LABORATORIO ULTRASONIDO

LABORATORIO ULTRASONIDO2015

NDICE

1.OBJETIVOS31.1.OBJETIVO PRINCIPAL31.2.OBJETIVOS SECUNDARIOS32.INTRODUCCIN32.1.INTRODUCCIN TERICA33.DESARROLLO DEL LABORATORIO83.1.PREPARACIN83.2.EQUIPOS Y MATERIALES83.3.PROCEDIMIENTO84.PROCEDIMIENTO94.1.IDENTIFICAR LA PROBETA A EMPLEAR PARA LA DETECCIN DE FALLAS94.2.SELECCIN DEL PATRN ADECUADO94.3.CALIBRACIN DEL EQUIPO104.4.REALIZAR DIAGNSTICO DE LAS PROBETAS135.OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES205.1.OBSERVACIONES205.2.CONCLUSIONES206.BIBLIOGRAFA20

OBJETIVOSOBJETIVO PRINCIPAL

Diagnosticar el estado de un componente en funcin a las lecturas dadas por el equipo de ultrasonido.OBJETIVOS SECUNDARIOS

Aprender a calibrar un equipo de ultrasonido para los sensores rectos y angulares.Reconocer las seales que enva el equipo, en funcin a lo que se est detectando.Realizar medicin de espesores y defectos de la probeta a estudiar.INTRODUCCININTRODUCCIN TERICA

FUNDAMENTOS DEL SONIDOUltrasonido es el nombre dado al estudio y aplicacin de ondas sonoras con frecuencias superiores a las percibidas por el odo humano. Las ondas sonoras pueden dividirse en tres grupos: Infrasnica, donde el rango de frecuencias es menor a 16 ciclos por segundo (f < 16Hz) Snica, donde las frecuencias se encuentran entre 16 y 20000 ciclos por segundo (16Hz < f < 20000Hz) y Ultrasnica, donde las frecuencias son mayores a 20000 ciclos por segundo (f>20000Hz) Sin embargo, la frecuencia ms alta lograda hasta el presente, es del orden de 1000000000 ciclos por segundo (1MHz). El rango de frecuencias usado en ultrasonido abarca desde los 200000 hasta los 25000000 ciclos por segundo (200KHz hasta 25MHz).El ultrasonido, como mtodo de ensayo no destructivo, es el uso de ondas ultrasnicas para evaluar materiales sin modificar sus condiciones de servicio. El ensayo por ultrasonido puede ser usado para medir espesores de materiales, o para examinar la estructura de piezas por posibles discontinuidades.EL SONIDOEl sonido se define como la vibracin mecnica de partculas en un medio. Cuando una onda sonora se transmite a travs de un medio, las partculas vibran alrededor de un punto fijo, a la misma frecuencia de la onda sonora. Las partculas no se trasladan con la onda, solo reaccionan ante la energa de la misma; esto implica que la energa de las ondas es la que se transmite a travs del material por medio de sus partculas.CARACTERSTICAS DE UNA ONDA SONORACuando hablamos de sonido, hablamos de vibracin. Cuando una partcula parte de un punto O y se desplaza hasta una posicin mxima +, luego, se devuelve al punto O, pero continua su movimiento hacia atrs y logra otra posicin de desplazamiento mximo - y regresa al punto O, ha realizado un ciclo (Ver figura 1)

Una onda sonora est definida por cuatro caractersticas principales:PeriodoFrecuenciaAmplitudLongitud de onda.

PERIODOEl periodo T, es el tiempo que toma una partcula en realizar un ciclo completo.FRECUENCIALa frecuencia, f, es el nmero de oscilaciones de una partcula por unidad de tiempo. La unidad internacional de la frecuencia es el hertzio, donde:1 HERTZIO = 1Hz = 1 Ciclo por segundo.Como podemos ver el periodo y la frecuencia estn relacionados mediante:

AMPLITUDLa amplitud, A, es el mximo desplazamiento que realiza la partcula sometida a vibracin, partiendo desde su posicin O.

