Curso Nivel i Ultrasonido(3)

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CURSO NIVEL I ULTRASONIDO

Ponente: Ing. Wisthon Cuicas

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INTRODUCCIÓN

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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.

• “ Son el empleo de propiedades físicas o químicas de materiales, para la evaluación indirecta de materiales sin dañar su utilidad futura”.

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Antecedentes históricos relacionados con descubrimientos y aplicaciones de END

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

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Antecedentes históricos relacionados con descubrimientos y aplicaciones de END

1911

• ASTM establece el comité de la técnica MT1928

• Uso industrial de los campos magnéticos 1930

• Theodore Zuschlag patenta las Corrientes Eddy1931

• Primer sistema industrial de Corrientes Eddy instalado1941

• Aparecen los líquidos fluorescentes 1945

• Dr. Floy Firestone trabaja con Ultrasonido1947

• Dr. Elmer Sperry utiliza industrialmente el UT

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2. Falla de Materiales

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.

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

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

¿Para qué se realiza la inspección?

¿Cómo realizar la inspección?

¿Cómo eliminar la falla?

¿Cómo reducir el riesgo de falla?

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2. Falla de Materiales Si esperamos prevenir la falla por medio del uso de pruebas no

destructivas, éstas deben ser seleccionadas, aplicadas e interpretadas con cuidado y basándose en el conocimiento válido de los mecanismos de falla y sus causas.

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.• Un material tratado de tal forma que sus propiedades no son

adecuadas.

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2. Falla de Materiales2.1 Discontinuidad

• Cualquier 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.

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Las Discontinuidades 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.

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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.

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Se clasifican 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.

2. Falla de Materiales2.3 Indicación

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3. Clasificación La 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.• VT - Inspección Visual • PT - Líquidos Penetrantes • MT - Partículas Magnéticas • ET – Electromagnetismo

2) Pruebas no destructivas volumétricas.• RT - Radiografía Industrial• UT - Ultrasonido Industrial • AET - Emisión Acústica

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3. Clasificación

3) Pruebas no destructivas de hermeticidad• 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

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4. Razones para el uso de P.N.D 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.

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5. Factores para la selección de las 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

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6. Calificación y Certificación para el personal

Para aplicar las pruebas no destructivas se requiere:

La calificación del método de inspección utilizado.

La calificación del personal que realiza la inspección.

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.

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Estos programas son:• La Práctica Recomendada SNT-TC-1ª, editada por A.S.N.T.• La Norma DP-ISO-9712, editada por ISO.

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).

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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).

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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).

Niveles de Calificación

Nivel I

Es 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.

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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.

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.

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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 Práctica 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.

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Exámenes FísicosLos exámenes que se requieren son: Agudeza visual lejana Agudeza visual cercana Discriminación cromática.

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%.

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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).

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 Cinco 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

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7. Inspección por UltrasonidoPrincipios El 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.

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7. Inspección por Ultrasonido

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”

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7. Inspección por UltrasonidoSistema 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, 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.

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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

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7. Inspección por UltrasonidoAntecedentes Históricos La 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.

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.

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7. Inspección por Ultrasonido Rápidamente se encontraron aplicaciones para la inspección por

ultrasonido durante la producción de parte para la detección de problemas críticos de control de calidad.

El desarrollo reciente del método de inspección por ultrasonido está 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.

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Aplicaciones

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

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7. Inspección por Ultrasonido* 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.

VEN

TEJA

SLIM

ITACION

ES

* 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.

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* La interpretación de los resultados es inmediata* No existe peligro o riesgo en la operación de los equiposLos equipos son portátiles* Su aplicación no afecta en operaciones posteriores, y* Los equipos actuales proporcionan la capacidad de almacenar información en memoria,

VEN

TEJA

SLIM

ITACION

ES

* Discontinuidades subsuperficiales pueden no ser detectadas*Durante la inspección es necesario el uso de un material acoplante* Son necesarios patrones de referencia, para la calibración del equipo y caracterización de discontinuidades.

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PRINCIPIOS DE ULTRASONIDO

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1. Características de la energía ultrasónica

Definición

• Ultrasonido 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.

