacionada

con las impedancias acústicas de los dos materiales. La impedancia

acústica (Z) es el producto de la densidad del material (ρ) y la velocidad (v),

o:

Z = (ρ) x (v)

Las impedancias acústicas para diferentes materiales se encuentran en

tablas. Las impedancias nos permiten calcular el porcentaje teórico de

energía transmitida y reflejada en las interfases acústicas. A mayor

diferencia entre las impedancias acústicas en las interfases mayor será el

porcentaje de reflexión. Las siguientes fórmulas se utilizan para este

cálculo:

R =(Z2 – Z1)2 / (Z2 + Z1)2

%R = R x 100T = 4Z1Z2 / / (Z2 + Z1)2 = 1 –R

%T = T x 100

Donde:

R : Coeficiente de reflexión


%R : Porcentaje de reflexión

T : Coeficiente de transmisión

%T : Porcentaje de transmisión

Z1 : Impedancia en el medio 1

Z2 : Impedancia en el medio 2

La reflexión real frecuentemente difiere de la reflexión teórica calculada. La

rugosidad superficial es una de las variables además de la impedancia

acústica que afecta el porcentaje de reflexión.

FRECUENCIAPara la dirección de fallas usando el método de contacto, se utilizan

generalmente frecuencias entre 2.25 y 10 MHz. Las frecuencias mas latas

dentro de éste rango proporcionan una mayor sensibilidad para la dirección

de discontinuidades pequeñas, pero no tienen el poder de penetración de

las frecuencias mas bajas. Las frecuencias altas también son más

afectadas por las discontinuidades metalúrgicas en la estructura del

material. Las señales provenientes de éstas discontinuidades relevantes

como, por ejemplo, grietas pequeñas.

El tamaño de la discontinuidad que puede ser detectada debe ser la

consideración más importante cuando se selecciona la frecuencia. Si el

tamaño de la discontinuidad de interés es grande, se debería seleccionar

una frecuencia baja, como lo es 2.25 MHz. Bajo condiciones favorables, las

discontinuidades deben tener una dimensión igual o mayor de la mitad de la

longitud de onda, para poder ser detectadas. Por ejemplo, en la inspección

con haz recto de aluminio a 2.25 MHz con una longitud de onda de 0.111,

requiere de discontinuidades mínimo es de 0.025. A 10 MHz, es de 0.012.

ANCHO DE BANDA DE FRECUENCIASLo descrito en le párrafo anterior sobre frecuencias se refiere a la frecuencia

pico usada en la inspección. En todos los casos, el instrumento ultrasónico


y el palpador producen una banda de energía ultrasónica que cubre un

rango de frecuencias. El rango es expresado como ancho de banda.

Muchos procedimientos de inspección ultrasónica son sensibles a la

frecuencia empleada y por lo tanto, y pueden ser afectados por las

variaciones en el ancho de banda del sistema de inspección. Por ejemplo,

ciertas inspecciones usan la pérdida de la reflexión de pared posterior como

criterio de rechazo. La pérdida en la reflexión de la pared posterior puede

ser causada por la dispersión del sonido provocada por discontinuidades

pequeñas y por lo tanto es dependiente de la frecuencia pico y del ancho de

banda de la inspección. Tanto el instrumento como el palpador afectan el

ancho de banda de la inspección. Por lo tanto, cuando se desarrolla un

procedimiento con un instrumento y palpador en particular, es

recomendable que se utilice el mismo modelo de instrumento y de palpador

con respecto al fabricante, material del elemento transductor, material de

amortiguamiento, tamaño y frecuencia cuando se realiza una inspección.

Las instrumentos ultrasónicos son construidos de tal manera que emiten

impulsos al palpador y miden la respuesta en diferentes maneras con

respecto al ancho de banda. Sin considerar otros factores en este

momento, una banda más ancha significa una mejor resolución y un ancho

de banda mas angosta significa mayor sensibilidad. Los instrumentos

ultrasónicos son diseñados de tal manera que, con respecto al ancho de

banda, exista un compromiso entre una buena resolución y sensibilidad.

CARACTERÍSTICAS DEL HAZ ULTRASÓNICOEl haz ultrasónico no se comporta como un pistón, es decir, no tiene una

proyección con lados rectos con intensidad uniforme desde la cara del

transductor. El haz ultrasónico se esparce conforme se aleja de la cara del

transductor y varía en intensidad. El perfil del haz ultrasónico conforme viaja

en el material se ha dividido en diferentes zonas por sus características.


ZONA MUERTAEn la inspección por contacto, existe un área frente a la cara del palpador

en el que no se puede hacer ningún tipo de inspección. No se puede

observar la reflexión desde una discontinuidad porque el pulso inicial en la

pantalla es demasiado grande. Si una discontinuidad estuviera cerca de la

superficie, la energía reflejada regresaría al palpador mientras está todavía

transmitiendo. La zona muerta o zona de no-inspección es inherente a

todos los instrumentos ultrasónicos. En algunos tipos de equipos, la zona

muerta no es demasiado obvia. Lo anterior es porque la longitud del pulso

inicial puede ser disminuida electrónicamente. La longitud de la zona

muerta puede ser estimada y medida en los equipos con presentación de

barrido Tipo A. Después de realizar la calibración de distancia, se mide la

longitud desde el cero del equipo hasta que la inflexión del pulso inicial

regresa a la línea de tiempo base. En el método de inmersión la zona

muerta es la longitud del pulso reflejado en la interfase entre el agua y el

material sujeto a inspección. Para minimizar la longitud de la zona muerta

se emplea transductores con alto amortiguamiento que emiten pulsos cortos

(banda ancha).

CAMPO CERCANOExtendiéndose desde la cara del palpador existe un área que se caracteriza

por las variaciones en la intensidad del haz ultrasónico. Esta área se

denomina campo cercano (Zona de Fresnel). Debido a las variaciones en

amplitud inherentes, esta zona no es recomendada para la inspección. En

esta zona se puede detectar discontinuidades, medir espesores o conocer

la profundidad a la que se encuentra una discontinuidad pero no se puede

evaluar discontinuidades por comparación contra indicaciones obtenidas de

reflectores conocidos a diferentes profundidades y cuando su área es

menor que la del transductor. Con diámetros de elementos transductores y

frecuencias más pequeñas se obtiene una longitud de campo cercano mas

corta. La longitud del campo cercano, como se observa en la Figura 13,

puede calcularse con la siguiente ecuación:


N = D2 / 4λ = D2F / 4v

Donde:

N : Longitud del campo cercano (pulgadas)

D : Diámetro del elemento transductor (pulgadas)

λ : Longitud de onda (pulgadas)

f : Frecuencia (c/s)

v : Velocidad acústica (pulg/s)

En el caso de transductores no circulares el valor de “D” será

aproximadamente:

D ≡ LADO x 1.125 (para transductores cuadrados)

D ≡ PROMEDIO DE LOS LADOS x 1.1 (para transductores rectangulares)

Sin embargo, siempre será mejor determinar la longitud del campo cercano

en forma práctica.

Ejemplo:¿Cuál será la longitud de campo cercano cuando se inspecciona acero con

un palpador de ¾” ∅ y 5 Mhz de frecuencia?

N= D2F / 4v

N = ? (Longitud del campo cercano)

D = 3/4 “ = 0.750”, por lo tanto D2 = 0.5625 pulg. cuad.

F= 5 MHz = 5 x 106 c/s

v = (velocidad long. del acero) = 0.2330 x 106 pulg/s

N = (0.5625 pulg. cuad. x 5 x 106 c/s) / (4 x 0.2330 x 106 pulg/s) = 3.02

pulgadas.

CAMPO LEJANOLa zona que se encuentra a continuación del campo cercano es llamada

campo lejano (ver Figura 13 ). En el campo lejano (zona de Fraunhöfer) la


intensidad del haz ultrasónico decae de manera exponencial conforme la

distancia desde la cara del transductor se incrementa.

FIGURA 13

DISTANCIA AMPLITUDLa Figura 14 es un ejemplo de una curva de amplitud contra distancia. Note

la curva irregular en el área del campo cercano. Lo importante que hay que

recordar es que, cuando se inspecciona en el campo cercano, pueden

ocurrir grandes variaciones en amplitud de las indicaciones de

discontinuidades de un mismo tamaño a diferentes profundidades dentro

del mismo. Siempre será mejor comparar las señales de discontinuidades

con las señales de los reflectores de los patrones de referencia, como por

ejemplo, agujeros de fondo plano que tengan la misma distancia de viaje

que la discontinuidad o bien en una zona donde se pueda predecir el

tamaño equivalente de la discontinuidad por medio de la amplitud; lo

anterior puede realizarse solamente en el campo lejano.

FIGURA 14


DIVERGENCIA DEL HAZEn el campo cercano el haz ultrasónico se propaga en línea recta desde la

cara del palpador. En el campo lejano el sonido se esparce hacia fuera

como se muestra en la Figura 13. A una frecuencia dada, entre mayor sea

el diámetro del transductor el haz será más recto; con transductores de

menor diámetro el haz tendrá una mayor divergencia. De la misma manera,

con un mismo diámetro, los transductores de mayor frecuencia, tendrán una

menor divergencia.

La mitad del ángulo de divergencia (α) se calcula como sigue:

Sen α = 1.22λ / D = 1.22v / fD

Donde:

α : La mitad del ángulo de divergencia (grados)

λ : Longitud de onda (pulgadas)

D : Diámetro del transductor (pulgadas)

v : Velocidad acústica (pulg/seg)

f : Frecuencia (c/seg)

Ejemplo:

Si se inspecciona aluminio con un transductor de 5 MHz y 0.250”∅, ¿Cuál

será la mitad del ángulo de divergencia?

Sen α = 1.22v / fD

α = ? (La mitad del ángulo de divergencia en grados)

D = 0.250 pulg

v = 0.249 x 106 pulg/s

f = 5 MHz =5 x 106 c/s

Sen α = (1.22 x 0.249 x 106 pulg/s) / (5 x 106 c/s x 0.250 pulg) = 0.2430

α = sen-1 0.2430 = 14º


Es importante considerar la divergencia cuando se realizan inspecciones

porque, en ciertas aplicaciones, el haz ultrasónico que ha sido esparcido

puede reflejarse en las paredes o extremos del componente y ocasionar

una confusión en las señales del oscilogama, como se observa en la Figura

15.

FIGURA 15

HAZ ULTRASÓNICO FOCALIZADOPara algunas inspecciones por inmersión o por contacto se utiliza un haz

ultrasónico focalizado. La focalización es producida empleando palpadores

que contienen lentes acústicos en la cara del transductor. Los lentes

acústicos, que el haz ultrasónico incide tenga una convergencia en un

punto dentro del material sujeto a inspección. Este tipo de palpadores tiene

una sensibilidad muy alta para discontinuidades localizadas en la distancia

del punto focal debido a la concentración de energía en el mismo, pero la

profundidad del material que puede ser inspeccionado también está

limitada.


2. DISCONTINUIDADES EN LOS MATERIALESAlgunos productos o materiales podemos decir que su uso es simplemente

decorativo y por lo tanto su resistencia a los esfuerzos es, simplemente,

inexistente aunque necesiten inspección, la cual puede concretarse a

determinar las características de por ejemplo: color, pulido, estabilidad, etc.

Existe otro tipo de productos y materiales que si requieren pruebas y

evaluación, son aquellos que están sujetos a esfuerzos donde una falla o

discontinuidad puede ser la causa de una costosa reparación, peligro para

otros productos, estructuras e inclusive vidas humanas.

Si la discontinuidad presente tratara de ser detectada por métodos No

Destructivos, estos deben ser seleccionados, aplicados e interpretados con

cuidado y sobre la base de un conocimiento válido de los mecanismos de

falla y sus causas. Es mas que evidente que el cocimiento de los

materiales, propiedades y sus discontinuidades típicas, de acuerdo a su

proceso de fabricación o condiciones de operación, ayudará notablemente a

los técnicos en ultrasonido al realizar una prueba y tomando en cuenta que

la mayoría de las técnicas de inspección son recomendadas cada una de

ellas para un tipo de discontinuidades específica, el conocimiento de estas

discontinuidades típicas nos ayudará a seleccionar el método mas

adecuado.

CLASIFICACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADESLas discontinuidades pueden ser divididas, de acuerdo a su origen y se

clasifican como sigue:

1. DISCONTINUIDADES INHERENTESSon formadas normalmente cuando el metal es fundido y vaciado, a su

vez se pueden subdividir en:

a) De fundición primariaSon relacionados con el fundido y solidificación del lingote original

de que será transformado en placas, billets, etc.


b) De fundición secundariaSon relacionados con el fundido, vaciado y solidificación de una

pieza, normalmente son causadas por variables propias del

proceso, por ejemplo: alimentación impropia, vaciado excesivo,

temperatura inadecuada, gases atrapados, humedad, etc.

2. DISCONTINUIDADES DE PROCESOLas discontinuidades de este tipo son las originadas en los diferentes

procesos de manufactura, por ejemplo: Forjado, fundido, maquinado,

rolado, soldado, tratamiento térmico.

3. DISCONTINUIDADES DE SERVICIOAlgunas veces estas discontinuidades son producidas por otro tipo de

discontinuidades presentes en el material, las cuales provocan una

concentración de esfuerzos. También pueden ser originadas debido a un

mal diseño de la parte donde los esfuerzos a los que el material es

sometido son mayores a los esfuerzos que puede resistir.

1. DISCONTINUIDADES INHERENTES

DE FUNDICIÓN PRIMARIADiscontinuidades encontradas en lingotes. Las discontinuidades más

comúnmente encontradas en lingotes son:

a) Inclusiones

b) Sopladuras

c) Contracción

d) Segregaciones


LINGOTE

a) INCLUSIONESInclusiones No MetálicasSon partículas de forma irregular, de material no metálico por ejemplo:

escoria, óxido, sulfuros, etc. Estas partículas quedan atrapadas en el

metal fundido y se encuentran presentes en el lingote, este tipo de

discontinuidades pueden ser de cualquier forma y también pueden ser

superficiales o internas.

ORIGEN1. Desplazamiento de material refractario

2. Escoriación inadecuada del metal líquido.

Inclusiones MetálicasGeneralmente, son partículas metálicas de diferente densidad o material

que permanecen en estado sólido y que quedan atrapadas en el metal

fundido, las cuales también pueden aparecer en grandes cantidades

esparcidas a través del lingote, pueden ser superficiales o internas.

Una causa que puede originar la inclusión metálica es el hecho de usar

materia prima con impurezas para la obtención del lingote, pueden

aparecer en materiales ferrosos y no ferrosos.


b) SOPLASURASPueden aparecer como áreas deprimidas en la superficie de la pieza

fundida o del lingote. También pueden presentarse como cavidades

subsuperficiales de forma redonda y alargada, se encuentran desde la

superficie hasta el centro o aisladas en pequeños grupos, extendiéndose

desde la superficie hacia el interior del lingote.

ORIGENFundamentalmente humedad excesiva del molde o lingotera, la

temperatura extrema del metal hace que la humedad se evapore

rápidamente originando que las presiones de éste vapor y de los demás

componentes excedan las presiones del metal en alguna parte de la

pieza durante la solidificación, originando cavidades lineales cuando

escapan, la porosidad es formada por gas, el cual es insoluble en el

metal fundido y es atrapado cuando el metal se ha solidificado. La

porosidad no fusionada se atribuye a la porosidad que esta en el lingote;

durante la operación de conformado es aplanada y forma lo que

podríamos llamar una fisura.

c) CONTRACCIÓNEs una discontinuidad originada por las contracciones internas durante

el proceso de solidificación y enfriamiento, las contracciones que sufre el

metal durante la solidificación y enfriamiento es a consecuencia de lo

siguiente:

El metal líquido se contrae cuando se enfría, de estado líquido a

sólido.

Durante la solidificación la mayoría de los metales se contraen de

3% a 7% en volumen, a excepción del bismuto el cual se

expande.

Durante el enfriamiento en el estado sólido.


ORIGENEl metal al ser vaciado en la lingotera inicia el proceso de solidificación y

enfriamiento al descender la temperatura. El flujo del calor es del interior

al exterior de la lingotera y se realiza a través de las paredes y el fondo;

debido a que las partes más frías son las paredes, es ahí donde se inicia

la solidificación por capas.

En una lingotera, al enfriarse de afuera hacia adentro, la parte superior

del lingote mostrará una depresión cóncava conocida como rechupe

primario. La parte superior del lingote es cubierta por óxidos y escoria,

así como partículas de baja densidad. Esta zona se le conoce como

cabeza caliente la cual es cortada después que el lingote se ha enfriado,

para compensar la pérdida de este material se coloca en la parte

superior de la lingotera una línea de ladrillos refractarios. La acción

aislante de la línea de refractarios asegura un enfriamiento lento en esa

zona, comparada con el resto del lingote. Considerado un tipo de

lingotera con su parte superior angosta, en ella se lleva acabo el mismo

patrón de solidificación y enfriamiento. Así como la formación del

rechupe primario y si no se toman las precauciones debidas, al

solidificar la parte de arriba dejará un pequeño volumen líquido en forma

cónica, el cual al solidificarse se contraerá y eventualmente se formará

una cavidad denominada rechupe secundario.

Las paredes de este tipo de rechupe estarán libres de óxido, de tal

forma que en procesos subsecuentes (forma o laminado) se soldarán

eliminándose la discontinuidad, sin embargo, si esta pieza es sometida a

un temple existirá la posibilidad de que la discontinuidad sea abierta.

Para evitar que el volumen líquido de forma cónica quede aislado, debe

emplearse un sistema de enfriamiento mediante un inserto (enfriador)

que forma parte de la lingotera para que proporcione una velocidad de

enfriamiento igual al resto del material o bien teniendo cuidado en el

diseño de los sistemas de alimentación.


d) SEGREGACIÓNEs la distribución no uniforme de varios elementos durante el proceso de

solidificación como son: magnesio, fósforo, cromo, etc. Generalmente, el

azufre se combina con los demás elementos para formar la segregación.

La segregación toma lugar en diferentes formas como resultado del

proceso de la solidificación del lingote. Mientras mayor sea el tamaño

del lingote es más difícil controlar la solidificación y mayor es la

formación de segregaciones. El movimiento relativo que tenga el metal

líquido en la lingotera hasta la solidificación, es un factor que también

promueve la segregación, por ejemplo: los aceros calmados, en los

cuales hay menor movimiento del metal líquido, muestra menor

evidencia de segregación que los semi calmados y los efervescentes.

EXISTEN VARIOS TIPOS DE SEGREGACIONES QUE SON:1. Segregación en A

2. Segregación en V

3. Segregación en la esquina de la lingotera

4. Segregación de sopladuras subsuperficiales

Segregación en ALa segregación tiende a situarse hacia el centro de la parte superior del

lingote y es menos pronunciadas hacia la parte inferior, es una cadena

de azufre microscópica asociada con carbono, magnesio, fósforo,

níquel, cromo, etc. El metal que solidifica primero es el más puro debido

a su punto de fusión más alto, eventualmente el metal líquido mas

impuro, el que contiene más aleantes, es atrapado a medida que

progresa la solidificación y enfriamiento, llevándose a cado la

segregación.

Este tipo de segregación generalmente está asociado con inclusiones no

metálicas las cuales estuvieron en estado líquido a la temperatura del

acero y que quedaron atrapadas durante la solidificación; también está


asociada con cavidades por contracción causadas por aislamiento del

volumen segregado desde el metal líquido, las cavidades son muy

pequeñas y pueden ser fácilmente eliminadas con una pequeña

reducción de forja.

La segregación A es generalmente al sitio donde se produce la fisura

por hidrógeno.

Segregación en VOcurre a lo largo del lingote y es el resultado de solidificación diferencial,

es decir, debido a las contracciones y el gradiente de temperatura. Está

generalmente asociada con el rechupe secundario y toma su nombre

por la forma de la letra “V” que adopta, y al igual que la anterior es

formada por ser una de las regiones que solidifica al final y puesto que

también contiene un mayor grado de concentración de elementos de

aleación que el resto del material.

Segregación en la esquina del lingoteComo su nombre lo indica, generalmente ocurre en la esquina, al inicio y

en la parte inferior del lingote.

En la mayoría de los casos es asociada con una grieta, se debe a que el

líquido con mayor contenido de aleantes e impurazas es atrapado en la

junta (precisamente donde crecen los cristales columnares), y crecen

hacia el interior desde las caras adyacentes de la lingotera. Otra teoría

se basa en el efecto de la presión ferrostática ejercida en la capa que

solidifica primero que al oponer resistencia da inicio a una grieta o un

desgarre el cual ya no puede ser llenado con metal líquido siendo este el

caso en que la grieta es asociada con la segregación. Dos hechos dan

soporte a ésta teoría: La velocidad elevada de vaciado y el vaciado a

alta temperatura, de tal forma que la capa que solidifica primero debe

soportar el peso del metal líquido como si fuera vaciado lentamente.


Segregación de sopladuras subsuperficialesSon pequeños volúmenes de material segregado, los cuales ocurren en

regiones subsuperficiales del acero calmado. La segregación es

formada por las reacciones de gas localizado en el material líquido

causando sopladuras, las cuales son llenadas más tarde con metal

líquido. Normalmente, éste tipo de segregación es asociada con

inclusiones de óxido y se localiza en la región superior del lingote, pero

puede ocurrir en alguna otra región y a lo largo del mismo.

Las causas pueden ser: el estado de desoxidación del metal líquido

durante la carga (a menor presencia de gases, menor será la

formación); la condición del molde debe estar lo mas seco posible para

evitar reacciones.

DE FUNDICIÓN SECUNDARIADiscontinuidades comunes en piezas fundidas. Las discontinuidades

más comunes que son originadas en piezas obtenidas por fundición son:

a) Traslapes en frío

b) Desgarres en caliente

c) Cavidades por contracción

d) Microcontracciones

e) Sopladuras

f) Porosidad

g) Contracciones

A) TRASLAPES EN FRÍOEs una discontinuidad que puede ser superficial o subsuperficial,

generalmente son depresiones con apariencia tersa y se

asemejan a un traslape de forja.

Es producto de una falta de fusión que ocurre en el encuentro de

dos corrientes de metal que vienen de direcciones diferentes. Las


causas pueden ser de un vaciado interrumpido en moldes con

varias bocas de alimentación, salpicado dentro del molde o

cualquier otra causa que origine la solidificación de una superficie

antes de que otro metal fluya sobre ella.

B) DESGARRE EN CALIENTEEs importante recordar que la contracción es inevitable. Si existe

algo se opone a la contracción entonces se desarrolla un

esfuerzo el cual puede conducir al agrietamiento. El desgarre

puede ser interno o cercano a la superficie y se produce debido a

las diferentes velocidades de solidificación y enfriamiento que

ocasiona diferentes contracciones en algunas zonas de una pieza

de geometría complicada en la cual se tenga secciones gruesas y

delgadas.

Cuando se inicia la solidificación, el metal es débil en sus

propiedades mecánicas y se contrae si no se tiene una velocidad

de solidificación y enfriamiento uniforme ocasionando una grieta

entre las secciones gruesas y delgadas, lo mismo sucede en el

caso de que un corazón (sirve para formar cavidades o huecos

internos en una pieza) tenga un índice de colapsibilidad bastante

alto, ello origina un esfuerzo que se opone a la contracción libre

del metal y por lo tanto, da origen a las grietas en caliente.


C) CAVIDADES POR CONTRACCIÓNSon huecos en una pieza fundida causados por la falta de una

fuente suplementaria para compensar la contracción volumétrica

que ocurre durante la solidificación, la superficie de la cavidad

puede ser ligeramente en forma de dentrita y dentada (rasgada) o

puede ser ligeramente suave dependiendo de la composición del

metal fundido.

D) MICROCONTRACCIONESNormalmente, son muchos hoyos superficiales y pequeños que

aparecen en la entrada o boca de alimentación de la fundición.

