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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS RADIOGRAFA INDUSTRIAL

Revisin. 2 - Mayo de 2006 Pgina1 de 20

Facultad de IngenieraUniversidad Nacional de La Plata

DEPARTAMENTO DE AERONUTICA

CATEDRAENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

RADIOGRAFA INDUSTRIAL

(Revisin 2)

REVISADO Y REEDITADOPOR ESTEBAN A. TUJA

Mayo de 2006

Profesor Titular: Ing. Aer. Dawid Gomplewicz.Profesor Adjunto: Ing. Aer. Claudio Rimoldi.Ayudante (Dip): Ing. Aer. Laura Rubio.Ayudante (Al): Srta. Mara de la Paz Alonso.Colaborador (AH): Sr. Fernando Cordisco.Colaborador (AH): Sr. Esteban Tuja.



ADVERTENCIA

La exposicin excesiva a los rayos X o gamma es extremadamente perjudiciales para la salud delas personas; siendo ms peligrosas cuanto menor sea la longitud de onda de las mismas y cuantomayor sea la intensidad de la fuente. Si bien los equipos de radiografa estn diseados para minimizarlos peligros que implica la exposicin a las radiaciones directas o indirectas, se deben observar ciertasprecauciones.

Los equipos, materiales y productos de radiografa industrial deben ser operados nicamente porpersonal especialmente entrenado en el uso y cuidado de material radiactivo y se debe evitar en todoslos casos la exposicin de las personas a los rayos.

Adems de un completo conocimiento de los equipos empleados, deben seguirse en todo momento lasinstrucciones de los fabricantes de los mismos.

Se debern observar en todo instante las medidas de seguridad para la proteccin tanto de losoperadores de los equipos como de los terceros que pudieran estar presentes en las inmediaciones. Eluso de alarmas y/o acordonados de seguridad y el cuidado de las distancias mnimas de seguridadresultan imprescindibles para evitar la exposicin accidental a las radiaciones.

El uso de dosmetros personales, as como de radimetros, alarmas sonoras, el adecuado vallado yblindaje, son de suma importancia para controlar las tasas de dosis de radiacin recibidas tanto por eloperador como por el pblico.

Adems de las buenas prcticas, ser necesario cumplir con las leyes nacionales, provinciales y locales.

En la Repblica Argentina, el uso con fines profesional de radiaciones ionizantes, tales como lasempleadas en las inspecciones por rayos X o gamma, est regulado por la Secretara de Estado deSalud Pblica de la Nacin y por la Comisin Nacional de Energa Atmica, en el marco legalestablecido por la Ley N 19.587 (Ley de Higiene y Seguridad en el Trabajo) y su DecretoReglamentario N 351/79, ms las disposiciones complementarias especificadas en:

- Decreto N 842/58 (Reglamento para el uso de Radioistopos y Radiaciones Ionizantes);- Ley N 21.664 (Convenio sobre la proteccin de los trabajadores contra las radiaciones

ionizantes);- Ley N 17.557 (Disposiciones para la instalacin y utilizacin de equipos especficamente

destinados a la generacin de rayos X); y su Decreto Reglamentario N 6.320/68.

Las medidas de prevencin y seguridad propias de cada mtodo exceden los alcances del presentetrabajo, cuyo fin es brindar la informacin bsica acerca del uso industrial de las tcnicas radiogrficas.Sin embargo ponemos especial nfasis en el hecho que es obligacin del Ingeniero conocer losriesgos que implica el uso de las tcnicas de inspeccin no destructiva de radiografa industrial.

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ENSAYO NO DESTRUCTIVO POR EL MTODO DE RADIOGRAFA INDUSTRIAL

1) Generalidades:La radiografa industrial es un mtodo de ensayo no destructivo que permite la deteccin dediscontinuidades tanto superficiales como internas en piezas de prcticamente todos los materialesempleados en la industria. Es una tcnica tremendamente verstil, permitiendo radiografiar objetos detodos los tamaos (desde los componentes electrnicos microscpicos hasta componentes de laindustria pesada) y de prcticamente todos los materiales conocidos; ya sean fabricados por forjados,fundiciones, mecanizados, laminados, compuestos, etc, y por separado o bien como parte de unconjunto de piezas ensamblado.

Mediante el uso de radiaciones de alta penetracin, tales como las usadas en las tcnicas de rayos X ygamma (no ocasionan daos a la pieza inspeccionada), la radiografa proporciona un registro visualpermanente sobre una pelcula sensible (debidamente procesada luego de la exposicin) acerca de lascondiciones que presenta la pieza inspeccionada. En muchos casos resulta de suma utilidad paraobservar lo que ocurre en el interior de un elemento sin necesidad de desarmarlo o destruirlo.

2) Naturaleza y principio de funcionamiento del mtodo:La inspeccin radiogrfica mediante rayos X o gamma aprovecha las capacidades de penetracin de lasradiaciones electromagnticas ionizantes y su efecto fotoqumico sobre pelculas sensibles (u otrosmedios sensibles a stas) para examinar el interior de los objetos. La informacin que una radiografapuede brindar acerca de un objeto depende principalmente de tres factores, a saber:

a. La composicin del objeto.b. La densidad del material y el espesor del objeto.c. La energa de los rayos X o gamma que inciden sobre el objeto.

Los rayos X y gamma son formas deradiacin electromagntica, al igual que laluz visible, la luz ultravioleta, la radiacininfrarroja, las micro ondas y las ondas deradio. Todo este conjunto de formas deradiacin conforman el espectroelectromagntico.

Los rayos empleados en la radiografaindustrial son aquellos que presentan lasmenores longitudes de onda, lo que lesconfiere la capacidad de ser altamentepenetrantes en la materia. Las radiacionesempleadas son adems del tipo ionizantes,esto es, tienen la propiedad de produciriones al interactuar con la materia(desequilibrio elctrico por desplazamientode electrones).