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Relación entre Velocidad, Longitud de Onda y Frecuencia

La transmisión de las ondas ultrasónicas está caracterizada por vibraciones periódicas representadas por un movimiento ondulatorio. 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.

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Esto se expresa matemáticamente:

V = λ x fDonde:V: Velocidad acústica (pulg/seg o mm/seg)λ: Longitud de onda (pulgadas o mm)f: Frecuencia (ciclos/seg)

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Generación y Recepción de vibraciones ultrasónicas Las vibraciones ultrasónicas son generadas por la aplicación de pulsos eléctricos de alta 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.

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Voltaje alterno aplicado a un elemento piezoeléctrico 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. 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.

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2. Inspección Ultrasónica BásicaMétodos por contacto y por inmersión 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.Por 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.

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2. Inspección Ultrasónica BásicaReflexiones Ultrasónicas El haz ultrasónico tiene propiedades similares a las del haz de luz. 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.

• La energía reflejada puede ser recibida por un transductor.• El transductor transforma la energía ultrasónica recibida en energía eléctrica.

α(ALFA): ANGULO DE INCIDENCIA

β(BETA): ANGULO DE REFLEXIÓN

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2. Inspección Ultrasónica Básica

Métodos de presentación de los datosExisten varios métodos de presentación de datos utilizados en la inspección ultrasónica: Barrido Tipo A, Tipo B, Tipo C y Tipo S.

• Barrido Tipo A: 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.

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2. Inspección Ultrasónica Básica• Barrido Tipo B: Este método proporciona una vista de la sección

transversal de la pieza sujeta a inspección y delas discontinuidades dentro de la misma mediante el análisis de la imagen retenida en la pantalla o graficada en el barrido en un solo sentido. 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.

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• Barrido Tipo C

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2. Inspección Ultrasónica BásicaFormas de vibración ultrasónica La 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.

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Ondas de CorteLas 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.Las ondas transversales solo se transmiten en sólidos.

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2. Inspección Ultrasónica BásicaOndas Superficiales• Las 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 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.

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Ondas de Lamb

• La 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

• 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.

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2. Inspección Ultrasónica BásicaRefracción 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.

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 1V₂= Velocidad en el medio 2

𝐬𝐞𝐧𝛂𝐬𝐞𝐧𝛉= 𝐕𝟏𝐕𝟐

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• 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.

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Variables Ultrasónicas Las 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.

Reflexión e impedancia acústica• Cuando un haz ultrasónico incide en el límite entre dos

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

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Reflexión e impedancia acústica• 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 nos permiten calcular el porcentaje teórico de energía transmitida y reflejada en las interfases acústicas

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2. Inspección Ultrasónica BásicaA mayor diferencia entre las impedancias acústicas en las interfases mayor será el porcentaje de reflexión. Las siguientes fórmulas se utilizan para este cálculo:

Donde:Coeficiente de reflexión. Porcentaje de reflexión.Coeficiente de transmisión. Porcentaje de transmisión. Impedancia en el medio 1 Impedancia en el medio 2.

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Frecuencia • Para la detección de fallas usando el método de contacto, se

utilizan generalmente frecuencias entre 2.25 y 10 MHz.

• El tamaño de la discontinuidad que puede ser detectada debe ser la consideración más importante cuando se selecciona la frecuencia.

• 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.

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2. Inspección Ultrasónica BásicaAncho de Bandas de Frecuencia

• 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.

• Los 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.

• 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.

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Características del Haz Ultrasónico

El haz ultrasónico no se comporta como un pistón, 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.

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Zona Muerta

• En 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.

• 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.

• La longitud es medida desde el cero del equipo hasta que la inflexión del pulso inicial regresa a la línea de tiempo base.

• Para minimizar la longitud de la zona muerta se emplea transductores con alto amortiguamiento que emiten pulsos cortos.

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2. Inspección Ultrasónica BásicaCampo Cercano

• Se extiende desde la cara del palpador y se caracteriza por las variaciones en la intensidad del haz ultrasónico (Zona de Fresnel).

• Esta zona no es recomendada para la inspección, debido a las variaciones en amplitud inherentes.

• 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.

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La longitud del campo cercano, puede calcularse con la siguiente ecuación:

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)

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Campo Lejano

• Se encuentra a continuación del campo cercano.

• 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.