Microcontracciones también pueden ocurrir cuando el metal

fundido fluye desde una sección estrecha hacia el interior de una

sección grande, en el molde. Ocurre con frecuencias en

fundiciones de magnesio.

DISCONTINUIDADES DE PROCESO

DE CONFORMADOSon aquellas originadas o producidas en procesos tales como rolado

y forjado. Las discontinuidades más comunes e importantes son:


a) Laminaciones

b) Costuras

c) Traslapes

d) Reventadas

e) Copos (Fisuras por hidrógeno)

a) LaminaciónSon discontinuidades producidas durante los procesos de

conformado (laminación o rolado, extrusión, forja), producto de

rechupes, poros, inclusiones y segregaciones, las cuales son

elongadas y aplanadas. Son extremadamente delgadas y

alineadas paralelamente a la superficie de trabajo del material y

en la dirección del conformado.

Estas discontinuidades pueden ser superficiales o internas.

b) CosturasSon discontinuidades superficiales en forma de líneas continuas o

intermitentes a lo largo de la superficie, poco profundas y algunas

veces muy apretadas (finas), paralelas al grano, algunas veces en

espiral cuando están asociadas con el rodillo de rolado.

Las costuras se originan de sopladuras, grietas, desgarres, poros

y contracciones que vienen en el tocho, billet o lingote.


DE FORJADOLas discontinuidades de forja ocurren cuando el metal es

martillado o presionado para darle la forma; son el resultado de

un inadecuado arreglo, disposición o control. Un control adecuado

de calentamiento para el forjado es necesario para prevenir

cascarilla excesiva que se origina en los contornos del metal y por

pérdidas del mismo resultan huecos sobre la superficie; estos

huecos son originados por la cascarilla desprendida de la

superficie dando como resultado una forma inaceptable.

Algunos calentamientos causan quemaduras debido a que los

constituyentes químicos del material son bajo punto de fusión.

Esta acción fusionante algunas veces reduce las propiedades

mecánicas del metal y el daño es irreparable.

Los traslapes de forja generalmente ocurren en forjas cerradas y

son la unión de dos superficies adyacentes causadas por un

incompleto llenado de metal y falta de fusión entre las superficies.

Otros defectos que pueden ser producidos en el acero forjado por

un diseño inadecuado o mantenimiento de la matriz son las

grietas y roturas internas. Si el material es movido anormalmente

durante el forjado, estos defectos pueden ser formados sin alguna

evidencia en la superficie.


c) TraslapesSon líneas onduladas no muy apretadas o adheridas a la

superficie que generalmente penetran a la pieza con un ángulo

pequeño.

El traslape es causada por que parte del metal se desliza o dobla

sobre la misma superficie de la pieza, usualmente cuando una

parte del metal forjado es apretado y queda fuera de entre los dos

dados.

d) ReventadasLa reventada de forja es una ruptura causada por temperaturas

de forja inapropiadas. Las reventadas pueden ser internas o

abiertas a la superficie o ambas.

Subsuperficial o interna

Abiertas a la superficie

Son producidas por: el empleo de bajas temperaturas durante el

proceso de forjado, el trabajo excesivo o el movimiento del metal

durante el forjado. Su apariencia es de cavidades rectas,

irregulares en tamaño muy abiertas o cerradas, paralelas al

grano.


e) Copos (Fisuración por hidrógeno)Son fisuras internas extremadamente delgadas y generalmente

alineadas en paralelo con el grano; algunas veces conocidas

como "grietecilla capilar o filiforme de cromo" (como es el caso de

una superficie decapada y fracturada que muestra fisuras internas

como áreas pequeñas, brillantes y plateadas) o como grietas

capilares finas. Generalmente se encuentran en forja de acero de

gran espesor, lingotes y barras.

Las causas que originan este tipo de discontinuidad son:

Las tensiones localizadas, producidas por la transformación

efectuada.

Disminución de la solubilidad del hidrógeno durante el

enfriamiento después del trabajo en caliente. El hidrógeno

puede provenir de la humedad del medio, de la lingotera y de

la caliza que es fuertemente higroscópica, o también la

presencia de hidrógeno en el material.

El material con alto contenido de hidrógeno disuelto presenta

fragilidad, reducción de la resistencia de la pieza forjada

haciéndola apta para que una grieta se propague cuando esta se

origine por impacto, fatiga o esfuerzo por corrosión. Este tipo de

discontinuidad se presenta en materiales ferrosos.

GRIETAS POR TRATAMIENTO TÉRMICOLas grietas por tratamiento térmico son casi siempre causadas por la

concentración de esfuerzos durante el calentamiento y enfriamiento

desigual entre secciones delgadas y gruesas. Las grietas por tratamiento

térmico no tienen dirección específica y empiezan normalmente en

esquinas agudas, las cuales actúan como puntos de concentración de

esfuerzos.


GRIETAS POR MAQUINADOSon un tipo de discontinuidad de proceso causadas por esfuerzos, los

cuales son producidos por excesivo calentamiento local entre la

herramienta y la superficie del metal.

Sus características principales pueden ser:

Superficiales

Poco profundas

Similares a las de tratamiento térmico (aunque no siempre)

Ocurren en grupos

Generalmente ocurren en superficies con alto tratamiento térmico,

cromados, endurecimiento local, etc.

Sobrecalentamiento local.

DEFECTOS TÍPICOS QUE SE PRODUCEN EN SOLDADURALa mayoría de los procesos de soldadura consisten en unir dos piezas de

metal para satisfacer una especificación, dibujo o cualquier otro medio en el

que se establezca un requisito. En la industria, están disponibles sobre

cuarenta procesos de soldadura diferentes dentro de los que se incluye a:

soldadura con arco, con gas, de resistencia, etc. Sin importar el proceso,

existen tres variables comunes:

Una fuente de calor.

Una fuente de protección.

Una fuente de elementos químicos.


El control de estas variables es esencial y cuando alguna de ellas, por

cualquier razón, se vuelve inestable se puede esperar que se presenten una

variedad de discontinuidades en la soldadura.

Los defectos que se producen en soldadura, y que el técnico de ultrasonido

debe poner en evidencia, pueden ser de índole diversa. Algunos son

inherentes al tipo de procedimiento empleado para realizar la soldadura.

Otros son comunes a casi todos los procedimientos. En ocasiones, los

defectos son provocados por la inexperiencia o negligencia del soldador

(posición incorrecta del electrodo, eliminación insuficiente de escorias, etc. ).

En otras ocasiones los defectos se deben a que no se han ajustado en forma

conveniente los parámetros del proceso (intensidad inadecuada, velocidad de

desplazamiento del arco demasiado elevada, etc.). Por ultimo, hay defectos

debidos a una unión deficiente (tipo de preparación inadecuada para el

espesor de la placa, electrodo mal indicado para el tipo de material a soldar,

etc.).

Desde el punto de vista del operario de ultrasonido, los defectos en soldadura

pueden agruparse como sigue:

1. EXTERNOS1.1 Grietas

1.1.1 Longitudinales y Transversales

1.2 Descolgamientos y Desalineamientos

2. INTERNOS2.1 Grietas

2.1.1 Longitudinales

2.1.2 Transversales

2.1.3 De cráter


2.2 Falta de penetración, Falta de Fusión, Escoria y Porosidad

En cuanto a la detección de estos defectos por ultrasonido evidentemente los

que debe buscar el operario son los internos. No obstante, esto no quiere

decir que deben ignorarse los externos sino, muy al contrario, tener en cuenta

la posibilidad de su existencia al realizar el examen de un cordón pues

muchas veces su presencia puede dar origen a confusiones o errores de

interpretación.

Por otro lado, de acuerdo a su posición a través de la soldadura.

discontinuidades pueden agruparse como se menciona a continuación:

DISCONTINUIDADES EN EL PASO DE RAÍZFALTA DE PENETRACIÓNEs la falta de penetración en el paso de raíz o fondeo, dejando presentes

las aristas de la cara de raíz. Ocurre cuando no se alcanza la temperatura

de fusión del metal base debido a diferentes razones, por ejemplo:

inadecuada preparación o diseño de la junta, electrodos de grandes

dimensiones (diámetro), velocidad de aplicación excesiva y corriente

utilizada baja.

FALTA DE PENETRACIÓN CON DESALINEAMIENTOEs la falta de fusión de una de las caras de raíz, en el paso de raíz o

fondeo, cuando las caras de raíz están desalineadas. Ocurre cuando las

caras de raíz de los elementos que serán unidos no se encuentran

alineadas entre ellas.


CONCAVIDAD EN LA RAÍZEl paso de la raíz funde ambas caras pero al centro del cordón de raíz se

presenta una depresión o cavidad debida a la contracción del metal.

QUEMADAEs una depresión severa en la raíz de la soldadura, por penetración

excesiva la raíz de la soldadura ha perdido parte del metal, generalmente

no es alargada.

SOCAVADO INTERNOEs una ranura en el metal base alo largo del borde del cordón de raíz en la

superficie interior de la soldadura.


FUSIÓN INCOMPLETA EN EL PASO DE RAÍZEs la falta de fusión entre una de las caras de raíz y el material de

soldadura de aporte en el paso de raíz. Presente en juntas a tope con

ranura en “V” sencilla.

DESALINEAMIENTO (HIGH-LOW)Cuando los elemento soldados no se encuentran alineados entre ellos.

PENETRACIÓN EXCESIVA (EXCESO DE PENETRACIÓN)Exceso de metal de soldadura de aporte en el cordón de raíz. Se puede

extender a lo largo del cordón de raíz o en zonas aisladas.

DISCONTINUIDADES EN EL PASO FINALLLENADO INCOMPLETOEs la falta de metal de soldadura de aporte en el paso final.


FALTA DE FUSIÓN O FUSIÓN INCOMPLETA EN EL PASO FINALEs la falta entre una de las caras de ranura y el material de soldadura de

aporte en el paso final.

SOCAVADO EXTERNOUna ranura en el metal base a lo largo del borde del paso final, en la

superficie exterior de la soldadura.

REFUERZO INADECUADO O RELLENO INSUFICIENTEUna depresión en el paso final o parte superior de la soldadura, dando

como resultado un espesor menor en la soldadura que en el metal base. Se

extiende a través del ancho completo del paso final.


REFUERZO EXCESIVOExceso de metal de soldadura de aporte en el paso final.

DISCONTINUIDADES INTERNASINCLUSIONES ALARGADAS (LÍNEAS DE ESCORIA)Material no metálico, escoria, óxidos metálicos y sólidos no metálicos,

atrapado entre los cordones de la soldadura, en los pasos de relleno.

Orientadas en dirección paralela al eje de soldadura, pueden presentarse

en líneas continuas o intermitentes, sencillas o paralelas.

INCLUSIONES AISLADAS (INCLUSIONES DE ESCORIA)Material no metálico, escoria, óxidos metálicos y sólidos no metálicos,

atrapado entre los cordones de la soldadura, en los pasos de relleno. Son

de forma irregular, ligeramente alargadas o aisladas, distribuidas al azar en

la soldadura.


FALTA DE FUSIÓN O FUSIÓN INCOMPLETA (ENTRE METAL DE BASEY SOLDADURA)Es la falta de fusión entre la cara de ranura y el metal de soldadura de

aporte en los pasos de relleno. Orientadas en dirección paralela al eje de la

soldadura, pueden presentarse en líneas alargadas continuas o

intermitentes, sencillas o paralelas.

FALTA DE FUSIÓN O FUSIÓN INCOMPLETA (ENTRE CORDONES DESOLDADURA DE RELLENO)Es la falta de fusión entre los cordones de soldadura de aporte en los pasos

de relleno. Conocida como “soldeo en frío de los cordones”, “traslape frío” y

“soldadura cruda”. Orientadas en dirección paralela al eje de la soldadura,

pueden presentarse al líneas alargadas continuas o intermitentes, sencillas

o paralelas.


INCLUSIONES DE TUNGSTENOPedazos pequeños de tungsteno atrapados entre los cordones de la

soldadura, se produce cuando el electrodo de tungsteno se funde y

deposita entre la soldadura. De forma irregular, agrupadas o aisladas, y

localizadas en cualquier parte de la soldadura.