Las principales propiedades de estas radiaciones son las siguientes. Ntese que muchas de ellas sonsimilares a las de la luz.- Se propagan en lnea recta y a la velocidad de la luz.- Producen, en ciertas sustancias, fluorescencia y fosforescencia.- Tienen accin sobre emulsiones fotogrficas.- No son afectados por campos elctricos o magnticos.- No pueden ser desviados por lentes o prismas, pero si por medio de una red cristalina (difraccin).- Las longitudes de onda son muchsimo menores que las del espectro de la luz visible:

- Luz visible: 3.900 a 7.700 .- Rayos X: 5 a 0,01 .- Rayos Gamma: 0,01 a 0,005 .

- Atraviesan la materia, dependiendo su penetracin de la naturaleza de la materia y de la energa delos rayos.

- Pueden, como la luz, producir fenmenos de interferencia, polarizacin y difraccin.- Pueden deteriorar o destruir las clulas vivas y provocar alteraciones genticas o

cromosmicas.- No son visibles ni pueden ser detectados por ninguno de nuestros sentidos (su presencia solo

puede ser advertida mediante el uso de equipos detectores especiales). Esto, junto a la propiedadanterior, constituye el mayor factor de riesgo del uso de radiaciones ionizantes.

Desde el punto de vista de la aplicacin del mtodo, su propiedad ms importante consiste en el hechoque estas radiaciones SON ABSORBIDOS POR LA MATERIA de MANERA DISTINTA para cadamaterial. La absorcin es directamente proporcional a la densidad y espesor del cuerpo irradiado (einversamente proporcional a la energa del rayo). Esta propiedad, llamada ABSORCINDIFERENCIAL nos dar las bases del mtodo. La figura siguiente muestra un esquema de laaplicacin del mtodo.

FIGURA 1



Una discontinuidad en el material, tal como un hueco, una fisura, o un cambio de forma modificar elespesor efectivo del material y cambiar por consiguiente el grado de absorcin de la radiacin endicha zona. Dado que toda la radiacin que no se absorbe o dispersa en el material es transmitida, lacantidad de radiacin transmitida ser funcin de los cambios localizados que presente el espesorefectivo del material. El efecto de la intensidad de la radiacin transmitida (emergente del material)sobre una pelcula (o film) sensible es la que se aprovechar para detectar las discontinuidades odefectos.Si en la figura anterior, en lugar de un hueco hubiese una inclusin de un material diferente, se tendratambin un cambio en la composicin aparente del material y por consiguiente, un cambio en laintensidad de la radiacin transmitida en esa zona, permitiendo eventualmente su deteccin.

En resumen: La tcnica de radiografa industrial satisface los requisitos primarios de toda inspeccinno destructiva, a saber:

a- MTODO: Se tiene una forma de energa (radiacin ionizante) que puede ser producida yaprovechada de manera controlada.

b- TRANSFORMACIN: Esta forma de energa es capaz de interactuar con el material a serinspeccionado (penetracin y absorcin total o parcial) de manera tal que se producen cambios enla forma de energa, pero no en el material.

c- DETECCIN e INTERPRETACIN: Luego de dicha interaccin, los cambios sufridos por laforma de energa pueden ser detectados e interpretados para observar la condicin que presenta elmaterial (efecto fotoqumico sobre la pelcula sensible a las radiaciones).

3) Obtencin de los rayos

La diferencia entre los rayos gamma y los rayos X radica en la forma de obtencin de los mismos y noen su naturaleza.

- Rayos X:Los rayos X son producidos por un artefacto elctrico: el tubo de rayos X. Si bien existen tubos devarios tipos, en lneas generales consisten en una ampolla de vidrio al vaco en cuyo interior sedisponen los elementos necesarios para la generacin de los rayos. Estos se generan cuando unacorriente de electrones de altsima velocidad proveniente del ctodo es desacelerada bruscamente porimpacto contra el nodo.

As, para producir rayos X se necesitan:a) Fuente de electrones.b) Placa de material para que esos electrones choquen.c) Medio para acelerar y controlar dichos electrones.

a) El suministro de los electrones necesarios para la generacin derayos X se obtiene fcilmente por calentamiento de un materialadecuado. El ctodo es un filamento de tungsteno por el culcircula una corriente elctrica de algunas milsimas de ampere(CORRIENTE DE TUBO) generada por una fuente de bajovoltaje, con el fin de calentarlo hasta ponerlo al rojo.A medida que la temperatura del filamento aumenta, los electrones(del material con que est construido) se agitan cada vez ms, hasta que finalmente escapan delmaterial, formando una nube de electrones a su alrededor. Esta nube de electrones permanecer en

FIGURA 2



movimiento alrededor del filamento, a menos que una accin externa los arranque de sus rbitasobligndolos a migrar hacia otro sitio.

b) Enfrentando al ctodo se encuentra el nodo (tambin denominado antictodo), hecho de un metalde alto punto de fusin. Sobre este elemento se harn chocar los electrones provenientes del ctodo.

c) Para acelerar los electrones de la nube catdica hacia el nodo se aplica una diferencia de potencialde varios miles de voltios entre ctodo y nodo (TENSIN DE TUBO), siendo este ltimo el elementode valor positivo. As, los electrones sern atrados hacia la placa andica de tungsteno a granvelocidad. La aceleracin de los electrones debe ser realizada bajo condiciones de vaco, pues de locontrario, la colisin con las molculas de aire originara grandes prdidas de energa.

Cuando el haz de electrones acelerado choca contra la placa de tungsteno del nodo, se producenciertas perturbaciones atmicas en este material que dan lugar a la emisin de rayos X, adems de laemisin de luz, muchsimo calor. El nodo est constituido por una placa de tungsteno, el cual posee unalto punto de fusin (~3300C), relativamente buena conductividad trmica y elevado nmero atmico(la produccin de rayos X es proporcional al nmero atmico del material del nodo).

Como regla general, podemos enunciar los siguientes principios:1) A mayor temperatura de filamento, mayor emisin de electrones, lo cual implica mayor corriente detubo; por ende: LA SALIDA DE RAYOS X ES PROPORCIONAL A LA CORRIENTE DE TUBO.Esta corriente de tubo del equipo es controlada por un dispositivo que regula la corriente decalentamiento suministrada al filamento.