LONGITUD DE ONDALa longitud de onda, , es la distancia entre dos planos en los que las partculas se encuentran en el mismo estado de movimiento. Para todos los tipos de onda se cumple la siguiente relacin;

Dnde:V= Velocidad del sonido en el material, f=Frecuencia del transductor a utilizar.[footnoteRef:1]En el ultrasonido la longitud de onda se puede observar en el siguiente esquema (Figura 2);

La longitud de onda, adems, sirve para conocer la mnima discontinuidad que se puede detectar, con la siguiente relacin;

MODOS DE ONDAExisten 4 modos de onda: Longitudinales, transversales, superficiales y lamb, pero solo las dos primeras son las que mayormente se utilizan, a continuacin se definirn ambas ondas.LONGITUDINAL O DE COMPRESINEn este modo las partculas se mueven en la misma direccin de la onda. Las ondas longitudinales son utilizadas para la mayora de aplicaciones en medicin de espesores y deteccin de fallas de haz normal.As como para inspecciones con haz angular en materiales de grano muy grueso como fundicin de acero inoxidable.

TRANSVERSAL O DE CORTEEn este modo las partculas se mueven perpendiculares a la trayectoria de la onda. Ya que en general la longitud de onda de las ondas trasversales es de las longitudinales.Son utilizadas para deteccin de discontinuidades pequeas con haz angular.

CAMPO CERCANOEl Campo Cercano[footnoteRef:2], (Zona Muerta en la pantalla del equipo), es la distancia, a partir del transductor, donde no es posible la deteccin de una indicacin, por la mala relacin seal / ruido. Debemos asegurarnos que la zona que se desea inspeccionar DEBE encontrarse en el Campo Lejano.

El dato, N es importante para la medicin en planchas, por lo que a continuacin se mostrar como calcularlo,

Donde: D=Dimetro del palpador (mm), f=frecuencia (MHz), V=Velocidad del sonido (km/s)

DESARROLLO DEL LABORATORIOPREPARACIN Para este laboratorio es importante que el participante revise los siguientes puntos:Principios bsicos del ultrasonido (velocidad longitudinal y transversal).Procedimiento para calibrar sensores rectos, E-R y angular.

EQUIPOS Y MATERIALES

Equipo de ultrasonido Epoch 600.Sensor recto.Patrones de calibracin.Aceitera.Probetas para la deteccin de fallas.

PROCEDIMIENTO

Identificar la probeta a emplear para la deteccin de fallas.Seleccin del patrn adecuado.Calibrar el equipo en funcin a la pieza a ensayar.Realizar diagnstico de la pieza.Dar los resultados del diagnstico empleando un croquis donde muestre la o las fallas.

1. PROCEDIMIENTO1.1. IDENTIFICAR LA PROBETA A EMPLEAR PARA LA DETECCIN DE FALLASEn el laboratorio la el patrn fue utilizado como probeta por cuestiones de tiempo, por lo que la probeta se muestra a continuacin;Tamao25mmx100mmx300mm

Peso5.2Kg

MaterialAcero 1018

NormaASME 164 IIW TYPE

MarcaOLYMPUS

1.2. SELECCIN DEL PATRN ADECUADOSe seleccion el bloque de calibracin IIW, mostrado en la figura siguiente,Figura 6: Patrn estandarizado.

1.3. CALIBRACIN DEL EQUIPOPrimero se introducen valores constantes al equipo, como es la velocidad del sonido el campo, etc.FuncinParmetroDefinicinValor

BsicoVelocidadVelocidad del sonido en el material a analizar, se utilizan tablas para este valor.5924m/s

CeroCompensador de error, va en un rango de 0 a 750s0 s

CampoEl campo est en funcin a la mayor dimensin a medir, generalmente es el doble del mayor espesor.200mm50mm

RetardoSe refiere al retardo de visualizacin, va de -59mm a 13401mm en acero.0mm

PulsoModo PRFAjuste del PRF manual o automtico. Va en un rango de 10Hz a 2000Hz.Manual

PRFFrecuencia de repeticin de pulsos: Es la frecuencia con la que el generador produce pulsos elctricos en un segundo. El PRF determina el intervalo de tiempo entre las dos fases (emisin y recepcin de los ultrasonidos)980Hz

EnergaVoltaje de alimentacin: 100V, 200V, 300V o 400V.200V

AmortiguacinLa amortiguacin acstica optima se encarga de mejorar el poder de resolucin, los valores disponibles a configurar son, 50, 100, 200 y 400100

ModoExisten distintos modos de inspeccin: Pulso-eco, emisin-recepcin y transmisin directa.P/E

PulsoLectura de picos en el equipo.Pico

ReceptorFiltroLos filtros digitales mejoran la relacin entre seal y ruido. 7 filtros conforme a la norma EN12668-1:2010(0.2 a 10MHz, 2 a 21.5 MHz, 8 a 26.5 MHz, 0.5 a 4 MHz, 0.2 a 1.2 MHz, 1.5 a 8.5 MHz, 5 a 15 MHz)2 a 21.5 MHz