POROSIDADSon huecos redondeados o ligeramente alargadas producidos por gas

atrapado durante la solidificación del metal de soldadura de aporte.

Se clasifican en :

Porosidad individual, aislada o al azar

Porosidad agrupada

Poros túnel o agujeros de gusano

Porosidad en el cordón de raíz


GRIETASFracturas o roturas del metal, pueden ser del metal de base o del metal de

aporte. Se producen cuando se ha excedido la resistencia del metal, por

ejemplo debido a esfuerzos elevados por cambios dimensiónales

localizados. Pueden ocurrir durante la aplicación del metal de aporte,

durante el enfriamiento o particularmente en materiales duros o frágiles.

Se clasifican en:

Grietas longitudinales

Grietas transversales

Grietas de cráter o estrella

Grietas en metal de base


POSIBILIDAD DE DETECCIÓN DE DEFECTOS INTERNOS EN SOLDADURAMEDIANTE ULTRASONIDO

Eligiendo la técnica de control por ultrasonido mas adecuada, en cada caso,

puede afirmarse que casi la totalidad de los defectos internos inherentes a las

soldaduras pueden ser detectados.

Veamos ahora el grado de dificultad que involucrado en la detección de cada uno

de los defectos citados durante el examen de soldaduras por ultrasonido.

GRIETASLas grietas longitudinales, que suelen darse en las uniones soldadas, son

relativamente fáciles de detectar mediante ultrasonido. Las grietas transversales

requieren un mayor cuidado para su detección siendo necesario buscarles con el

palpador situado casi paralelo al cordón como se observa en la Figura 1, sin

embargo, en ocasiones no es posible detectarlas de esta forma y entonces se


recurre al control mediante dos palpadores conectados en paralelo (Figura 2)

funcionando ambos como emisores y receptores.

Figura 1 Figura 2

FALTA DE PENETRACIÓNCuando la preparación de las placas a soldar es en "V' (caso muy frecuente) la

falta de penetración de existir se presenta en la raíz. Si el cordón lleva preparación

en "X" o "doble V" la falta de penetración suele producirse en el centro del mismo y

si el ángulo de entrada del palpador es mas bien bajo (60° o 45°), debido a que las

placas son gruesas puede ocurrir que, al ser el defecto vertical y muy plano, no

pueda ser detectado con un solo palpador (Figura 3). Se recurre, entonces, al

empleo de dos palpadores conectándose en serie, el segundo recibe (Figura 4)

pudiéndose entonces detectar el defecto.

Figura 3

Figura 4


En algunos casos los ecos procedentes de falta de penetración, existente en la

raíz de los cordones aplicados en placas de espesores más bien pequeños,

pueden confundirse con los procedentes de descolgamientos, este se presenta

particularmente en uniones a tope de tubos. No obstante, ninguno de los defectos

suele admitirse y por lo tanto, frecuénteme, no se requiere la identificación, del tipo

de defecto.

FALTA DE FUSIÓNLas faltas de fusión suelen aparecer frecuentemente en los flancos de los

chaflanes de las placas, en ocasiones se producen entre pasadas, por ejemplo en

la unión de tubos realizada por el procedimiento CO2, y su forma y orientación

ocasionada que sea necesario un mayor cuidado en su localización mediante

ultrasonido.

INCLUSIONES DE ESCORIAEste tipo de defecto es muy corriente en la soldadura eléctrica por arco manual,

aunque puede darse en otros casos. Se pueden presentar en cualquier parte del

cordón. En ocasiones se encuentran en la raíz y pueden ir asociadas con falta de

penetración. Su detección por ultrasonido normalmente, no presenta problemas.

INCLUSIONES GASEOSASLas mas frecuentes de estas inclusiones son los denominados poros que, debido

a que son reflectores esféricos muy pequeños, requieren un cuidadoso control.

Cuando están agrupados la detección es mas sencilla así como cuando son

vermiculares o bien son cavidades gaseosas grandes.

En general, por ultrasonido la detección de todos estos tipos de discontinuidades

esta haciéndose mas común en prácticamente todos los campos de la industria.

DISCONTINUIDADES DE SERVICIOLa falla mecánica es siempre el resultado de un esfuerzo arriba de un valor critico

para cada material que provoque deformación o fractura. Tales esfuerzos


excesivos son establecidos por la combinación de defectos del material, cargas

excesivas, tipos de cargas inadecuadas o errores de diseño.

En general, los productos y estructuras pueden estar sujetos a una variedad de

condiciones de servicio, por ejemplo: las cargas aplicadas pueden ser estáticas

(estacionarias o fijas) o dinámicas (variables); el medio ambiente puede contribuir

a la corrosión, vibración o temperaturas y presiones por arriba o debajo de las

condiciones normales; el producto podría, inclusive, estar sujeto a abuso.

Bajo ciertas condiciones las discontinuidades que se cree no son de riesgo

pueden cambiar y convertirse en defectos serios que pueden causar una falla

desastrosa. Lo anterior ocurre debido a condiciones de servicio y puede ser por

los efectos de fatiga o corrosión, especialmente, cuando son acompañadas por

cargas cíclicas. Una pequeña discontinuidad que es inherente al material puede

desarrollarse hasta convertirse en una grieta de concentración de esfuerzos que,

bajo ciertas cargas variables, se propaga con el paso del tiempo hasta que ya no

exista suficiente material sólido para soportar la carga. Como consecuencia de lo

anterior se produce la falla total por fractura.

Las discontinuidades de servicio son las más importantes y criticas. Los materiales

que pueden presentar defectos debido a las condiciones de funcionamiento u

operación son considerados extremadamente críticos y demandan atención

estrecha.

Son consideradas discontinuidades de servicio:

Grietas por fatiga

Corrosión

Grietas por corrosión

Erosión

A) GRIETAS POR FATIGAInician en puntos de alta concentración de esfuerzos, debido a la forma del

material y algunas veces son causadas por discontinuidades existentes en la


pieza antes de ponerla en servicio, normalmente se encuentran abiertas a la

superficie. Barrenos en el material, ranuras en la superficie, discontinuidades

internas y particularmente aquellas sobre o cercanas a la superficie y

discontinuidades causadas por ataque de corrosión en los bordes de grano

pueden ser fuentes de grietas por fatiga.

La falla por fatiga es más común de lo que podría pensarse. Se estima que en

el equipo que cuenta con partes en movimiento o que se encuentran sujetas a

vibración, el 90% de las fallas incluye a la fatiga de alguna forma.

B) CORROSIÓNEn general, corrosión es el deterioro de metales debido a la acción química del

medio circundante o contrayente, el cual puede ser un líquido, gas o la

combinación de ambos. En algún grado la corrosión puede producirse sobre

todos los metales, pero su efecto varia ampliamente dependiendo de la

combinación del metal y el agente corrosivo. La corrosión ataca metales por

acción química directa, por electrólisis (acción electroquímica) o por la

combinación de ambos.

Corrosión General. La corrosión general es el tipo mas común de corrosión,

se presenta en forma relativamente uniforme sobre la superficie total del metal

expuesto.

Picaduras (Pitting). Otro tipo de corrosión son las picaduras, es corrosión

localizada la cual corresponde a hoyos que se extienden o desarrollan hacia

dentro del metal. Este tipo de corrosión es mas serio que la corrosión ligera

general ya que las picaduras pueden reducir la resistencia del material y

porque también son núcleos para las grietas por fatiga. En algunos materiales


la cantidad y profundidad de las picaduras puede incrementarse con el tiempo.

El acero con corrosión uniforme expuesto a la atmósfera puede, con el paso

del tiempo, desarrollar picaduras.

C) GRIETAS POR CORROSION.Un tipo serio de corrosión es creado cuando el ataque es contra los bordes de

grano. Siguiendo los bordes de grano desde la superficie del material, se

desarrolla una discontinuidad, un tipo de grieta. Tales grietas pueden causar la

falla del material sometido a cargas estáticas debido a la reducción de la

resistencia a la carga de la sección transversal. En el caso de cargas

dinámicas, son fuentes de inicio de las grietas y falla por fatiga.

Agrietamiento por esfuerzo de corrosión (Stress Corrosión Cracking).Existe un tipo de corrosión ínter cristalina conocida como agrietamiento por

esfuerzo de corrosión, que es de gran interés por sus efectos sobre un gran

número de aleaciones comunes de varios metales utilizados en medios

químicamente agresivos. En aceros de alta resistencia y aceros inoxidables

austeníticos es usualmente transgranular. Para el control] del agrietamiento por

esfuerzo de corrosión se necesita considerar cuatro requisitos para que se

presente: una aleación susceptible; un medio agresivo y corrosivo; esfuerzos

aplicados y residuales; y el tiempo.


3. INSPECCIÓN DE SOLDADURAS POR ULTRASONIDOCuando un palpador angular, acoplado a un equipo de ultrasonido, se apoya

sobre la superficie de una placa el haz de andas longitudinales emitido por el

cristal del palpador, se refracta, al atravesar la interfase convirtiéndose en un haz

de ondas transversales. Este haz se propaga en "zigzag" a través de la placa

según se ve en la Fig. siguiente y si, en su camino, no encuentra ningún reflector

de orientación favorable, continuará su propagación a través de la placa y en la

pantalla. no habrá ninguna indicación.

Cada reflexión, la divergencia del haz va haciéndose mayor manteniéndose el

máximo de presión sonora en la parte central del haz. La divergencia del

palpador angular, depende de la superficie del cristal! piezo-eléctrico y de la

frecuencia con que trabaja.

Imaginemos ahora que el haz de ondas transversales incide en el borde de la

placa. En este caso, aparecerá un eco en la pantalla siempre que cl rango

elegido en el equipo sea el adecuado, la reflexión se producirá bien cuando el

haz incida en el borde inferior o bien cuando incida en el superior. El eco de

máxima altura corresponderá a la reflexión de la parte central del haz en el borde

inferior dc la pieza al producirse la primera reflexión. A continuación, los ecos

sucesivos debidos a reflexiones en los bordes serán lógicamente de menor

amplitud a medida que el palpador vaya alejándose del borde de la placa puesto

que el haz, al tener que recorrer mayor camino, sufrirá una situación

consiguiente mayor.


De lo anterior, se deduce que se pueden obtener las reflexiones

correspondientes a los bordes, inferior y superior, de la placa sin mas que situar

el palpador de forma que el haz incida principalmente en el borde inferior y

después en el borde superior (después de haber sufrido una reflexión en la

superficie inferior de la placa). La reflexión en le esquina inferior del borde de

placa se produce a una distancia SD/2 entre el punto de salida del haz del

palpador y el borde de la placa y la reflexión en esquina superior, se produce a

una distancia SD, pero veamos la siguiente figura:

De la anterior se deduce, que el haz barre toda la sección transversal de la placa

al desplazar el palpador entre SD/2 y SD a la distancia SD se le denomina

"SALTO" y a SD/2 "MEDIO SALTO", conociendo el ángulo de entrada del

palpador, y el espesor de las distancias SD y SD/2. En efecto, de la figura se

deduce que:

tgθ = SD/e y por lo tanto, SD/2 = e.tgθ y SD = 2e.tgθ = e.2tgθ


Los palpadores angulares llevan gravado, para su ángulo de entrada, el factor 2

tgθ, por lo cual, el conocer la distancia de un salto y medio salta es cuestión,

únicamente, de saber el espesor de la placa.

Supongamos que al verificar una placa con palpador angular se detecta un

defecto. Este defecto producirá, si es de orientación favorable al haz, un eco en la

pantalla del equipo (siguiente figura) consideremos que la posición del defecto

dentro de la placa es indicada en la figura de a lado si el equipo ha sido calibrado

en recorridos dc haz podemos conocer, sin mas que leer directamente en la

pantalla, la distancia (DA) a la que se encuentra el defecto; ahora bien, recurriendo

a sencillas expresiones de trigonometría tendremos que:

Sen θ = DS/DA y cos θ = PROF/DA y por lo tanto,

DS(DISTANCIA SUPERFICIAL) = DA x sen θ y,

PROF(PROFUNDIDAD EN PRIMERA PIERNA) = DA x cos θ

y, como θ es conocido puesto que es el ángulo de entrada del haz podremos

determinar la profundidad a la cual se encuentra el defecto, medida sobre la

superficie de la placa, así como profundidad "t".