2) A mayor tensin de tubo, mayor ser la velocidad de los electrones que impactan contra la placa detungsteno del nodo. El resultado es una menor longitud de onda de los rayos X emitidos por el aparatoy por ende una mayor penetracin de los mismos. Los rayos X generados con las mayores tensiones detubo posibles (menores longitudes de onda) son usados para la penetracin de materiales de grandesespesores y/o densidades ms elevadas.

FIGURA 3ESQUEMA DE UN TUBO DE RAYOS X

Todos los elementos indicados se disponen en elinterior de una ampolla de vidrio al vaco.



Detalle operativo de los tubos de rayos X de uso industrial:De toda la energa disponible en el tubo, solamente un 2% se transforma en rayos X. Del resto,aproximadamente un 5 a 8% se transforma en luz visible (que queda confinada en el interior delaparato), y el porcentaje restante (ms de un 90%) en calor, provocando el calentamiento del nodo enla zona de impacto del haz de electrones al rojo blanco. Dado que en radiografa industrial suelenusarse tiempos de exposicin muy prolongados (varios minutos), el tubo de rayos X debe serrefrigerado de alguna manera. Es por ello que para mejorar la conductividad trmica del nodo, laplaca de tungsteno se monta sobre una pieza de cobre que por poseer buena conductividad trmicafacilitar la refrigeracin del nodo mediante la circulacin de agua, aceite o aire.Interrumpiendo la alimentacin elctrica el dispositivo cesa toda emisin de radiacin.

- Rayos Gamma:A diferencia de los rayos X, los rayos gamma no son generados por ningn artefacto, sino queprovienen de la desintegracin del ncleo de los tomos de un material radioactivo. Los materiales osustancias radioactivas son aquellas que espontneamente emiten radiaciones alfa, beta o gamma. Lasfuentes usadas en radiografa industrial son radioistopos artificialmente producidos por bombardeo deun elemento estable adecuado con exceso de neutrones en el interior de un reactor nuclear. A este se loconoce como proceso de activacin.

La calidad (longitud de onda o energa o poder de penetracin) e intensidad de estos no pueden sercontrolados por el operador y solo son funcin de la materia radioactiva de la fuente. Al igual que losrayos X, los gamma pueden ser interceptados por materiales absorbentes. Las longitudes de onda de losrayos gamma son inferiores a las de los rayos X, por lo que son ms penetrantes. Sin embargo, lasradiografas de mejor contraste y definicin se obtienen con rayos X de bajo voltaje de tubo.

La actividad de una fuente es la expresin de la velocidad de desintegracin de un radioistopo y suunidad natural de medicin es la Desintegracin por segundo, que en el sistema internacional recibeel nombre de Bequerelio (Bq). Sin embargo, dado que un Bq resulta ser una cantidad de actividadmuy pequea suele usarse por practicidad la unidad antigua, el Curie (Ci), que equivale a 37.000millones de desintegraciones por segundo. (1 Ci = 3,7x1010 Bq = 37 GBq).

Las fuentes de rayos gamma se pueden obtener con diferentes valores de actividad (tpicamente entre 1y 100 Ci) y esto se logra agrupando mayor o menor cantidad de pastillas de material radiactivo dentrode una cpsula sellada. Por ello se las denomina fuentes selladas.

Las fuentes de rayos gamma van perdiendo gradualmente su actividad a lo largo del tiempo. Secaracterizan por la denominada vida media (t1/2), siendo esta el tiempo que tarda la actividad de unafuente en reducirse a la mitad del valor inicial. La actividad de una fuente puede ser determinada paracualquier momento a partir del momento de su activacin, segn la siguiente expresin:

A = Ao/(2n) ; con n = t/t1/2 ; donde:A = actividad de la fuente en el momento actual (a determinar).Ao = Actividad inicial de la fuente.t = tiempo transcurrido desde la actividad inicial.t1/2 = vida media del radioistopo de la fuente.

Las fuentes ms usadas en radiografa industrial con rayos gamma son producidas artificialmente y sonlos radioistopos de tulio 170, iridio 192, cesio 137 y cobalto 60, con vidas medias de 127 y 74 das,26,6 y 5,3 aos respectivamente.



ADVERTENCIA: an cuando una fuente radiactiva pueda ser considerada agotada para su uso enradiografa industrial, seguir emitiendo radiaciones altamente peligrosas para las personas. Estasfuentes gamma agotadas deben ser tratadas como elementos radioactivos peligrosos por personalespecialmente habilitado para ello (CNEA).

La aplicacin de la tcnica radiogrfica con rayos gamma es equivalente a la de los rayos X, adiferencia que el equipo de gammagrafa no requiere de alimentacin externa alguna. La fuenteradiactiva utilizada se encuentra encerrada en un contenedor de plomo y se desliza dentro de unconducto curvado convenientemente, de modo de asegurar que la radiacin no escape de l mientrasno se lo est usando. Para realizar la exposicin se abre una tapa y a travs de una manguera flexible,es posible llevar la fuente radiactiva hasta el lugar donde se desea tener el foco durante el tiemporequerido. Esto se realiza mediante el accionamiento de un telemando que por lo general es mecnicoy de accionamiento manual (tipo teleflex) que empuja la fuente fuera del contenedor. En el extremode la manguera suele colocarse un colimador, cuya finalidad es la de solo permitir la emisin de losrayos hacia la direccin donde est la pelcula y evitar irradiar el resto del entorno de trabajo.Transcurrido el tiempo de exposicin, el mismo telemando se acciona de manera inversa para volver ameter la fuente sellada dentro del contenedor, donde permanecer almacenada hasta la prximaexposicin (ver figura siguiente).

Una vez realizada la exposicin (al igual que con rayos X) se revela e interpreta la radiografa obtenid.

En lo sucesivo nos referiremos principalmente a la tcnica de rayos X por ser la ms utilizada en laindustria aeronutica, pero es bueno recordar que salvo por la generacin y el control de la radiacin,son tcnicas similares.