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2. Inspección Ultrasónica BásicaDistancia Amplitud • La curva es irregular en el área del campo cercano.• 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.

• Puede realizarse solamente en el campo lejano.

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Divergencia del Haz

• En el campo cercano el haz ultrasónico se propaga en línea recta desde la cara del palpador.

• 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.

• Con un mismo diámetro, los transductores de mayor frecuencia, tendrán una menor divergencia.

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2. Inspección Ultrasónica BásicaLa mitad del ángulo de divergencia (α) se calcula como sigue:

Donde:∝= 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)

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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.

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Haz Ultrasónico Focalizado

• Se utiliza para algunas inspecciones por inmersión o por contacto.

• La focalización es producida empleando palpadores que contienen lentes acústicos en la cara del transductor.

• 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.

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DISCONTINUIDADES

EN LOS MATERIALES

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1. Clasificación de las Discontinuidades

Discontinuidades InherentesSon formadas normalmente cuando el metal es fundido y vaciado, a su vez se pueden subdividir en:

De fundición primariaSon relacionados con el fundido y solidificación del lingote original de que será transformado en placas, billets, etc.

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.

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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.

Discontinuidades de Servicio • Algunas 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.

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Discontinuidades Inherentes de Fundición PrimariaDiscontinuidades encontradas en lingotes. Estas son:

a) Inclusiones

Inclusiones No Metálicas Son 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.

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Inclusiones Metálicas Generalmente, 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.

b) SopladurasPueden aparecer como áreas deprimidas en la superficie de la pieza fundida o del lingote.c) Contracción Es una discontinuidad originada por las contracciones internas durante el proceso de solidificación y enfriamiento

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d) Segregación • Es la distribución no uniforme de varios elementos durante el

proceso de solidificación como son: magnesio, fósforo, cromo, etc.

• La segregación toma lugar en diferentes formas como resultado del proceso de la solidificación del lingote.

• 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.

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Existen varios tipos de segregaciones que son: Segregación en A. Segregación en V. Segregación en la esquina de la lingotera. Segregación de sopladuras subsuperficiales.

Segregación en A• La 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.

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Segregación en A• 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.

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

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Segregación en la esquina del lingote

• 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 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.

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Segregación de sopladuras subsuperficiales

• Son 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.

76


Discontinuidades Inherentes de Fundición SecundariaDiscontinuidades comunes en piezas fundidas. Las discontinuidades más comunes que son originadas en piezas obtenidas por fundición son:a) Traslapes en fríob) Desgarres en calientec) Cavidades por contracción d) Microcontraccionese) Sopladuras f) Porosidadg) Contracciones

77


a) Traslapes en frío• Es 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.

78


b) Desgarre en caliente• Es 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.

79


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.

80


d) Microcontracciones• Normalmente, 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.

81


Discontinuidades de Proceso De ConformadoSon aquellas originadas o producidas en procesos tales como rolado y forjado. Estas son: a) Laminaciones b) Costurasc) Traslapesd) Reventadase) Copos (Fisuras por hidrógeno)

82


a) Laminación • Son 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.

• Estas discontinuidades pueden ser superficiales o internas.

83


b) Costuras • Son 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.

84


De Forjado• Las 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.

• Los 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.

85


c) Traslapes • Son líneas onduladas no muy apretadas o adheridas a la superficie

que generalmente penetran a la pieza con un ángulo pequeño.

• El traslape es causada porque 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.

86


d) Reventadas • La reventada de forja es una ruptura causada por temperaturas de

forja inapropiadas. • Las reventadas pueden ser internas o abiertas a la superficie o

ambas.• Son producidas por: el empleo de bajas temperaturas durante el

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

87


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“.

• 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

88


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

Grietas por MaquinadoSon un tipo de discontinuidad de proceso causado por esfuerzos, los cuales son producidos por excesivo calentamiento local entre la herramienta y la superficie del metal.

89


Grietas por Maquinado• 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.

90


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.

Existen tres variables comunes: Una fuente de calor. Una fuente de protección. Una fuente de elementos químicos.

91


• 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.

92


Desde el punto de vista del operario de ultrasonido, los defectos en soldadura pueden agruparse como sigue:

1. EXTERNOS1.1 Grietas1.1.1 Longitudinales y Transversales1.2 Descolgamientos y Desalineamientos2. 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.