Consideremos ahora que el defecto se localiza después de una reflexión del haz

en la superficie inferior de la placa observando en la pantalla del equipo veremos

que, ahora, la distancia a la que aparece el defecto es lógicamente mayor,

teniendo en cuenta las expresiones anteriores tendremos ahora que:

A = (s1 + s2)SEN; ahora bien, s1 + s2 = s; que podemos leer directamente en la

pantalla, por lo tanto, a = sSEN

El cálculo de la profundidad a la que se encuentra el defecto, en este caso, es algo

más complicado y se explicará, mas adelante, con ocasión de la determinación de

la profundidad de un defecto en un cordón de soldadura.

Antes de abordar la inspección de un determinado cordón de soldadura, todo

técnico en ultrasonido debe conocer ciertos puntos, por ejemplo:

1. MATERIAL A EXAMINAR

2. ESPESOR DE PLACA

3. PREPARACIÓN DE LAS UNIONES DEL CORDÓN

4. PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA UTILIZADO

5. SI LA SOLDADURA HA SUFRIDO ALGÚN TRATAMIENTO TÉRMICO O NO


6. EXISTENCIA DE RESPALDO DE SOPORTE EN LA RAÍZ DEL CORDÓN

informarse sobre las cuestiones anteriores puede suponerle al operario una gran

ayuda para la realización del examen. Veamos como puede influir en el control, el

conocimiento de las anteriores cuestiones.

1. Conocer el tipo de material puede ayudarle a saber si, en !as zonas

adyacentes al cordón, va a encontrar estructura de grano grueso o fino, lo que

determina la frecuencia a emplear.

2. Saber cual es el espesor de la placa es siempre muy importante, pues, aparte

de ayudar en la elección del :ángulo a emplear le va a servir para conocer !as

distancias de brinco y medio brinco entre las cuales, ha de desplazar el

palpador durante la ejecución del control.

3. Conocer la preparación de la unión ayuda de forma muy considerable a la hora

de interpretar los defectos. Así, por ejemplo, si el cordón lleva preparación en

"X" y la posible falta de penetración que pudiera tener este cordón, se

encuentra en el centro del mismo, es decir entre las pasadas de la raíz de uno

y otro lado.

4. El conocimiento de que procedimiento de soldadura se ha empleado es de

gran importancia para determinar cuales son los defectos que, con mayor

seguridad, se pueden encontrar. Así, el cordón se ha soldado con el

procedimiento CO2 se sabe de antemano que no va a encontrar inclusiones de

escoria, pues el electrodo va protegido con gas y debe, en cambio, tener en

cuenta que en este tipo de soldadura los defectos mas frecuentes son

inclusiones gaseosas y falta de fusión entre otros defectos.

5. A veces, en ciertos tipos dc cordones, es necesario realizar tratamientos

térmicos posteriores a la soldadura. Estos tratamientos pueden originar

cambios en la estructura de grano del cordón, lo cual puede influir sobre la

elección de la frecuencia del palpador .

6. Por último en algunos cordones en la raíz, se sujeta con soportes de respaldo

(por ejemplo en ciertas uniones de tubos). El operario debe esperar, casi con

seguridad, ecos debidos a reflexiones en los mencionados respaldos lo que ha


de tener en cuenta a la hora de dilucidar si un eco procedente de la raíz, de un

defecto real, o bien de dichos respaldos.

INSPECCIÓN DE UN CORDÓN DE SOLDADURASupongamos que se va a inspeccionar un cordón de soldadura, mediante

ultrasonido, por medio de un palpador angular, del ángulo de entrada para poder

barrer toda la sección transversal del cordón será necesario desplazar el palpador

entre las distancias correspondientes a medio salto y un salto, veamos la siguiente

figura:

Efectivamente, desde la posición de medio salto el haz incide en la raíz del

cordón. Al ir desplazando hacia atrás el palpador, el haz va barriendo

paulatinamente la sección del cordón desde la raíz hasta el sobre espesor,

momento en el cual el palpador se encontrará a la distancia de un salto.

Dc lo anterior se deduce que el operario que va a realizar el control tiene la

certeza de barrer con cl haz del palpador todo el cordón desplazándolo entre las

distancias SD/2 = e.tgθ y SD c e.tgθ ahora bien, se explicó anteriormente que el

factor 2.tgθ viene marcado en el palpador, para cada ángulo de entrada de forma

que con solo conocer el espesor de la placa puede hallar las mencionadas

distancias. La distancia del salto y medio salto, varían considerablemente en

función de los ángulos de entrada. Así por ejemplo, si se desea inspeccionar una

placa de espesor igual a 20 mm, con un palpador de 70 grados cuyo factor es 55,

la distancia de un salto es igual a 110 mm y la de medio salto es igual a 55 mm si

en vez de este palpador se utiliza uno de 80 grados cuyo factor es 11, las

distancias serán de 220 y 110 respectivamente, por el contrario, un palpador de 45

grados, cuyo factor es 2, deberá desplazarse entre 40 y 20 mm, parece lógico


pensar, en un principio, que con objeto de evitar desplazamientos considerables

del palpador, sobre la superficie de la placa y por consiguiente facilitar la tarea al

operario, deberán elegirse siempre ángulos de entrada pequeños, puesto que

entonces los desplazamientos del palpador serían menores. Sin embargo, no es

factible, el poder realizar inspección de soldadura, empleando siempre palpadores

de pequeño ángulo, en primer lugar ocurre que, como el punto de salida del haz

se encuentra aproximadamente en el centro del palpador, muchas veces resulta

imposible realizar la inspección cuando la distancia de medio salto es muy

pequeña pues el palpador tropieza con el sobre espesor del cordón.

Por el contrario, si para una placa de un espesor de, por ejemplo 40 mm se elige

un ángulo de entrada grande, supongamos de 80 grados, la distancia del salto

sería de 440 mm y la de medio salto de 220 mm así que habría que desplazar el

palpador una longitud de 220 mm hacia adelante hacia atrás para poder barrer

toda la sección trasversal del cordón, lo que, como hemos dicho, resultaría

bastante molesto para el operario, además ocurre que el sonido ha de recorrer

trayectos muy grandes hasta llegar al cordón, lo cual produce una atenuación,

consiguientemente considerable, para poder detectar posibles defectos en el

cordón, deberíamos amplificar al máximo o bien aumentar la potencia de emisión,

lo cual trae consigo una pérdida de poder resolutivo.

En este estado de cosas, parece lógico pensar que se deban emplear palpadores

de ángulo de entrada elevada para chapas de espesares medias y finos, y de

ángulos de entrada bajo para soldaduras en fuertes espesores. La tabla siguiente

recomienda el ángulo de utilización de cada palpador angular en función del

espesor de la placa.

ESPESOR (MM) ANGULORECOMENDADO

FACTOR (2.TG)

-20 80 11

20-40 70 5`5

40-60 60 3´5

Mayor a 45 2


CÁLCULO TEÓRICO DE LA DISTANCIA Y PROFUNDIDAD DE UN DEFECTOConsideremos que, al inspeccionar un cordón de soldadura por ultrasonido,

aparece un defecto, tal como se indica en la siguiente figura:

Se puede par tanto, calcular la profundidad de un defecto sin mas que considerar

el espesor de la placa, y el recorrido del sonido s que nos indica el equipo. Sin

embargo, veremos mas adelante que no es necesario, en la práctica, utilizar esta

expresión para calcular la profundidad de un defecto. Esto fundamentalmente por

los nuevos equipos digitales, que hacen este cálculo automáticamente.

LOCALIZACIÓN DE UNA DISCONTINUIDAD EN SOLDADURAHemos visto como, para realizar la inspección de un cordón de soldadura, es

necesario desplazar el palpador angular entre un salto y medio salto. No obstante,

cabe preguntarse como se ha de realizar este desplazamiento, en primer lugar,

hay que considerar que los defectos en el cordón pueden tener una inclinación

determinada, por lo cual, a medida que desplazamos el palpador hacia adelante y

hacia atrás, habrá que manipular el transductor de forma que realice un molimiento

en "zigzag” de no hacerlo así, y siempre que se mantenga el palpador

perpendicular dirigido hacia el cordón se obtendrán ecos únicamente de aquellos

defectos que tengan orientación longitudinal a lo largo el mismo, como ya se ha

dicho. El movimiento del palpador en "zigzag” permite detectar todos los defectos

inclinados, veamos la siguiente figura:


En segundo lugar hay que tener en cuenta que algunos defectos, aparte de su

inclinación respecto al eje del cordón pueden tener una orientación tal que solo

constituyan buenos reflectores desde un solo lado del así que podría ser necesario

el realizar la inspección desde ambos lados del cordón siempre que ello sea

posible.

Por lo tanto, para tener una mayor seguridad en la detección de los defectos en

soldadura, se requiera que el movimiento del palpador sobre la superficie, sea tal

que nos permita localizar defectos de cualquier orientación. Par otra parte, es muy'

importante realizar el ensayo, siempre que ello sea posible, desde ambos lados

del cordón, pues de esta forma tendremos mayor certeza en cuanto a la

localización de defectos.

DETECCIÓN DE DEFECTOSAl llevar a cabo la inspección de una soldadura par ultrasonido y con el objetivo de

detectar todos los posibles defectos presentes, de acuerdo a lo mencionado

anteriormente, es necesario establecer y marcar, sobre la superficie del metal

base, una zona específica conocida como "ZONA DE BARRIDO".

La zona de barrido es el espacio dentro del cual se debe realizar el movimiento del

transductor (Barrido ), como se muestra en la siguiente figura:

ZONA DE BARRIDO


Esta zona cuenta con un Límite Lejano (Distancia SD + 1 pulgada) (Para

situaciones prácticas es recomendable agregar una pulgada a la distancia SD

calculada) y un Limite Cercano (Distancia SD/2).

DETECCIÓN DE DEFECTOS LONGITUDINALESPara detectar la presencia de defectos orientados longitudinalmente (paralelos con

respecto al eje de la soldadura), el transductor debe mantenerse perpendicular

con respecto al eje de la soldadura y movido sobre la zona de barrido como sigue:

Movimiento transversalPara inspeccionar totalmente la sección transversal de la soldadura incluyendo la

zona afectada por el calor, se debe realizar el desplazamiento del transductor a

largo de la zona de barrido, como se indicó anteriormente desde el limite cercano y

hasta el límite lejano y viceversa. Cada desplazamiento debe llevarse a cabo en

combinación con un movimiento giratorio de aproximadamente 10° a 15º a cada

lado de la línea central del transductor.

Movimiento lateralEste movimiento debe realizarse a todo lo largo de la junta soldada. Cada

desplazamiento paralelo a la soldadura no debe ser mayor que el ancho del

transductor. Es recomendable y de acuerdo con algunos requisitos específicos,

que exista un traslape del 10% al 15% de la dimensión transversal del transductor

con respecto a la dirección del barrido.

Debe tenerse presente que ambos movimientos deben ser adecuadamente

combinados.

En la siguiente figura se ilustran los movimientos necesarios para la detección de

defectos longitudinales:


DETECCIÓN DE DEFECTOS TRANSVERSALESMovimiento complementarioPara la detección de defectos transversales el haz ultrasónico debe ser dirigido a

lo largo de la longitud total de la soldadura. Si la soldadura no es preparada al ras

del material base el barrido debe realizarse a ambos lados de la soldadura y a un

ángulo de 15° con respecto al eje de la soldadura; si la soldadura ha sido

preparada al ras del material base el barrido debe realizarse sobre la soldadura.