4) Energa, calidad e intensidad de radiacin:

Energa y Calidad de rayos X:La energa de un rayo X o gamma es una medida de su capacidad de penetracin de la materia. Se ladenomina tambin como calidad de radiacin y viene dada por la longitud de onda del rayoproducido. A menor longitud de onda, mayor energa (mayor calidad de rayo):

Q = h.c/ ; donde: h = cte. De Planck = 6,623x10-27 erg.seg

c = velocidad de la luz = longitud de onda.

FIGURA 4Representacin esquemtica de un

equipo de gammagrafa



Para el caso de los rayos X, la penetracin es controlada por la tensin de tubo: a mayor tensin detubo, menor longitud de onda. ( = 12.400 / V []), y por lo tanto, mayor poder de penetracin.Por practicidad, la energa de los rayos X y gamma se expresa en miles o en millones de electrn Volt(ver Tabla 1), siendo 1 eV la energa ganada por un electrn al ser acelerado por una diferencia depotencial de 1 voltio. Si bien la energa de los rayos gamma no es debida a la aceleracin de electronesun el tubo, se establece la equivalencia basada en la igualdad de la longitud de onda, de modo que unafuente gamma de 1MeV tendr la misma energa que un rayo X generado en un tubo con una tensinde 1000kV.Si bien, en general las longitudes de onda de los rayos gamma son menores que la de los rayos X quese pueden obtener con la mayora de los equipos de Rayos X (limitados por la tensin de tubo mximaque pueden alcanzar), esta alta energa de penetracin da como resultado imgenes menos contrastadasy son por ello menos sensibles y ms difciles de interpretar (brindan menos informacin). El uso derayos gamma solo se justifica en la inspeccin de materiales de muy alta densidad y/o espesoreselevado (industria metalrgica pesada).

Intensidad (o cantidad) de radiacinSe denomina as a la cantidad de energa que pasa por la unidad de rea (en direccin normal a la depropagacin) en la unida de tiempo (medida en Roentgen por segundo, por minuto o por hora).En un punto dado del espacio, la intensidad de radiacin proveniente de una fuente de rayos X dependedirectamente de la corriente del tubo (mA), mientras que en el caso de radiaciones gamma, depende dela actividad de la fuente.Esta magnitud tiene gran importancia para la determinacin de las dosis a las que estaran expuestas laspersonas en un lugar determinado, prximo a una fuente radiactiva (X o gamma).

5) Principios fsicos de inspeccin por rayos X y rayos gamma.

Ley de absorcin:Al pasar las radiaciones a travs de la materia existe siempre una parte que es absorbida. La parte delas radiaciones que es absorbida por una lmina de metal es proporcional al espesor de la misma y a unfactor denominado COEFICIENTE DE ABSORCION (quedepende del material) y de la longitud de onda de la radiacinusada.

Io I = I = - l . x Io Io

Donde: Io = intensidad de radiacin incidente;I = intensidad de radiacin que emerge luego de ser absorbida parcialmente;x = espesor de la lmina;l = coeficiente de absorcin lineal;(-) = indica que la intensidad disminuye a medida que atraviesa el metal.

dI / I = - l . dx ; integrando, queda:loge I = - l. x + c ; donde c = loge Io cuando x = 0loge I - loge Io = - l. x => I = Io . e - l.x .

FIGURA 5



denominada ley de absorcin de radiaciones por los metales y materia en general.En general, se suele usar el denominado: coeficiente de absorcin de masa: = l / , donde = densidad absoluta del material; luego:

I = Io . e - ..x

NOTA: la absorcin e- ..x no depende del estado fsico o qumico del material: la cantidad absorbidapor una cierta cantidad de agua es igual a lo absorbido por la misma cantidad de hielo o vapor.

Podemos concluir que la absorcin es funcin de:a) Espesor.b) Densidad del material.c) Coeficiente de absorcin de masa del mismo.

Esta ley de absorcin encuentra una importantsima aplicacin en el clculo del espesor mnimo de losblindajes de proteccin (plomo, hormign, acero, etc.) que deben usarse para proteger tanto aradilogos, a otros trabajadores y al pblico en general de la exposicin a las radiaciones ionizantes.

Adems debe tenerse en cuenta que el coeficiente de absorcin crece con el aumento de longitud deonda de la radiacin incidente sobre el material.Al considerar la formacin de la imagen, y en la operacin con rayos X, debemos tener en cuenta queel valor de la intensidad emergente se ve disminuido en los metales, por el efecto llamado DIFUSIN.

Aplicacin de la ley de absorcin al principio del mtodo de radiografa industrial:

Como ya se ha indicado, la deteccin dediscontinuidades por rayos X, se basa enla desigual absorcin de rayos. Veamoslas expresiones correspondientes de laley antes enunciada an funcin de lasdiscontinuidades de la figura:

I1 = Io . e - ..d

I2 = Io .(e - ..(d-b) + e - ..b)I3 = Io . e - ..(d-a)

I4 = Io . e - ..(d-e)

La deteccin de estas variaciones deintensidad del haz emergente de rayos Xse har mediante las variaciones en elennegrecimiento (o densidad) sufrido porla pelcula radiogrfica colocada debajodel objeto, que ser proporcional a laintensidad incidente sobre sta.

Mediante stas expresiones es evidente yfcil de entender que las fisuras que pudieran existir en la pieza sern tanto ms detectables y mejordetalladas cuanto ms paralelo sea el plano de las mismas con el haz de rayos X. En cambio, si unafisura es oblicua respecto de los rayos, ser poco probable su deteccin.

FIGURA 6



6) Caractersticas de los aparatos de rayos X.Cuando se especifica un equipo de rayos X es importante tener en cuenta los siguientes parmetros:a) Rango de kV (kilo voltaje) de tubo, y el KV mximo.b) Rango de mA (mili amperaje) de tubo y el mA mximo.c) Tamao del foco (ya veremos como esto afecta dramticamente la calidad de la imagen).d) El tipo de sistema de enfriamiento y el ciclo de trabajo.e) Portabilidad.