RectificacinOnda completa, onda media positiva, onda media negativa y onda de radiofrecuencia.Onda completa

TriggernguloEl angulo del palpador, va de 0 a 90 en inclementos de 0.1.0

EspesorVariable0.00

CSCVariableOff

Valor XVariable0.00

Auto CalTypeModo adecuado de calibracin: Thickness para un haz recto y Soundpath para un haz angular.Thickness

Cal-velSegundo valor conocido a introducir. Este valor debe ser mayor al primero.Variable

Cal-zeroPrimer valor conocido a introducir.Variable

Se pudieron demostrar dos formas eficientes de como calibrar el equipo utilizando el patrn de calibracin.1.3.1. MTODO ASe trabaj con un sensor PANAMETRICS, a continuacin se muestran sus caractersticas,MarcaPANAMETRICS - NDT

Nro. de serie614679

Dimetro0.5in

Frecuencia5MHz

ModeloA109S

El mtodo A requiere seguir los siguientes pasos, para la calibracin; Seguir el protocolo del manual para conectar de forma correcta el transductor con un cable, conectarlo en la parte superior del EpocH XT (T/R). Presionar [Auto Cal] de modo que aparezcan los parmetros cal-vel y cal-zero en la zona de parmetros. Acoplar el transductor al patrn ms delgado (en nuestro caso 100mm), previo empleo de acoplante (aceite, gel, grasa, etc.) para eliminar la presencia de aire. Posicionar la compuerta 1 de manera que este sobre el primer pico del espesor conocido y ajustar la ganancia hasta que la seal ocupe el 80% de la pantalla. Presionar [Cal-Zero], la pantalla se congelar y un cuadro aparecer en la pantalla, donde se deber colocar la medida conocida mnima (100mm) con el uso de las flechas. Presione continuar para aceptar el valor tipeado. Ahora mueva la compuerta al segundo pico, sin mover el transductor, vale decir, la compuerta debe estar en el pico que correspondera a 200mm. Ajustar la ganancia hasta que la seal ocupe el 80% de la pantalla. Presionar [Auto Cal] y luego [Cal-Vel], la pantalla se congelar y un cuadro aparecer en la pantalla, donde se deber colocar la segunda medida conocida (200mm) con el uso de las flechas. Presione calcular (terminar) para completar el proceso de calibracin.

1.3.2. MTODO BSe trabaj con el mismo sensor PANAMETRICS del mtodo A, a continuacin se muestran sus caractersticas,El mtodo A requiere seguir los siguientes pasos, para la calibracin; Seguir el protocolo del manual para conectar de forma correcta el transductor con un cable, conectarlo en la parte superior del EpocH XT (T/R). Presionar [Auto Cal] de modo que aparezcan los parmetros cal-vel y cal-zero en la zona de parmetros. Acoplar el transductor al patrn ms delgado (en nuestro caso 91mm), previo empleo de acoplante (aceite, gel, grasa, etc.) para eliminar la presencia de aire. Posicionar la compuerta 1 de manera que este sobre el primer pico del espesor conocido y ajustar la ganancia hasta que la seal ocupe el 80% de la pantalla. Presionar [Cal-Zero], la pantalla se congelar y un cuadro aparecer en la pantalla, donde se deber colocar la medida conocida mnima (91mm) con el uso de las flechas. Presione continuar para aceptar el valor tipeado. Ahora mueva el transductor a la medida mayor (100mm) y posicione la compuerta en el primer pico. Ajustar la ganancia hasta que la seal ocupe el 80% de la pantalla. Presionar [Auto Cal] y luego [Cal-Vel], la pantalla se congelar y un cuadro aparecer en la pantalla, donde se deber colocar la segunda medida conocida (100mm) con el uso de las flechas. Presione calcular (terminar) para completar el proceso de calibracin.

1.4. REALIZAR DIAGNSTICO DE LAS PROBETASComo se mencion anteriormente, para nuestro laboratorio el patrn se tom tambin como probeta por lo que se mostrar la deteccin de defectos en dicho patrn.1.4.1. DETECCIN DE PRIMERA DISCONTINUIDAD

ObjetivoEmplear la tcnica del ultrasonido para detectar anormalidades dentro de los materiales. Datos generalesMaterialAceroDualN/APatrn

SensorA109S 5MHZ 0.5 614679Rango150mm

Velocidad5891m/sRetardo 0mm

Ecos de la calibracinECO NS(mm)P(div.)

191mmN/A

2100mmN/A

Dibujar pieza a inspeccionar

Figura 7: Dibujo de patrn.

