Ensayo de UltrasonidoObjetivo: Poder entender la importancia de
los ensayos de ultrasonidos en el estudio de materiales y asimismo
ser capaz de poder calibrar un equipo de ultrasonido, siendo as el
uso de este ensayo de ultrasonido para la inspeccin de materiales:
control dimensional, presencia de defectos, etc.Introduccin:
Este mtodo se basa en la medicin de la propagacin del sonido en
el medio que constituye la pieza a analizar y tiene aplicacin en
todo tipo de materiales.
Sus distintas tcnicas permiten su uso en dos campos de ensayos
no destructivos: Control de calidad y Mantenimiento preventivo,
siendo en esta ltima especialidad muy utilizados en la aeronutica
por su precisin para determinar pequeas fisuras de fatiga en, por
ejemplo, trenes de aterrizaje, largueros principales, blocks de
motores, bielas, etc. La manifestacin de estas y otro tipo de
fallas es la interpretacin, generalmente en un osciloscopio, lo
cual lo distingue de otros mtodos, ya que no nos presenta un cuadro
directo de las fallas, como en el caso de las pelculas
radiogrficas. Esto trae aparejado que los resultados de este ensayo
no constituyan de por si un documento objetivo sino una informacin
subjetiva, cuya fidelidad no puede comprobarse sin recurrir, a
menudo, a otros medios. Por lo tanto requiere un conocimiento
profundo, tanto de las bases del mtodo como del dominio de la
tcnica, por parte del operador.
Fundamento Terico:GENERACION DE ULTRASONIDOExisten numerosos
medios de produccin de ondas ultrasnicas, aprovechando diversos
fenmenos fsicos, algunos de los cuales sirven para los END,
dependiendo de la frecuencia requerida y del rendimiento a obtener.
El concepto bsico es el de la conversin de pulsos elctricos a
vibraciones mecnicas y el retorno de vibraciones mecnicas a energa
elctrica.Estos mtodos se pueden dividir en:Procedimientos
mecnicosEn principio son los mismos que los que se emplean para
generar sonido audible. Son dispositivos capaces de oscilar que se
construyen de tal manera que posean una frecuencia propia
correspondientemente alta. Este procedimiento no se utiliza en la
rama de ensayos no destructivos.Efecto magnetoestrictivoConsiste en
aprovechar la propiedad que tiene algunos materiales ferro
magnticos (especialmente el Nquel, adems del acero) de contraerse o
expandirse en determinada direccin cuando estn sometidos a la
influencia de campos magnticos en condiciones especiales. Este
efecto es reciproco, lo que permite a su vez emisin y recepcin de
la ondas ultrasnicas.
Esquema de generacin por mtodo magnetoestrictivo.
Efecto piezoelctrico
Este efecto es aprovechado casi universalmente para el ensayo no
destructivo de materiales. Los elementos utilizados son,
bsicamente, una pieza de material polarizado (en cierta parte las
molculas es encuentran cargadas positivamente mientras que en otra
parte las molculas se encuentran cargadas negativamente) con
electrodos adheridos a dos de sus caras opuestas. Cuando un campo
elctrico es aplicado a lo largo del material las molculas
polarizadas se alinearn con el campo resultando un dipolo inducido
en la estructura cristalina. Esta alineacin de las molculas causar
un cambio dimensional, llamado electrostriccin. A su vez puede
darse la accin opuesta, es decir, producir un campo elctrico cuando
cambian de dimensin.Entre los materiales ms conocidos en la
utilizacin de cristales para los transductores se encuentran los
siguientes:Cuarzo: Fue el primer material utilizado. Tiene
caractersticas muy estables en frecuencia, sin embargo es pobre en
la generacin de energa acstica y, comnmente, reemplazado por
materiales las eficientes.Sulfato de Litio: Es muy eficiente como
receptor de energa acstica, pero es muy frgil, soluble en agua y su
uso es limitado a temperaturas debajo de los 75 C.Cermicas
sintetizadas: Producen generadores de energa acstica ms eficientes
pero tienen tendencia a desgastarse.Generalmente el espesor del
elemento activo (cristal) utilizado es determinado por la
frecuencia de utilizacin del transductor. Cuanto ms altas son las
frecuencias requeridas, ms delgados sern los cristales
utilizados.El mtodo de generacin de ultrasonido permite alcanzar
frecuencias de hasta 25Megaciclos por segundo (25MHz).