Ejemplo: Equipo de rayos X porttil, 160 kV; 10 mA, ciclo continuo con refrigeracin por agua; focode 3mm x 4mm.

Tambin es importante conocer el tipo de rectificacin y filtrado de la fuente de alta tensin, ya queafectarn al riple o rizado de la tensin de tubo. A menor riple, mayor calidad (y mejoruniformidad) de rayo para un mismo KV.

7) Principios geomtricos de formacin de imagen.Para obtener imgenes ntidas y prximas a las formas y tamao del objeto:a) Foco puntual o lo ms aproximado posible.b) Foco lo ms alejado posible del objeto.

(stas dos primeras condiciones son con el fin de evitar la formacin de penumbra alrededor de laimagen del objeto).

c) Pelcula (o film) lo ms cercana posible al objeto.d) Los rayos deben ser lo ms perpendiculares posibles a la pelcula.e) El plano del objeto y de la pelcula deben ser lo ms paralelos posibles.

(stas condiciones son a fin de evitar la deformacin de la imagen).

Definimos DFP a la distancia focopelcula; DFO a la distancia focoobjeto; DOP a la distanciaobjetopelcula.

Efectos de la posicin y el tamao del foco: Una fuente perfectamente puntual (caso A de la figura 7)dara una imagen (sombra) ntida, con sus bordes muy claramente definidos. Pero las fuentes reales noson puntuales, sino que tienen un tamao finito debido fundamentalmente al lmite impuesto prr latemperatura de fusin del nodo que requiere de una superficie mnima que permita la disipacin delcalor (casos B y C) por lo que la imagen obtenida presentar cierto grado de borrosidad en los bordes,o penumbra radiogrfica, que diluye el contrate en los bordes, empeorando la definicin.Comparando los casos (B) y (C) de la figura siguiente, se puede comprender fcilmente los beneficiosque se obtienen respecto de la reduccin de las penumbras (y por ende sobre la mejora de la definicin)al aumentar la DFO, a igualdad de DFP.

El caso (D) muestra el beneficio respecto de la reduccin de las penumbras debido a una disminucinde la DOP, con una DFO similar a la del caso (B). Los casos (E) y (F) muestran las posiblesdistorsiones en la imagen debidas a la falta de perpendicularidad de los rayos incidentes y a la malaalineacin de la pelcula respecto del objeto, respectivamente.



Notacin: L = foco - O = objeto - C = pelcula.

Los espesores de penumbra mximos admitidos se especifican en las normas o procedimientosaplicables y se debe efectuar la exposicin con distancias DOP y DFO adecuadas, segn al tamao delfoco del equipo usado. La determinacin de la DFO mnima se hace por semejanza de tringulos, delsiguiente modo:

FIGURA 7

FIGURA 8



AB = D-d = f . => Ug = (f.d) / (D-d) ; CD d Ug

donde: f = dimensin del foco (si es rectangular => f es la diagonal).d = DOPD = DFPUg = borrosidad o espesor de penumbra.

Ley de variacin de la intensidad de radiacin con las distancias

Esto se debe a que la energa que atraviesa la pieza P1 es igual ala que atraviesa a P2 pero su intensidad es menor.

Sabemos que la accin de los rayos X sobre la pelcula depende de la energa que llega a cada unidadde rea del film. Luego, la cantidad de radiacin que llega al film es funcin de los siguientes factores:

a) DFP.b) Factores inherentes al metal inspeccionado (tipo, densidad. espesor, discontinuidades, etc.).c) Difusin de rayos X.d) Radiacin usada.

Efecto de la radiacin sobre la pelcula:El ennegrecimiento de la pelcula ser proporcional a la cantidad de radiacin recibida durante laexposicin. Dijimos que el poder de penetracin de los rayos X depende solo del kilovoltaje empleadoen el tubo. Por su parte, la cantidad de rayos X emitidos desde el foco que llegarn a la pelcula luegode atravesar la materia depende de la CORRIENTE DEL TUBO y del TIEMPO que dure lairradiacin. La variacin de la corriente no modifica del poder de penetracin de los rayos.

Cantidad de rayos X = I . T ;donde: I = intensidad de rayos X, proporcional al mili Amperaje a travs del tubo; T = tiempo.

Una vez fijado el kilovoltage adecuado (para el material y espesor dados), se calcula la corriente y eltiempo necesarios usando el parmetro llamado EXPOSICIN, que es el producto de la intensidadde radiacin por el tiempo. Para los rayos X es el producto de la corriente por el tiempo de exposicin:

Exposicin = k.M.T ;donde: : k = cte. De proporcionalidad; M = mili amperaje de tubo; T = tiempo.

Por ejemplo:E1 = 8 mA x 10 min = 80mA.minE2 = 4 mA x 20 min = 80mA.minE3 = 2 mA x 40 min = 80mA.min

I1 D22--- = ---I2 D12

La intensidad o cantidad de radiacin en unpunto del espacio es inversamenteproporcional al cuadrado de la distancia.

FIGURA 9



Vemos que E1 = E2 = E3. El efecto fotoqumico que se producir sobre la pelcula ser en los trescasos idntico, ya que la exposicin es la misma.

Nota: en el caso de los rayos gamma, la exposicin es el producto de la actividad de la fuente por eltiempo de exposicin. Se mide, por ejemplo, en Curie por minuto.

Ley de reciprocidad: M1.T1 = M2.T2 = M3.T3 ; de donde se desprende que:

M1/M2 = T2/T1.

Ley de compensacin de la exposicin por variacin de la distancia:Al variar la DFP, la exposicin necesaria para producir sobre lapelcula el mismo efecto fotoqimico ser directamenteproporcional al cuadrado de la variacin de la distancia. Esto es:

Ejemplo:Supongamos que un film, a una DFP=D1 recibe, para producir un determinado efecto fotoqumico(oscurecimiento o densidad), una exposicin E1=M1.T1. Supongamos ahora el mismo tipo de pelcula auna distancia D2 del foco. Para conseguir el mismo efecto fotoqumico; cul ser el valor de laexposicin E2?.Sean, por ejemplo: D1 = 50cm ; E1 = 10 mA.min ; D2 = 100 cm ; E2 = ?