Este movimiento se realiza como se muestra en la siguiente figura:

ESTIMACIÓN DEL TAMAÑO DE UNA DISCONTINUIDADEl llevar a cabo la estimación del tamaño de una discontinuidad demanda

habilidad y experiencia del técnico, además, que el equipo funcione en óptimas

condiciones, esto se debe principalmente a los problemas que pueden estar

involucrados al realizar esta función. En general, el equipo, los niveles de

sensibilidad y las técnicas utilizadas en la inspección de soldaduras requieren que

se mantenga la atención de un técnico experimentado, no solo cuando se debe

llevar a cabo la estimación del tamaño de una discontinuidad.

Existe un gran número de factores que afectan la exactitud en la estimación del

tamaño de una discontinuidad, dentro de los que se incluyen:


a) La exactitud de la calibración, para obtener la lectura real de la distancia

recorrida hasta donde se encuentra localizado el reflector dentro del material.

b) El poder de resolución, del transductor.

c) La condición superficial.

d) La exactitud en la determinación de ángulo de refracción, del haz ultrasónico

dentro del material.

e) La pérdida de sensibilidad, con el incremento de distancia.

f) La divergencia del haz ultrasónico, con el incremento de distancia.

g) La forma de la discontinuidad, o sus características.

h) La experiencia del personal.

En general, existen dos métodos para la estimación del tamaño de una

discontinuidad por medio de la inspección ultrasónica:

A) Método por comparación con reflectores de referencia. Este método

consiste en el uso de muescas, ranuras, barrenos laterales, la reflexión de

pared posterior de la pieza o barrenos de fondo plano de diferentes

dimensiones. La amplitud del eco producido por una discontinuidad es

comparada con la amplitud del eco producido por el reflector de referencia.

El método por comparación con reflectores de referencia tiene sus dificultades

prácticas, pero a pesar de ello ha sido y es aplicado en gran proporción en

inspecciones de una gran cantidad de materiales, componentes, etc. Las

dificultades involucradas en la aplicación de este método son:

1) La textura superficial de la mayoría de discontinuidades difiere grandemente

comparada con los reflectores de referencia maquinados.

2) La relación angular entre la discontinuidad y el eje del haz ultrasónico es

rara vez igual a la del reflector de referencia.

3) La discontinuidad puede no tener una superficie mayor o la superficie puede

no ser accesible al haz ultrasónico.


4) A diferencia de los reflectores de referencia, las discontinuidades rara vez

consisten de una superficie respaldada con aire. Su superficie puede

parecerse a un grupo de pequeñas superficies orientadas al azar las cuales

actúan corno reflectores dispersantes.

5) Los bordes de una discontinuidad son tales que su forma y tamaño pueden

ser determinados solamente por una técnica especial entonces su

comparación con un reflector de referencia llega a ser únicamente como "de

referencia".

6) La amplitud de los ecos no esta relacionada con el tamaño de la

discontinuidad excepto para casos especiales de reflectores tales como

barrenos (discos) de fondo plano detectados con ondas longitudinales en la

inspección por haz recto. De hecho, la mayoría de especificaciones para

instrumentos ultrasónicos por pulso eco requieren que la amplitud de

respuesta sea lineal con respecto al área de barrenos de rondo plano. La

búsqueda de discontinuidades reales en soldaduras ha demostrado que la

amplitud no está directamente relacionada con el tamaño de la

discontinuidad para discontinuidades de fabricación.

Por todo lo mencionado anteriormente, el método por comparación con

reflectores de referencia es mas utilizado en el ajuste de sensibilidad para la

inspección ultrasónica de "campo".

El Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas es un ejemplo de la

forma de ser aplicado este método. Los ecos de barrenos laterales son usados

para construir Curvas de Corrección Distancia Amplitud (DAC). De esta manera

los ecos de discontinuidades son reportados en términos del porcentaje de

amplitud con respecto a la curva DAC. Este es un método confiable para

asegurar la detección de todas las discontinuidades importantes siempre que el

nivel de indicaciones registrables sea seleccionado a un porcentaje lo bastante

bajo con respecto a la curva DAC.


USO DE BARRENOS LATERALES PARA LA CALIBRACIÓN (DE ACUERDO AL CÓDIGO ASME, BLOQUE BÁSICO)

TRAZADO DE LA CURVA DAC

B) Método por caída de amplitud. Incluye el método de caída de 6 dB (caída

al 50% de amplitud). Consiste en determinar la localización de los puntos

donde la amplitud de los ecos equivale a la caída de 6 dB con respecto al

porcentaje máximo de altura (cuando el transductor se mueve mas alIá de la

posición en la que se obtiene la máxima amplitud el eco especificado). Se

podarían utilizar otros valores de decibeles, tales como caída de 20 dB, la

diferencia principal es donde se consideren los límites de detección del haz

ultrasónico.

Para este método la base es asumir que la indicación del reflector, como

aparece sobre la pantalla del instrumento, tiene una caída de amplitud del pico

a la mitad cuando la parte central del haz ultrasónico se encuentra sobre el

extremo de la discontinuidad. Algunas veces llamado “'método alrededor” ya

que con este método se dibuja con buena exactitud el "contorno de una

discontinuidad" grande tal como una laminación. Para discontinuidades

menores que la dimensión transversal del haz ultrasónico se tiene una

medición con menor exactitud. La siguiente figura muestra los principios de

aplicación de este método.


VISTA SUPERIOR DE UNA PIEZA INSPECCIONADA

CORTE A-A INDICACIÓN EN LA POSICIÓN 1

CORTE B-B INDICACIÓN EN LA POSICIÓN 2

DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICA DE UNA DISCONTINUIDADLa naturaleza de una discontinuidad presente en una soldadura puede ser

determinada completamente en base a la experiencia del técnica al observar el

comportamiento de las indicaciones sobre la pantalla del instrumento cuando el

transductor es manipulado y de acuerdo como es interceptado el haz ultrasónico

par la discontinuidad.

Existe una fuerte distinción entre los códigos de aceptación radiográfica de poros,

oclusiones y grietas o defectos de fusión con respecto a los criterios de aceptación

ultrasónica. Afortunadamente para trabajos de inspección ultrasónica de


materiales en servicio las .grietas son mas fácilmente detectadas e identificadas

que la porosidad e inclusiones. Además, las grietas son defectos que se inician en

condiciones de servicio y la porosidad, inclusiones, falta de fusión, etc. son

formadas durante la fabricación.

IDENTIFICACIÓN DE POROSIDADUn poro aislado puede ser rápida y fácilmente identificado, la siguiente figura

muestra un barrido orbital, el cual indica la presencia de un reflector simétrico.

INDICACIONES SOBRE LA PANTALLA DEL INSTRUMENTOPARA LAS POSICIONES 1,2 Y 3

Es producido un eco angosto y bien definido y puede ser detectado desde

cualquier dirección. La indicación aparece a la misma distancia recorrida por el haz

ultrasónico y muestra así la misma amplitud sin importar la dirección.

La identificación de un grupo o cadena de poros es totalmente diferente. Las

indicaciones individuales de los poros pueden ser integradas en una sola

indicación en la pantalla y son fáciles de distinguir de indicaciones de inclusiones y

grietas.


IDENTIFICACIÓN DE ESCORIALas líneas e inclusiones de escoria producen indicaciones de mayor amplitud que

las producidas por porosidad, ya que cuentan con una superficie reflectora mayor.

La inclusión puede ser identificada observando la indicación ya que es posible ver

el extremo de la misma, como se muestra en la siguiente figura.

INDICACIÓN SOBRE LA INDICACIÓN SOBRE LA PANTALLA DE INSTRUMENTO PANTALLA DE INSTRUMENTO

PARA LA POSICIÓN 1 PARA LA POSICIÓN 2 o 3

Una indicación de inclusión rara vez se comporta como un poro o grieta de

fabricación, pero frecuentemente es difícil de distinguir de una cadena de poros

alargados.

IDENTIFICACIÓN DE GRIETAS DE FABRICACIÓNEste tipo de discontinuidad es distintivamente diferente de las grietas de fatiga,

tanto por su localización como por su apariencia ultrasónica. Normalmente, pero

no siempre, se encuentran localizadas a la mitad del espesor de la soldadura. Su

superficie puede ser descrita como dentada o múltiple. Por lo mencionado

anteriormente, su indicación ultrasónica puede ser confundida con una cadena de

poros o como una cadena de inclusiones puntuales cercanas y conectadas.


Dependiendo de su orientación y otros factores, una grieta de este tipo puede

mostrar indicaciones de alta o de baja amplitud. Sin embargo, las grietas de

fabricación tienen dos características que ayudan en su identificación:

1) Tienen una dimensión a través del espesor.

2) La indicación de una grieta de fabricación consiste de un grupo de varias

indicaciones traslapadas, cada una con una ligera diferencia en la distancia

recorrida por el haz ultrasónico dentro del material, las cuales forman un patrón

ancho cuya amplitud depende de la orientación de la grieta. Esta indicación es

distintivamente diferente de las indicaciones obtenidas de porosidad o

inclusiones

El movimiento orbital resulta en una caída rápida de la amplitud del eco cuando

se compara con la porosidad o inclusiones. La figura siguiente ilustra las

grietas de fabricación.

INDICACIÓN SOBRE LA PANTALLA DEL INSTRUMENTO PARA CUALQUIERA DE LAS POSICIONES MOSTRADAS

IDENTIFICACIÓN DE GRIETAS SUPERFICIALESLas grietas superficiales son difícil de presentarse en materiales nuevos por lo

tanto se asume que representan una condición relacionada con el servicio. La

evidencia ultrasónica de este tipo de grietas difiere en gran proporción con

respecto a las grietas de fabricación.


Normalmente son cerradas, tienen lados tersos y producen indicaciones

ultrasónicas de una gran amplitud. Su localización ocasiona que actúen como una

esquina reflectora. Esto significa que el haz ultrasónico puede ser reflejado por la

superficie y por la grieta y gracias a ello produce indicaciones de por lo menos el

doble de amplitud comparadas con indicaciones de discontinuidades del mismo

tamaño pero localizadas a través del espesor de pared. La siguiente figura

muestra la indicación producida por este tipo de discontinuidades.

POSICIÓN 1 POSICIÓN 2 POSICIÓN 3


CALIBRACIÓN DEL EQUIPO ULTRASÓNICO Antes dc realizar cualquier tipo de inspección por ultrasonido es necesario ajustar

el equipo. En la inspección de soldaduras que normalmente se realiza con

palpadores angulares, la calibración del equipo es siempre necesaria, sabemos,

que para la calibración de un equipo de ultrasonido se necesitan, al menos, dos

ecos de fondo. Cundo un haz de ondas transversales se propaga en "zigzag” a

través de una placa si en su camino no encuentra ningún reflector, no aparecerá

eco en la pantalla. Teniendo en cuanto lo anterior, haya que recurrir a encontrar,

de alguna forma, por lo menos dos ecos de fondo para calibración con palpador

angular. Esto, se consigue, mediante el bloque de calibración IIW o bien en las

esquinas de la placa.

CALIBRACIÓN CON EL IIWPara calibrar un equipo con palpador angular mediante el bloque IIW, se sitúa el

palpador sobre el bloque de tal forma, que el punto teórico de salida del haz

coincida sobre la ranura de la pieza y dirigiendo el haz hacia el radio de 4

pulgadas.

Una vez en esta posición el palpador se desplaza hacia adelante y hacia atrás,

hasta conseguir el eco de máxima altura en la pantalla, lo cual ocurrirá cuando el

punto real de salida del haz se encuentre exactamente sobre la ranura del bloque

que también coincide con el centro del círculo. Si previamente hemos elegido un

rango de 5 ó 10 pulgadas velocidad de corte y la amplificación es suficiente,

veremos que en la pantalla del equipo aparecen dos ecos. Sin mover el palpador

de su posición, se trata ahora de situar el primer eco en 4 pulgadas y el segundo

en 9 pulgadas, lo cual se consigue, mediante los centrales de velocidad y de punto

cero del equipo. El eco de 9 pulgadas se produce a causa de que, parte del

sonido, procedente de la primera reflexión y que no ha entrado en el palpador, se

refleja en las ranuras o cortes de la pieza patrón y vuelve de nuevo hacia el sector

circular de la pieza, produciéndose una segunda reflexión. En la siguiente Fig.

puede observarse la forma de realizar este ajuste.