Registre datos de configuracin del equipo para la pieza a inspeccionarFuncinParmetroValor

BsicoVelocidad5924m/s

Cero0 s

Campo150mm

Retardo0mm

PulsoModo PRFManual

PRF980Hz

Energa200V

Amortiguacin100

ModoP/E

PulsoPico

ReceptorFiltro2 a 21.5 MHz

RectificacinOnda completa

Triggerngulo0

Espesor0.00

CSCOff

Valor X0.00

Registre las fallas encontradas con la inspeccin de ultrasonidoDiscontinuidad

Figura 8: Pieza con discontinuidad

En la siguiente figura se muestra como se ubic dicha discontinuidad,Figura 9: Ubicacin del transductor para detectar discontinuidad.

Dibuje la pieza con la ubicacin de dicha falla16mm

Figura 10: Ubicacin de discontinuidad.

En la siguiente imagen se muestra la medida tomada del equipo en dicha discontinuidad;Figura 11: Medida en tiempo real de discontinuidad.

Observaciones Se observ que el equipo luego de calibrarlo y tomar medidas en otros puntos no tena una precisin del 100%. El uso de grasa no causo ningn problema en la medicin. La discontinuidad fue fcilmente encontrada por el equipo. Conclusiones El equipo est apto para descubrir discontinuidades sin mayor problema.

1.4.2. DETECCIN DE SEGUNDA DISCONTINUIDAD ObjetivoEmplear la tcnica del ultrasonido para detectar anormalidades dentro de los materiales. Datos generalesMaterialAceroDualN/APatrn

SensorA109S 5MHZ 0.5 614679Rango110mm

Velocidad5891m/sRetardo 0mm

Ecos de la calibracinECO NS(mm)P(div.)

191mmN/A

2100mmN/A

Dibujar pieza a inspeccionar

Figura 12: Dibujo de patrn.

Registre datos de configuracin del equipo para la pieza a inspeccionarFuncinParmetroValor

BsicoVelocidad5924m/s

Cero0 s

Campo110mm

Retardo0mm

PulsoModo PRFManual

PRF980Hz

Energa200V

Amortiguacin100

ModoP/E

PulsoPico

ReceptorFiltro2 a 21.5 MHz

RectificacinOnda completa

Triggerngulo0

Espesor0.00

CSCOff

Valor X0.00

Registre las fallas encontradas con la inspeccin de ultrasonidoDiscontinuidad

Figura 13: Pieza con discontinuidad

En la siguiente figura se muestra como se ubic dicha discontinuidad,Figura 14: Ubicacin del transductor para detectar discontinuidad.

Dibuje la pieza con la ubicacin de dicha falla86mm91mm

Figura 15: Ubicacin de discontinuidad.

En la siguiente imagen se muestra la medida tomada del equipo en dicha discontinuidad;Medida: 85.44mm Medida: 91.28mm Medida: 99.97mm

Figura 16: Medida en tiempo real de discontinuidad.

Observaciones Se observ que el equipo luego de calibrarlo y tomar medidas en otros puntos no tena una precisin del 100%. El uso de grasa no causo ningn problema en la medicin. La discontinuidad fue fcilmente encontrada por el equipo. Conclusiones El equipo est apto para descubrir discontinuidades sin mayor problema.

2. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES2.1. OBSERVACIONES

El equipo EPOCH 600 se observ sencillo de manejar, no presento dificultades con las teclas. Se observaron varios parmetros que se deben tomar en cuenta para tener una medicin optima y fcil de definir, se recomienda leer el manual del fabricante.

2.2. CONCLUSIONES

La manera ms adecuada de calibrar el equipo, por recomendacin del fabricante, es utilizando dos medidas conocidas de dos puntos distintos del patrn, es decir el Mtodo B. La calibracin de un equipo, como el usado, es bastante simple, y fcil de recordar. La medicin de espesores resulta ser una medicin sencilla para piezas planas, como la usada en el presenta laboratorio, de desconocer los parmetros a tomar en cuenta en piezas con curvaturas como tuberas.

3. BIBLIOGRAFA Separata Ultrasonido Industrial, TECSUP, 2014 Curso Bsico de Ultrasonido Industrial, Libro, Universidad Central de Venezuela, 2010 Diapositivas Ultrasonido Industrial, TECSUP, 2014 Apuntes de clase Monitoreo de la Condicin PEP Gestin del Mantto, TECSUP, 2015

4. ANEXOANEXO 1: ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO USADO EPOCH 600

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