93


Discontinuidades en el paso de raíz

Falta 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

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.

94



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

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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.

Socavado internoEs una ranura en el metal base a lo largo del borde del cordón de raíz en la superficie interior de la soldadura.

96



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.

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Discontinuidades 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.

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.

Llenado IncompletoEs la falta de metal de soldadura de aporte en el paso final.

98


Discontinuidades en el paso final

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 Excesivo

Exceso de metal de soldadura de aporte en el paso final.

99

1. Clasificación de las Discontinuidades Discontinuidades Internas

Inclusiones 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.

100


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.

101


Falta de Fusión o Fusión Incompleta (entre metal de base y 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.

102


Falta de Fusión o Fusión Incompleta (entre cordones de soldadura 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 las líneas alargadas continuas o intermitentes, sencillas o paralelas.

103


Inclusiones de Tungsteno• Pedazos 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.

104


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

105


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. 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

106


Discontinuidades de Servicio• La falla mecánica es siempre el resultado de un esfuerzo arriba de

un valor crítico 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.

• Los materiales que pueden presentar defectos debido a las condiciones de funcionamiento u operación son considerados extremadamente críticos y demandan atención estrecha.

107


Las Discontinuidades de Servicio son las más importantes y críticas.

Son consideradas discontinuidades de servicio:

a) Grietas por fatiga

b) Corrosión

c) Grietas por corrosión

d) Erosión

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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.

109


b) Corrosión• En 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.

110


Corrosión GeneralLa 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.

111


c) Grietas por CorrosiónUn 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.

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.

112

2. Posibilidad de Detección de Defectos Internos en Soldadura

Eligiendo la técnica de control por ultrasonido más adecuada, en cada caso, puede afirmarse que casi la totalidad de los defectos internos inherentes a las soldaduras pueden ser detectados.

GrietasLas grietas longitudinales, que suelen darse en las uniones soldadas, son relativamente fáciles de detectar mediante ultrasonido. Las grietas transversales requieren un mayor cuidado.

113


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°).

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

114


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.

115


Inclusiones Gaseosas• Las mas frecuentes de estas inclusiones son los denominados

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

• Cuando los poros 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.

116

INSPECCIÓN DE SOLDADURAS

POR ULTRASONIDO

117

Inspección de Soldaduras por Ultrasonido

Cuando un palpador angular, acoplado a un equipo de ultrasonido, se apoya sobre la superficie de una placa el haz de ondas longitudinales emitido por el cristal del palpador, se refracta, al atravesar la interfase convirtiéndose en un haz de ondas transversales.

118


Se puede deducir que:

y por lo tanto, y

119


y por lo tanto,

(DISTANCIA SUPERFICIAL) = DA x sen θ y,

PROF (profundidad en primera pierna) = DA x cos θ

120


;

Ahora bien,; que podemos leer directamente en la pantalla, por lo tanto

121


Antes de abordar la inspección de un determinado cordón de soldadura, todo técnico en ultrasonido debe conocer ciertos puntos, por ejemplo:

1) MATERIAL A EXAMINAR2) ESPESOR DE PLACA3) PREPARACIÓN DE LAS UNIONES DEL CORDÓN4) PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA UTILIZADO5) SI LA SOLDADURA HA SUFRIDO ALGÚN TRATAMIENTO TÉRMICO O NO 6) EXISTENCIA DE RESPALDO DE SOPORTE EN LA RAÍZ DEL CORDÓN

122

1. Inspección de un Cordón de Soldadura

La tabla siguiente recomienda el ángulo de utilización de cada palpador angular en función del espesor de la placa:

ESPESOR (MM)

ANGULO

RECOMENDADO FACTOR (2.TG)

-20 80 11

20-40 70 5`5

40-60 60 3´5

Mayor a 45 2

123

2. Calculo Teórico de la Distancia y Profundidad de un Defecto

Consideremos que, al inspeccionar un cordón de soldadura por ultrasonido, aparece un defecto, tal como se indica a continuación:

• Se puede por tanto, calcular la profundidad de un defecto sin más que considerar el espesor de la placa.