INSPECCIÓN DE TUBERÍA

OBJETIVO:Detección de laminaciones, grietas, corrosión y medición de espesores

Detección de Laminaciones:Cuando se inspecciona un tubo para detectar laminaciones, puede emplearse el

mismo método que se utiliza para la inspección de placas, por ejemplo una prueba

por puntos por el método de contacto con transductores de haz recto. La

frecuencia que debe ser seleccionada depende del espesor de pared. La

posibilidad de llevar a cabo la inspección de tubería está limitada, debido a la

curvatura de la pieza, a diámetros que exceden 80 mm. (3.150 pulgadas) y

espesores mayores de 6 mm. (0.236 pulgadas).

En general, la tubería con espesor de pared delgada puede ser inspeccionada

cuando no hay contacto entre el transductor y la superficie, por ejemplo cuando se

utiliza el método de inmersión. En cualquier caso el haz ultrasónico debe ser

ajustado exactamente en dirección radial. La superficie del diámetro interior sirve

como reflector de referencia ya que proporciona un eco claro cuando el haz es

reflejado por él y no existe laminación.

Detección de Grietas:Cuando el espesor de pared excede 20 mm. (0.787 pulgadas), las grietas

transversales pueden ser detectadas utilizando un transductor de haz recto

colocado en el extremo del tubo. Si este método no puede ser aplicado como en el

caso de la inspección de cilindros de gas, debe llevarse a cabo un barrido en

dirección longitudinal con transductor de haz angular. Por ejemplo utilizando

zapatas de 70° y 80º que sirven para detectar grietas localizadas en el diámetro

interior cuando el espesor de pared es menor a 30 mm. (1.181 pulgadas). En

tubería con espesor de pared que excede 60 mm. (2.362 pulgadas) pueden ser

usadas zapatas de 45°. Maquinar la superficie de contacto de la zapata es una

ventaja cuando el diámetro de la tubería es menor de 200 mm. (7.874 pulgadas).


En tubería con espesor de pared grueso las grietas longitudinales, que pueden

ocurrir durante el proceso de fabricación o que pueden desarrollarse durante su

operación y como resultado de esfuerzos de corrosión, son detectadas realizando

el barrido en forma circunferencial como se muestra en la figura siguiente:

Recordemos que las zapatas para transductores de haz angular tienen líneas

marcadas en ambos costados, las cuales indican el punto de entrada de la línea

central del haz ultrasónico en el materia. Cuando estos transductores son usados

en la inspección de placas, por ejemplo en la inspección de juntas soldadas, el haz

ultrasónico viaja hacia y entre las superficies del material, ver la figura siguiente.

Sabemos que la distancia desde el punto índice de emisión hasta el punto “P”

(distancia de salto ), se obtiene multiplicando el espesor de la placa por el factor

de la zapata. En el caso de una zapata de 60º el factor es de 3.5, por lo que si

hablamos de una placa con un espesor de 30 mm (1.181 pulgadas) la distancia al

punto "P" será de 30 x 3.5 = 105 mm.

La distancia de salto es calculada utilizando el valor del espesor y del ángulo de la

zapata como sigue:


DS = 2t Tanθ

Además la distancia de recorrido del haz (distancia angular) “DA” también es de

interés y se determina de la forma siguiente:

DA = t (1/cosθ)

La siguiente tabla proporciona los valores para este factor y diferentes ángulos:

θ 35º 45º 60º 70º 80º

1/cosθ 1.22 1.44 2.00 2.92 5.75

Como se observa en la fig. siguiente los valores de “SD” y “DA” obtenidos para

materiales planos utilizando las ecuaciones anteriores deben ser corregidos para

materiales curvos, como en el caso de tubería.

Los factores “fp” y “fs” pueden ser obtenidos de la siguientes gráficas:


Ejemplo:

En caso de inspeccionar una placa plana de 40 mm. (1.574 pu1gadas) de espesor

y utilizando un ángulo de 45°, de las fórmulas para el cálculo de “SD” y "DA , se

tiene: SD = 80 mm. y DA = 57 mm. Para inspeccionar una tubería con las

dimensiones de 40/300 (40 mm. de espesor y 300 mm. de diámetro exterior) el

valor de “SD” y “DA” deben ser multiplicados por el valor de los factores obtenidos

fp = 1.86 fs = 1.32, por lo que los valores para la inspección serán de SD = 149

mm. y DA = 75 mm.

En las gráficas, las terminaciones de las curvas son obtenidas cuando la zona

central del haz ultrasónico incide de tal forma que roza la superficie del diámetro

interior de la tubería, como en el caso de utilizar un ángulo de 70° en la inspección

de un tubo con relación de t / D= 0.03 (dimensiones de 9/300).

En aplicaciones practicas no es posible inspeccionar tubería con relaciones de t/D

> 0.03 con un ángulo de 70° para realizar la detección de fallas en la superficie del

diámetro interior.

Las gráficas muestran todos los ángulos de transductores para tubería con

relación de espesor de pared entre diámetro exterior desde donde el haz es

tangencial con la superficie del diámetro interior y hasta donde justamente es

posible todavía detectar grietas longitudinales en el diámetro interior.

Una tubería con relación de t/D > 0.02 puede ser inspeccionada utilizando ángulos

menores de 35°, por ejemplo: una tubería con espesor de pared de 30 mm. (1.81

pulgadas) y diámetro exterior de 150 mm. (5.905 pulgadas).


Tubería con espesor grueso y relación de t / D > 0.02 no puede ser inspeccionada

con ángulos pequeños. La grafica muestra que un ángulo de 80° es adecuado

solamente para tubos con espesor de pared muy delgado.

Para realizar la inspección de tubos y tubería existen documentos que establecen

métodos adecuados y confiables, por ejemplo, de los documentos A.S.T.M.

mencionaremos parte del contenido de la norma No. E213, Práctica Normalizada

para el Examen Ultrasónico de Tubos y Tubería Metálica.

1. ALCANCE1.1 Esta practica cubre un procedimiento para detectar discontinuidades en

tubos y tubería metálica utilizando instrumentos ultrasónicos del tipo

pulso-eco por el método de contacto o inmersión y utilizando la técnica

de haz angular. Las discontinuidades artificiales consisten en ranuras

longitudinales y son empleadas como referencia para la calibración del

sistema de inspección ultrasónica. Si también se desea detectar grietas

transversales se proporciona un procedimiento para utilizar ranuras

transversales.

1.2 Esta práctica está intentada para utilizarse con productos tubulares con

diámetros exteriores de aproximadamente ½ pulgada y mayores,

considerando que los parámetros de la inspección cumplen y satisfacen

los requisitos de la Sección 11. Estos procedimientos han sido utilizados

sucesivamente para diámetros pequeños y, sin embargo, pueden ser

especificados en un contrato entre las partes.

Nota: Precaución.- Se debe tener cuidado cuando el tubo o tubería

inspeccionados estén cercanos o por debajo del límite especificado de

½ pulgada. Ciertas combinaciones de dimensiones del transductor,

frecuencia, espesor de pared y diámetros pequeños pueden causar la

generación de ondas indeseables que pueden producir resultados

erróneos.


1.3 Esta práctica no establece criterios de aceptación, estos deben ser

especificados por el usuario de las piezas o partes.

5. Bases de Aplicación5.1 Los siguientes son artículos que deben decidirse por el usuario de las partes o

piezas.

5. 1.1 Dimensiones y tipo de tubería.

5.1.2 Extensión del examen, corresponde al barrido en una o ambas direcciones

en forma circular, barrido en una o ambas direcciones en forma axial, zona de

la soldadura solo si es una parte soldada, movimiento en forma circular durante

el barrido, etc.,

5.1.3 Tiempo del examen, corresponde a (l) (Ios) punto (s) durante el proceso de

fabricación en (el) (Ios) cual (es) el material debe ser examinado,

5.1.4 Condición superficial,

5.1.5 Intervalo máximo de tiempo para la calibración del instrumento ultrasónico, si

es diferente a lo descrito en 12.2.

5.1.6 Tipo, dimensiones, localización, método de fabricación y número de

discontinuidades artificiales que deben ser colocadas en los bloques de

calibración.

5.1:7 Método (s) para medir las dimensiones de las discontinuidades artificiales y

sus tolerancias, si son diferentes a las especificadas en la Sección 10,

5:1.8 Criterio para reportar y rechazar indicaciones (criterio de aceptación),

5.1.9 Limitaciones sobre las condiciones del proceso (retrabajo) utilizadas para

remover las discontinuidades superficiales, si es aceptable,

5.1.10 Requisitos para mantener registros permanentes de la respuesta de cada

tubo, si es aplicable,

5.1.1 Contenido del reporte de prueba, y

5.1.12 Calificación y certificación del operador, si es requerida.

10 Estándares de Calibración

10.1 Un estándar de calibración (referencia) de una longitud adecuada debe ser

preparado de un tran1o de tubo o tubería del mismo diámetro nominal, espesor


de pared, material, superficie final y tratamiento térmico del material que será

eliminado El tubo de calibración debe estar libre de discontinuidades u otras

condiciones que produzcan indicaciones que puedan interferir con la detección

de las ranuras de referencia .

10.2 Las ranuras de referencia longitudinales (en dirección axial) deben ser

producidas en la superficie del diámetro exterior e interior del estándar.

Nota 5: Para dimensiones de diámetro interior menor a ¼ de pulgada, debe

tomarse en consideración la relación de espesor de pared contra diámetro

exterior.

10.3 Si dos o más ranuras de referencia son colocadas en el mismo extremo del

estándar, deben estar separadas suficientemente (circunferencial o

axialmente o ambas) para prevenir interferencias i dificultades en la

interpretación.

10.4 Todo el metal sobrepuesto , rebaba, etc. adyacente a las ranuras de

referencia deben ser removidos.

10.4 Las dimensiones de las ranuras tales como longitud, profundidad y ancho ( y

para ranuras en “V”, incluir el ángulo) deben ser seleccionadas por el usuario.

La figura 2 ilustra las configuraciones de las ranuras comunes y las

dimensiones que deben ser medidas (Nota. 6). La amplitud de las reflexiones

de las ranuras en “V”, cuadradas y en forma de “U” de dimensiones

comparables pueden variar ampliamente dependiendo del ángulo, frecuencia

y modo de vibración de la onda.

Nota 6: En la Figura 2 (a), (b) y (d) 1as esquinas agudas son por su facilidad para

dibujarlas, en la práctica normal de maquinado son generados radios.

10.5.1 La profundidad de la ranura debe ser un promedio medido desde la

superficie circular del tubo a la profundidad máxima y mínima de la ranura.

Las mediciones podrán realizarse en forma óptica. por replica o cualquier

otra técnica acordada. La profundidad de la ranura debe estar entre +/-

0.0005 pulgadas (0.013 mm.) del valor especificado para ranuras con


profundidad de 0.005 pulgadas (0.13 mm.) o menores, y entre +10 y -15%

del valor especificado para ranuras con profundidades mayores de 0.005

pulgadas.

Nota 7: Para superficies como roladas o escamosas, puede ser necesario

modificar 10.5.1. A continuación se encuentran listadas dos modificaciones

aceptables. La modificación (a) es preferida, sin embargo, la modificación (b)

puede ser utilizada a menos que se especifique otra cosa.

(a) La superficie del tubo puede ser acondicionada o preparada en el área de la

ranura, o

(b) La profundidad de la ranura debe estar entre +/-0.001 pulgadas (0.025 mm.), o

+10 y -15% de la profundidad especificada. 10 que sea mayor.

10. 5.2 El ancho de la ranura debe ser tan pequeño como sea practico, pero

podría no exceder dos veces la profundidad. .

10.6 Otros tipos de orientaciones de las discontinuidades de referencia pueden ser

especificadas por el usuario de las piezas o partes.