Esquema de elementos piezoelctricos.
PALPADORES CARACTERISTICAS DEL PALPADOREl cabezal es una parte
muy importante del instrumento de ultrasonido. Como se coment
anteriormente, es el que contiene el elemento piezoelctrico que
convierte la seal elctrica en vibraciones mecnicas (Emisin) y las
vibraciones mecnicas en energa elctrica (Recepcin). Algunos
factores, como la construccin mecnica y elctrica, afectan el
comportamiento del cabezal. La construccin mecnica incluye
parmetros como la superficie de radiacin, el amortiguamiento
propio, el encapsulado, el conexionado, entre otros. Tipos:a.
incidencia normal.b. incidencia angular. Palpadores con:1. un solo
cristal emisor y receptor.2. doble cristal, uno emisor y otro
receptor.3. mltiples cristales para aplicaciones especiales.
BLOQUE PATRON:Los bloques patrn son los dispositivos de longitud
materializada ms precisa que existe y es, adems, donde inicia la
diseminacin de la unidad de longitud hasta sus ltimas consecuencias
(producto final). Desde su invencin hasta nuestros das, los bloques
patrn han evolucionado en sus caractersticas de diseo y construccin
e inclusive deben cumplir con la norma internacional ISO 3650. Los
requerimientos de los Bloques Patrn de Longitud (BPL) son:
Exactitud dimensional y geomtrica (longitud, paralelismo y
planitud). Capacidad de adherencia con otros bloques patrn (acabado
superficial). Estabilidad dimensional a travs del tiempo.
Resistencia al desgaste. Coeficiente de expansin trmica cercano a
los metales comunes. Resistencia a la corrosin.Sirve para aplicar
el mtodo de ultrasonido para determinar ciertas caractersticas de
los materiales tales como: Velocidad de propagacin de ondas. Tamao
de grano en metales. Presencia de discontinuidades (grietas, poros,
laminaciones, etc.) Adhesin entre materiales. Inspeccin de
soldaduras. Medicin de espesores de pared.Como puede observarse,
con el mtodo de ultrasonido es posible obtener una evaluacin de la
condicin interna del material en cuestin. Sin embargo, el mtodo de
ultrasonido es ms complejo en prctica y en teora, lo cual demanda
personal calificado para su aplicacin e interpretacin de
indicaciones o resultados de prueba
ACOPLAMIENTO:Un acoplador es un material que sirve como un medio
para la transmisin de las ondas sonoras. Por lo general, el gel
acoplante es una forma de agua basado en la sustancia, o una pasta
compuesta de aceites o productos qumicos tales como grasa. Se
coloca en contacto fsico con un transductor que recibe las seales
de audio en el aire y, a continuacin coberteras en impulsos
elctricos para la transmisin.Para que la cantidad de sonido que se
transmite entre dos medios a travs de una superficie lmite sea lo
mayor posible, la diferencia de sus impedancias acsticas debe de
ser muy pequea como indica el coeficiente de transmisin T. Si
aplicamos directamente el palpador sobre la pieza, existir un mal
contacto fsico entre sus superficies como consecuencia de sus
rugosidades y tendremos aire entre ambas superficies. Como la
impedancia acstica del aire es muy pequea en comparacin con la del
metal y del cristal piezoelctrico, el coeficiente de transmisin T
ser muy pequeo, lo que nos indica que no existir continuidad
acstica entre pieza y palpador. Por este motivo se hace necesario
emplear una sustancia acoplante, que siempre tendr una impedancia
mayor que la del aire. El acoplamiento acstico debe de ser
uniforme, existiendo en todo momento un espesor acoplante entre
palpador y pieza. Si presionamos excesivamente el palpador, podemos
producir la rotura de la pelcula y el acoplamiento acstico ser
defectuoso.Para que esto sea posible los acoplantes debern ser
siempre sustancias lquidas de una cierta viscosidad, que garantice
la resistencia y tenacidad de la pelcula y con propiedades
lubricantes. Asimismo, el acoplante debe ser homogneo y estar libre
de partculas slidas y burbujas, no debe alterar al metal base y
debe ser fcilmente eliminable. Los acoplantes ms empleados son los
siguientes: aceite lubricante (SAE 20 SAE 30), glicerina, benceno,
pastas acoplantes (cola celulsica), siliconas, soluciones jabonosas
o agua con aditivos humectantes.