• Los nuevos equipos digitales, que hacen este cálculo automáticamente.

124

3. Localización de una Discontinuidad en Soldadura

• Para realizar la inspección de un cordón de soldadura, es necesario desplazar el palpador angular entre un salto y medio salto.

• 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”.

• El movimiento del palpador en "zigzag” permite detectar todos los defectos inclinados

125

3. Localización de una Discontinuidad en Soldadura

• 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

126

4. Detección de Defectos

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 .

127


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 límite cercano y hasta el límite lejano y viceversa.

128


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.

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Detección de Defectos Transversales Movimiento complementario• Para 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.

130

5. 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.

131


Método por comparación con reflectores de referencia

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.

132


Método por comparación con reflectores de referencia

Las dificultades involucradas en la aplicación de este método son:

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.

133


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).

USO DE BARRENOS LATERALES PARA LA CALIBRACIÓN

(DE ACUERDO AL CÓDIGO ASME, BLOQUE BÁSICO)

TRAZADO DE LA CURVA DAC

134


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.

VISTA SUPERIOR DE UNA PIEZA INSPECCIONADA

135


Método por Caída de Amplitud

CORTE A-A INDICACIÓN EN LA POSICIÓN 1

CORTE B-B INDICACIÓN EN LA POSICIÓN 2

136

6. Determinación de las Características de una Discontinuidad

• La 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.

137


Identificación de Porosidad

INDICACIONES SOBRE LA PANTALLA DEL INSTRUMENTO

PARA LAS POSICIONES 1,2 Y 3

138


Identificación de Escoria

139


Identificación de Grietas de Fabricación• Este 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. • Tienen una dimensión a través del espesor.• 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

140


Ilustración de Grietas de Fabricación

INDICACIÓN SOBRE LA PANTALLA DEL INSTRUMENTO

PARA CUALQUIERA DE LAS POSICIONES MOSTRADAS

141


Identificación de Grietas Superficiales

POSICIÓN 1 POSICIÓN 2 POSICIÓN 3

Las grietas superficiales son difícil de presentarse en materiales nuevos por lo tanto se asume que representan una condición relacionada con el servicio

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7. Calibración del Equipo de Ultrasonido

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.

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.

143

8. Inspección de Tuberías

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.

144

8. Inspección de Tuberías 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

145

8. Inspección de Tuberías Detección de Grietas:

• 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).

146


Detección de Grietas:• Barrido en forma circunferencial

• El haz ultrasónico viaja hacia y entre las superficies del material.

147

8. Inspección de Tuberías • 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

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• 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

149


• 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.

150


• Los factores “fp” y “fs” pueden ser obtenidos de la siguientes gráficas:

151

CÓDIGOS, NORMAS Y

ESPECIFICACIONES

152

1. Código Es 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)

153

1. Código

Algunos ejemplos de códigos son:

• 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 americanos que llevan las siglas ANSI son documentos normativos nacionales oficiales en los E.U.A.

154

2. NormaSon 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.)

155

3. 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.

Algunos ejemplos de especificaciones son: Especificaciones API: API Spec.6A, API Spec 6D, etc. Especificaciones particulares de los clientes

156

Códigos, Normas y EspecificacionesDentro 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.

157

Códigos, Normas y EspecificacionesEn el manejo de los códigos, normas y especificaciones es necesario manejar adecuadamente las siguientes definiciones:

PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS• Es 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.

158

Códigos, Normas y Especificaciones

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.

159

Códigos, Normas y Especificaciones

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 la acabada superficial

a la configuración del material.• Indicaciones verdaderas: Producidas por una discontinuidad.

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Códigos, Normas y EspecificacionesDEFECTOEs 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 cuáles son producidos par una discontinuidad.

EVALUAREs la acción de determinar si una indicación de discontinuidad cumple con un criterio de aceptación.

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Códigos, Normas y EspecificacionesAlgunos documentos que consideran la aplicación de la inspección 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, Práctica normalizada para el examen

ultrasónico de forjas de acero grueso.

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Códigos, Normas y EspecificacionesAlgunos documentos que consideran la aplicación de la inspección por ultrasonido son:

• 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, Práctica normalizada para la medición de espesores por el método de contacto manual.

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Si el “Plan A” no está funcionando.

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