Aplicando la ley anterior: E2 = 10mA.min.(1002/502) = 40 mA.min

Se define el llamado FACTOR DE EXPOSICIN:

Este factor de exposicin es una cantidad que combina el mili amperaje de un tubo de rayos X, con eltiempo de exposicin y la distancia foco-pelcula. Para un mismo equipo, a igualdad de factor deexposicin se obtendrn sobre un mismo tipo de pelcula efectos fotoqumicos iguales. Sin embargo,recordemos que en funcin de los principios geomtricos de la formacin de la imagen radiogrfica, laDFP tiene efectos notables sobre la nitidez y los contrastes de la imagen, siendo preferible utilizardistancias tan grandes como sea posible. Para mantener el factor de exposicin, ser necesario entoncesincrementar la corriente de tubo y/o el tiempo de exposicin a medida que se incremente la distancia.

En la prctica, este factor de exposicin es de gran utilidad, ya que las aplicaciones suelen especificarseen trminos de kilovoltaje (que determina la longitud de onda de los rayos y por lo tanto su capacidadde penetracin) y factor de exposicin. Luego, se deber multiplicar el factor de exposicinespecificado por el cuadrado de la distancia foco-pelcula empleada y obtener as, por ejemplo losmiliampere-minuto (exposicin) requeridos.

Diagramas de exposicin:Al colocarse un objeto entre foco y pelcula, la energa que llega a la pelcula sufrir dos efectos:ABSORCIN y DIFUSIN por el material interpuesto. En la prctica es difcil determinar estosvalores, por lo que no se usan ecuaciones de absorcin, sino que para cada material se preparan

M1-xT1 E1 D12---------- = ------ = ------M2xT2 E2 D22

E1 E2------ o ------D12 D22

FIGURA 10



diagramas, bacos o tablas de EXPOSICIN propias del aparato, el material y la pelcula a emplear,para una densidad (ennegrecimiento) de imagen dada.

ATENCIN: Los diagramas de exposicindados por los fabricantes de pelculas solosirven en una primera aproximacin en ladeterminacin de la exposicin. Lasperformances de equipos similares, de igualmarca y modelo puede diferir notablemente,dependiendo de las tolerancias de fabricacin eincluso del uso y desgaste que hayan tenido susrespectivos los tubos. Por esto, el operadordeber trazar sus propios diagramas.

Estos bacos se preparan para una DFP y unmontaje de pelcula determinados (ver uso depantallas reforzadoras). Si no es posible hacerla exposicin a esa distancia, como ya hemosdiscutido anteriormente, se debe determinar lanueva exposicin a travs del Factor deExposicin (M.I/DFP2).

Ejemplo: Clculo de la exposicin.Se debe inspeccionar por rayos X la soldadurade una pieza de acero 5 mm de espesor. Lapelcula a emplear responde al diagrama deexposicin de la figura 11. El equipo de rayosX disponible admite tensiones de tubo de 50 a 200 kV y la corriente de tubo es fija, de 5 mA.Se pide: Elegir una tensin de tubo adecuada y determinar la exposicin necesaria en miliamperes porminuto (mA.min), si se utiliza la DFP = 1m. Adems, Cunto tiempo de exposicin se requerir?

Para obtener un buen contraste se suele elegir la mnima tensin de tubo posible, de acuerdo al materialy el espesor de la pieza, siempre que el tiempo de exposicin no resulte excesivo => 100kV por ser elmnimo disponible en el diagrama.Para 100 kV y 5mm de espesor se requiere una exposicin de E1 = M1.T1 = 20 mA.min. Pero la DFP autilizar es de 1 m y no de 0,7m como indica el diagrama. Luego:

E2 = E1.(D22/ D12) = 20 mA.min.[(1m)2/(0,7m)2] = 40,8mA.min.

Como M2 = 5mA (valor fijo del equipo), T = E2/M2 = 40,8mA.min / 5mA = 8 minutos.

8) PELCULAS RADIOGRFICASLas pelculas se utilizan como medio deregistro puesto que sus emulsiones sonsensibles a la cantidad de radiacinelectromagntica incidente sobre ellas,dentro de un amplio rango dentro delespectro electromagntico.

Pelcula: Structurix D7 Pantalla anteior. Pb 0,1 mmMat: acero Pantalla posterior. Pb 0,1 mmDensidad: 2 Proceso: G-135 30C - 8 min.DFP: 70 cm.

FIGURA 11

FIGURA 12



La pelcula radiogrfica es bsicamente un material de base flexible de polister que es muy durable,no absorbe el agua ni los productos qumicos usados para el revelado, es dimensionalmente estable, seseca con facilidad y es ignfugo. Esta base est recubierta por una delgadsima capa consistente en unaemulsin que contiene cristales o granos sensibles a la radiacin (generalmente bromuro de plata)distribuidos uniformemente sobre toda la superficie. La mayora de las pelculas estn recubiertas sobreambas caras (requieren menor exposicin), aunque pueden obtenerse pelculas con emulsin sobre unasola cara (brindan imgenes con mayores detalles).

Existen en el mercado diferentes tipos o clases de pelculas, caracterizadas por su sensibilidad (ovelocidad) y resolucin, segn las aplicaciones para las cuales se las deba usar. La velocidad de unapelcula indica la cantidad de radiacin que una pelcula debe recibir para producir un ennegrecimientodado. En general, esta velocidad es inversamente proporcional al tamao de grano de la pelcula. Perola resolucin y a la relacin seal/ruido del film son inversamente proporcionales a su velocidad (y altamao de grano).

Los fabricantes (tales como Agfa, Kodak, Fuji y otros) brindan toda la informacin relacionada con laseleccin, uso, exposicin requerida y proceso de revelado; por lo que no daremos aqu detalles alrespecto.

9) Parmetros de la calidad de las imgenes radiogrficasLa calidad de una radiografa se evala a travs de tres parmetros: DENSIDAD, DEFINICIN YCONTRASTE (suponiendo que no presente ningn tipo de deterioros obvios, tales como manchas,ralladuras, quemaduras, etc).