11. Calibración del Aparato11.1 Utilizando el estándar de calibración especificado en la sección 10, ajustar el

equipo para producir en forma clara indicaciones identificables producidas por las

ranuras localizadas en el diámetro interior y exterior. La respuesta relativa de las

ranuras de la superficie del diámetro interior y exterior deben ser tan

cercanamente iguales como sea posible. Utilizar la menor de las dos respuestas

para establecer el nivel de rechazo. En tubos o tubería de diámetro grande o

espesor de pared grueso, si la amplitud de la ranura de la superficie del diámetro

interior y la ranura de la superficie del diámetro externo no pueden ser iguales

debido a la distancia de recorrido en el metal y a la curvatura del diámetro interior,

se puede establecer un nivel de rechazo por separado para las ranuras de la

superficie del diámetro interior' del diámetro exterior.

Nota 8:La amplitud de la indicación puede no ser proporcional a la profundidad de

la ranura.


11.2 Calibrar el equipo bajo condiciones dinámicas para simular el examen en

producción. El tubo o tubería examinado y el ensamble del transductor deben

tener un movimiento de translación y rotación relativo entre ellos de tal forma que

un movimiento helicoidal sea descrito sobre la superficie del diámetro externo del

tubo o tubería. Mantener la velocidad de rotación y translación constante entre +/-

10%. Barrido axial con indicador circunferencial puede ser utilizado para

proporcionar la cobertura.

11.3 El movimiento debe ser tan pequeño que asegure la cobertura del 100% a la

distancia y sensibilidad establecida durante la calibración.

12. Procedimiento12.1 A menos que otra cosa sea especificada, examinar el tubo o tubería con el

ultrasonido transmitido en la dirección circunferencial en condiciones idénticas a

las utilizadas para la calibración (Nota 9) El examen puede ser requerido con el

ultrasonido siendo transmitido en ambas direcciones circunferenciales. Si el

examen es realizado en ambas direcciones, realizar el procedimiento de

calibración de la Sección 11 en ambas direcciones.

Nota 9: Incluye todas las condiciones idénticas de ajuste del instrumento,

movimientos mecánicos, posición del transductor, alineamiento con respecto al

tubo o tubería. acoplante, y cualquier otro factor que afecte la funcionalidad del

examen.

12.2 Verificar periódicamente la calibración del equipo utilizando el estándar de

calibración. Realizar esta verificación antes de llevar acabo cualquier examen,

antes de apagar el equipo después de llevar acabo un examen, y al menos cada 4

horas durante la operación continua del equipo. Recalibrar el equipo de acuerdo

con la Sección 11 en cualquier momento que el equipo no presente una definición

clara de una señal rechazable de las ranuras del estándar en el diámetro interior o

exterior.


12.3 Para muchas dimensiones de tubería y arreglos de examen habrá una

reflexión de la superficie de entrada del tubo o tubería. Esta señal puede ser

observada pero no localizada dentro de una compuerta como complemento a la

verificación requerida del estándar de calibración para asegurar que el equipo este

funcionando adecuadamente. Si tal señal no existe, realizar la verificación de la

calibración del equipo con mayor frecuencia.

12.4 En caso que el equipo no presente señales corno las descritas en 11.1 y'

12.2, reinspeccionar todos los tubos o tuberías examinados desde la última

calibración aceptable después de la recalibración.

12.5 No realizar cualquier ajuste del equipo a menos que se realice el

procedimiento de calibración completa como se describe en la Sección 11.

12.6 El examen debe ser aplicado al 100% del tubo o tubería a menos que se

especifique otra cosa.

Nota 10: Algunos mecanismos de movimiento no permiten que se examine los

extremos de la tubería. Cuando se presentan estas condiciones indicar claramente

la extensión de esta condición, por cada tubo, en el reporte de examen.


4. CÓDIGOS, NORMAS Y ESPECIFICACIONESEl técnico en ensayos no destructivos calificado como Nivel II o Nivel III debe estar

familiarizado con el manejo e interpretación de códigos. normas y especificaciones

que sean aplicables al método en el que esta calificado. Esto se debe a que cada

inspección por ultrasonido puede estar gobernado por uno o mas procedimientos

que han sido elaborados y estructurados para cumplir con reglas o criterios de

estos documentos y, además, debe ser capaz de elaborar procedimientos escritos

e interpretar los resultados de la inspección en función de los requisitos que serán

tomados de los códigos, normas o especificaciones aplicables al producto o

material inspeccionado.

La inspección ultrasónica en un componente que este regulado o que sea crítico

en la industria esta cubierta por múltiples documentos. Para cumplir con el objetivo

y requisitos de estos documentos, el personal debe ser capaz de entender el

punto de vista que dirige lo establecido en los documentos y ser capaz de

asegurar que quien realiza actividades de inspección ultrasónica, documentada en

procedimientos, cumple con la variedad de códigos y normas aplicables.

La forma en la cual los requisitos se encuentran establecidos en los códigos o

normas varia de documento a documento.

A continuación se proporciona una breve explicación de las diferencias entre ellos.

CÓDIGOEs el documento que define los requisitos técnicos de: materiales, procesos de

fabricación, inspección, prueba y servicio; con los que debe cumplir una parte,

componente o equipo.

Algunos ejemplos de códigos son:

ANSI / ASME Boiler and Pressure Vessel Code (Código para Recipientes a

Presión y Calderas de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).


ANSI / AWS D.1.1 Structural Welding Code (Código de Soldaduras

Estructurales de la Sociedad Americana de Soldadura)

ANSI / ASME B31 Piping Code (Código de tuberías de la Sociedad Americana

de Ingenieros Mecánicos).

ANSI / API 570 Piping Inspection Code (Código para Inspeccin de Tuberías del

Instituto Americano del Petróleo)

Los códigos se aplican o se siguen, de forma obligatoria, solo cuando asÍ se

establece en un contrato de compra-venta, o en la fabricación de una parte,

componente o equipo.

Los códigos americanos que llevan las siglas ANSI son documentos normativos

nacionales oficiales en los E.U.A.

Los códigos no se combinan o sustituyen entre si.

El Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas esta subdividido en dos

secciones, para clases especificas de componentes (recipientes a presión,

calderas y tuberías), y tecnología de soporte (soldadura, pruebas no destructivas y

materiales).

ASME ha establecido, como parte del Código, reglas y requisitos de pruebas no

destructivas, la Sección V del Código ASME tiene aplicación similar a las normas

ASTM y en ocasiones utiliza algunas de ellas coma base técnica para las

actividades de inspección. Ya que el Código contempla varios niveles de

componentes créticos los criterios de aceptación, requisitos de personal y la

definición de lo que debe ser inspeccionado se reserva para algunas otras

secciones determinadas por la referencia especifica del producto, par ejemplo: la

Sección III (para construcciones nucleares nuevas), la Sección VIII (para la

construcción de recipientes a presión nuevos) y la Sección XI (para Inspección en

servicio de instalaciones nucleares), todas definen el criterio de aceptación y la

certificación del personal completamente por separado de la Sección V.


NORMAS (ESTÁNDARES)Son documentos que establecen y definen las reglas para:

Adquirir, comprar, dimensionar o juzgar un servicio, material, parte,

componente o un producto.

Establecer: definiciones, símbolos o clasificaciones.

Algunos ejemplos de normas son:

Normas ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales),

Normas Internacionales ISO (Organización Internacional de Normalización),

Normas Mexicanas NMX

Normas Alemanas DIN

Normas de PEMEX (A VIII - 1, 07.3.13, etc.)

Las normas ASTM relacionadas con las pruebas no destructivas tienden a hacer

énfasis en la forma en la cual deben realizarse las actividades de inspección, pero

dejan el criterio de aceptación para que sea decidido entre el comprador y el

vendedor del servicio.

ESPECIFICACIONESDescriben, definen y establecen:

De forma detallada, un servicio, material o un producto.

Las propiedades físicas o químicas de un material.

La forma en la cual deben realizarse las pruebas, inspecciones, etc., y las

tolerancias aplicables en los resultados, para la aceptación o rechazo.

Establecen la forma de realizar la compra de un servicio, material o

producto.

Tienen condiciones que deben ser establecidas por el comprador o que pueden

ser aplicadas por el vendedor, a su consideración.

Algunos ejemplos de especificaciones son:

Especificaciones API: API Spec.6A, API Spec 6D, etc.

Especificaciones particulares de los clientes.


Las especificaciones y normas solo son obligatorias por mutuo acuerdo entre

comprador y vendedor.

Dentro de los términos utilizados por los documentos antes mencionados se

pueden encontrar dos, los cuales son muy importantes en su uso y aplicación.

SHOULDEs el término utilizado coma recomendación, indica que el párrafo que lo contiene

podría cumplirse, recomienda seguir la condición establecida.

SHALLEs el término utilizado como imperativo, indica que el párrafo que lo contiene debe

cumplirse, se debe aplicar rigurosamente la información o condición establecida.

DEFINICIONESEn el manejo de los códigos, normas y especificaciones es necesario manejar

adecuadamente las siguientes definiciones:

PRUEBAS NO DESTRUCTIV ASEs el empleo de propiedades físicas o químicas de materiales, para la evaluación

indirecta de materiales sin dañar su utilidad futura.

Se consideran sinónimos: ensayos no destructivos (E.N.D.), Inspecciones no

destructivas y exámenes no destructivos..

DISCONTINUIDADEs la interrupción de la configuración física normal de un material.

Se pueden clasificar en:

Relevantes: Son aquellas que por su tamaño, forma, localización, etc. deben ser

interpretadas, evaluadas y reportadas.


No relevantes: Son aquellas que por su tamaño, forma, localización, etc., se

interpretan pero no se evalúan.

Lineales: Son aquellas que tienen una longitud mayor que tres veces su ancho.

Redondas: Son aquellas de forma elíptica o circular que tienen una longitud igual

o menor que tres veces su ancho.

INDICACIÓNEs la respuesta que se obtiene al aplicar algún método de pruebas no destructivas

y que requiere ser interpretada para determinar su significado.

Existen tres tipos:

Indicaciones falsas: Se presentan debido a una aplicación incorrecta del método

de inspección.

Indicaciones no relevantes: Producidas por el acabada superficial a la

configuración del material.

Indicaciones verdaderas: Producidas por una discontinuidad.

DEFECTOEs una discontinuidad que por su longitud, localización, forma, orientación, etc.,

excede los criterios de aceptación establecidos; o que podría generar que el

material o equipo falle cuando sea puesto en servicio o durante su funcionamiento.

INTERPRETARSignifica determinar la discontinuidad o condición que ha generado una indicación.

AI aplicar una prueba no destructiva, lo que las técnicos observan son

indicaciones, por lo que deben determinar cuales son producidos par una

discontinuidad.

EVALUAREs la acción de determinar si una indicación de discontinuidad cumple con un

criterio de aceptación.

Las indicaciones relevantes se clasifican según su dimensión, localización, forma,

etc.


Durante la evaluación se comparan la dimensión y la forma de las indicaciones

con respecto a las de indicaciones provenientes del patrón de referencia y/o los

requisitos del documento que sea aplicable.

Algunos documentos que consideran la aplicaci6n de la inspecci6n por ultrasonido

son:

Código ASME, Sección V, Articulo 4- Métodos de examen ultrasónico para

inspección en servicio.

Código ASME, Sección V, Articulo 5- Métodos de examen ultrasónico para

materiales y fabricación.

Código AWS D1.1, Inspección ultrasónica, Parte F.

ASTM Volumen 01.05 A-435, Especificación normalizada para el examen

ultrasónico con haz recto de placas de acero.

ASTM Volumen 01.05 A-388, Practica normalizada para el examen ultrasónico de

forjas de acero grueso.

ASTM Volumen 03.03 E-114, Práctica normalizada para el examen ultrasónico por

pulso-eco y haz recto por el método de contacto directo.

ASTM Volumen 03.03 E-164, Práctica normalizada para el examen ultrasónico por

contacto directo de uniones soldadas.

ASTM Volumen 03.03 E-213, Práctica normalizada para el examen ultrasónico de

tubería y sistemas de tubería.

ASTM Volumen 03.03 E-273, Práctica normalizada para el examen ultrasónico de

soldadura longitudinal de tubería y sistemas de tubería.

ASTM Volumen 03.03 E-797, Practica normalizada para la medición de espesores

por el método de contacto manual.

Curso de Ultrasonido Nivel I y II

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