Densidad: La medida del ennegrecimiento de una emulsin fotogrfica expuesta a la radiacin,revelada y fijada se mide en unidades de densidad fotogrfica por transmisin, o densidad ptica osimplemente densidad. Esta magnitud se evalatravs del concepto de la siguiente expresin:

D = log10 (L0 / Lt); donde: D = densidad,L0 = intensidad de luz (visible) incidente sobre el film,Lt = intensidad de luz (visible) transmitida a travs delfilm.

A mayor luz visible que atraviese la radiografa, menorser su densidad ptica (imagen ms transparente). Porel contrario, mayor ennegrecimiento provocado por laexposicin a la radiacin, mayor densidad de lapelcula. Este parmetro es de gran importancia para latcnica radiogrfica y se ha encontrado que una buena radiografa debe presentar una densidadcomprendida entre 2 y 3 en el rea de inters de la imagen, aunque las normas o procedimientosparticulares a aplicar en cada ensayo podrn especificar valores diferentes.

FIGURA 13

FIGURA 14



La forma ms usual para la medicin de la densidad consiste en el uso de densitmetros electrnicos,que mediante clulas fotoelctricas miden las intensidades de la luz incidente y transmitida y calculanautomticamente el valor de la densidad de la imagen en los puntos deseadas.Si la densidad obtenida es insuficiente, se deber incrementar laexposicin, y viceversa. Para calcular la correccin se utilizanlas curvas caractersticas o sensitomtricas dadas por losfabricantes de las pelculas.

Ejemplo: Supongamos que se ha realizado una radiografausando una pelcula Z (fig. 15) con una exposicin de E1 = 12mA.min; la imagen obtenida presenta en la zona de mayorinters una densidad de D1 = 0,8 (demasiado clara). Se deseaincrementar la densidad en dicha zona a D2 = 2 con el fin deincrementar el contaste. Entrando al grfico con las densidadesconocida y deseada, leemos los correspondientes valores dellogaritmo de exposicin relativos. La nueva exposicin E2 seobtiene a travs de la expresin:

E2 = E1 x antlog10(logrel2-logrel1) =>E2 = 12mA.min x antlog10(1,62-1) = 50 mA.min

Definicin:Se denomina as a la nitidez que presentan los contornos de laimagen radiogrfica. La falta de nitidez se corrige incrementando la DFP y reduciendo la DOP, con elfin de minimizar el espesor de penumbra o borrosidad geomtrica (Ug).

Contraste:El contraste es una medida de la diferencia entre las densidades de dos zonas vecinas de unaradiografa (debido obviamente a que recibieron diferentes cantidades de radiacin).

La pelcula tiene una importante influencia sobre el contraste. Observando las curvas caractersticas(Fig. 15) se deduce que a mayor pendiente de la curva, mayor es el contraste que permite la pelcula.Por ejemplo, en una pieza con dos espesores diferentes (que implica diferentes exposiciones encorrespondencia con cada regin de la pieza), una mayor pendiente dar una mayor diferencia de lasdensidades correspondientes en la pelcula.

El contraste es influenciado tambin por la calidad de las radiaciones empleadas. Una radiacin delongitud de onda muy corta atravesar fcilmente el material y la cantidad de radiacin incidente sobreel film ser relativamente alta sobre toda su superficie, proporcionando contrastes pobres. Si sepretende un alto contraste (mayor diferenciacin) se deben emplear radiaciones con la mayor longitudde onda (menor energa de radiacin) que sea compatible con el poder de penetracin requerido encada caso.Las imgenes ms contrastadas se obtienen con rayos X generados con el menor kilovoltaje posible. Enel otro extremo, las fuentes de rayos gamma de cobalto o cesio dan los contrastes ms pobres.

Adems, el contraste se ve influenciado por las RADIACIONES SECUNDARIAS (por difusin ,etc.) que deben ser eliminadas en la medida de las posibilidades. La principal fuente de dichasradiaciones secundarias es la propia pieza a inspeccionar. Todos los materiales, adems de absorber ytransmitir las radiaciones X y gamma, tienen la propiedad de dispersar radiaciones (de menorintensidad y longitud de onda mayor).

FIGURA 15



a) Difusin por transmisin: aumenta con el espesor de la pieza yel nmero atmico del material.

b) Difusin por reflexin: Incide sobre el film por su cara frontal.Crece con la DOP.

c) Difusin por retroceso: Tras chocar contra otras superficiesregresan para incidir sobre la cara trasera del film. Se muevenen sentido apuesto al haz incidente sobre la pieza.

Estas radiaciones secundarias no pueden evitarse. Sin embargo sedispone de recursos para minimizar sus efectos perjudiciales sobrelos contrastes. Como puede advertirse, la difusin por reflexinpodr minimizarse mediante un cuidadoso montaje de la pelcula,tan cerca del objeto como sea posible.

Para reducir el efecto de las restantes radiaciones difusas seutilizan los filtros o las pantallas intensificadoras de contraste.Suelen usarse delgadas lminas de plomo de 0,01 a 0,1 mm de espesor (u otros metales, tales comoacero o cobre) que se colocan en contacto directo con las pelculas, ya sea detrs de las mismas o aambos lados. Estas, por un lado, actan como filtros absorbiendo las radiaciones difusas que son demayor longitud de onda que las directas y que por incidir con ngulos oblicuos respecto de la pelculadebern atravesar un mayor recorrido a travs de la pantalla, sufriendo una mayor absorcin. Por otrolado, las pantallas producen un efecto de intensificacin de contrastes ya que cuando la radiacinincide sobre ellas, arrancan electrones del metal que provocan un efecto fotogrfico suplementariosobre las emulsiones sensibles de la pelcula.As, estas delgadas lminas cumplen la doble funcin de intensificar la radiacin generadora de laimagen que incide sobre el film, y de filtrar las radiaciones secundarias que de otra manera llegaran aincidir sobre la emulsin de la pelcula.

Existe otro tipo de pantallas intensificadores (muy poco usados) hechas de cristales de sales qumicasque por fluorescencia emiten luz visible al ser bombardeadas con rayos X; es decir, convierten losrayos X en fotones dentro del espectro de los rayos ultravioleta que incide sobre la emulsin del filmsuplementando a la radiacin X original. Sin embargo estas pantallas introducen ruido y distorsionan laimagen proporcionando imgenes radiogrficas de inferior calidad. Solo se usan en aquellos casos enque la velocidad de la exposicin es crtica y ms importante que la calidad de la imagen.

Enmascaramiento: Es otro recurso usado para mejorar los contrastes. Su finalidad es reducir lasemisiones provenientes de la pieza. Consisten en revestir ciertas partes de la pieza que no se deseaninspeccionar mediante el uso de materiales altamente absorbentes. Por ejemplo, rellenado de huecos degrandes dimensiones con granallas de plomo.

Evaluacin de la calidad de la imagen:Las dos fotos siguientes son las radiografas de una misma pieza obtenidas bajo diferentes condiciones.

FIGURA 16



La primera de ellas presenta mayores contraste, pero una definicin muy pobre. En cambio la segunda,de menor contraste brinda una mucho mejor definicin. Para obtener las mejores calidades de imagenser necesario elegir correctamente la pelcula, las pantallas, el kilovoltaje, las distancias (DFP, DFO,DOP), y la exposicin, que en conjunto permitan optimizar los resultados. No es un trabajo sencillo ysuelen ser necesarias varias pruebas y reajustes antes de lograr un resultado satisfactorio. Para ayudaral operador en esta tarea existen elementos normalizados llamados Penetrmetros (o indicadores decalidad de imagen).

Los penetrmetros consisten en formas geomtricas simples (alambres, escalerillas, placas conorificios, etc.) y estn fabricados de un material similar al del objeto a inspeccionar. Su finalidad es laintroducir en la radiografa la presencia de discontinuidades ficticias. El tamao de estas formas sedetermina en funcin del espesor del objeto a radiografiar y eventualmente con el tamao de lasdiscontinuidades que se pretenden detectar. Al efectuarse la exposicin del objeto bajo estudio, lospenetrmetros se colocan de tal manera que aparezcan junto a la imagen de la pieza en la zona ainspeccionar. La presencia de imgenes ntidas de los penetrmetros en la radiografa ser unaevidencia indeleble de que la tcnica radiogrfica se ha realizado en condiciones adecuadas para losfines buscados.

Estos elementos se utilizan para determinar la sensibilidad radiogrfica (o simplementesensibilidad) de una radiografa que es una magnitud representativa del menor detalle que puede servisto en una radiografa; expresada como porcentaje del espesor de la pieza en la zona de inters. Unvalor adecuado para a mayora de las normas deber ser de menos de un 2%. La sensibilidadradiogrfica depende del efecto combinado de dos factores independientes entre si y que ya hemosexplicado ms arriba: el contraste (o sea, la diferencia de densidad ptica entre un detalle pequeo y suentorno) y la definicin (forma de transicin entre las distintas densidades en la imagen).

Sensibilidad ---> S = {(espesor del menor penetrmetro visible)/(espesor de la pieza)}.100%

Algunos tipos de penetrmetros usados en la industria:

ASTM E 142-68

DIN 54.109



10) El procesado de la pelcula:Luego de la exposicin la pelcula debe ser procesada para obtener la radiografa final. El procesadopuede ser automtico (en mquinas procesadoras) o manual. La eleccin de un sistema u otrodepender de la produccin diaria de pelculas. En ambos casos se siguen los mismos pasos, siendo eltiempo de cada uno de ellos de vital importancia para un correcto resultado. La temperatura influyenotablemente sobre estos tiempos. Los pasos del proceso son:1) Revelado (en revelador lquido bsico).2) Detenido, para neutralizar al revelador (en solucin acuosa de cido actico al 3%).3) Fijado (en fijador cido).4) Lavado para eliminar el fijador cido, que deteriorara rpidamente la radiografa (en agua).5) Humectado en agua jabonosa (solo en revelado manual, para evitar chorreaduras).6) Secado.

11) Detalles sobre la manipulacin de la pelcula:La pelcula es sensible al luz, por lo que su manipulacin debe realizarse en cuarto oscuro, donde lanica iluminacin admisible es la provista por las denominadas lmparas de seguridad, de bajapotencia (15W) y con filtros de color rojo-marrn.

No lo hemos mencionado anteriormente, pero es evidente que las pelculas deben protegerse de todaexposicin a la luz y a las radiaciones ionizantes durante todo el tiempo que se las tenga almacenadas ydurante el manipuleo previo a la exposicin y al revelado.

Las pelculas destinadas a la exposicin se sacan de su envase y se colocan junto alas pantallas dentrode fundas especiales denominadas chasis, de color negro y diseadas para evitar cualquier ingresoaccidental de la luz y solo se las saca de all luego de la exposicin en el instante previo al revelado.Todo este manipuleo de carga y descarga de las pelculas en los chasis debe ser rigurosamenterealizado en cuarto oscuro.

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Bibliografa:

De la edicin original:- Curso de Ensaios Nao-Destutivos dos Metais Setembro/Outubro 1966 Eng. P. G. De Paula

Leite.- Non destructive Testing Handbook R. C. Manchester.- Classroom Training Handbook General Dynamics, Convair Division (CT-6-6).

De la presente reedicin:- Ley Nacional de Higiene y Seguridad en el Trabajo - N 19.587 y su decreto reglamentario N 351

ms disposiciones complementarias Editorial Ghaem 1993.- AC 43-3; Nondestructive Testing in Aircraft DOT FAA May 1973.- AC 43.13-1B; DOT FAA - Sep. 98.- T.O.33B-1-1; Nondestructive Inspection Methods USAF Chg.3 (MAR-2000).- Radiography in Modern Industry 4th Edition Eastman Kodak Company 1980.- Manual de Radiografa Industrial Nivel 1 INTI mayo de 2006.- Radiografa Industial AGFA Gevaert NV 1989.