Materiales y Equipo a Utilizar: Equipo Ultrasonido Palpadores:
de incidencia normal y angular. Acoplante Regla Bloque patrn
Procedimiento: Primeramente observamos que la mquina de
ultrasonido este correctamente calibrada. Ponemos acoplante en la
zona donde se colocara el palpador. Colocamos el palpador en el
bloque patrn y as observamos en la mquina de ultrasonido los picos
que se forman dependiendo el defecto que tendr el bloque patrn la
maquina nos mostrara donde exactamente se encuentran los
defectos.
Resultados:
Palpador de incidencia normal (90)Velocidad para el acero: 5920
m/s1ra lectura: 45.4mm2da lectura: 14.9mm
En donde el defecto seria encontrado a una distancia vertical de
45.4 mm en la 1ra lectura y a 14.9mm en la 2da lectura de
determinado punto donde se coloc el palpador.
Palpador de incidencia angular (35)Velocidad para el acero: 3230
m/sRango de la cuadricula del equipo d ultrasonido: 200mm
1ra lectura: 100 mmEn donde el defecto seria encontrado a una
distancia horizontal de 81.92 mm y a una distancia vertical de 57
mm de determinado punto donde se coloc el palpador.
Conclusiones:
En este ensayo se logr captar un mayor conocimiento acerca del
uso, los componentes, la calibracin de ensayo por ultrasonido;
adems que el ultrasonido tambin puede determinar el espesor,
extensin y grado de corrosin de un material. Con los conocimientos
obtenidos en este experimento podemos decir que el ultrasonido es
un tipo de ensayo que tiene un gran campo de aplicacin como en la
industria para el control de calidad de los materiales.
Cuestionario:Cul es la norma para este tipo de ensayo? Peruanas
o extranjeros.Segn Norma D.I.N. 54120.
Qu tipo de palpadores hay?Existen dos tipos principales de
palpadores los cuales son de incidencia normal e incidencia
angular.Cmo influye la temperatura en el ensayo?Al elevarse la
temperatura existe dilatacin y esto puede originar que se originen
falsos defectos.Qu indicaciones del defecto nos da este tipo de
ensayo? Cmo se determina la forma y tamao de las
discontinuidades?Gracias a este ensayo podemos determinar la
posicin, tamao y la forma del defecto en el material y para
determinar las discontinuidades se muestra en la mquina de
ultrasonido la cual a travs de las ondas nos mostrara la ubicacin
del defecto.Qu limitaciones tiene este tipo de ensayo?En este
ensayo no se puede determinar la profundidad a la que se encuentra
localizado el defecto de la pieza. Es necesaria una exacta
alineacin entre el emisor y el receptorDonde se aplicara este tipo
de ensayo: Medicin de espesor de pared Deteccin de disminucin de
espesor de pared por efecto de corrosin / erosin interna. Inspeccin
en marcha de sistemas de tuberas y recipientes a presin, incluye
elaboracin de isomtricos de control, clculos de tasa de corrosin y
estimacin de vida remanente. Evaluacin de soldaduras y deteccin de
discontinuidades.En el mantenimiento predictivo es aplicado este
tipo de ensayo?Lacaptacin de ultrasonidoses una tcnica
demantenimiento predictivopara la deteccin de fallos que pueden
pasar desapercibidos si slo utilizamos otras tcnicas.
Existen numerosos fenmenos que van acompaados de emisin acstica
por encima de las frecuencias del rango audible. Las caractersticas
de estos fenmenos ultrasnicos hacen posible la utilizacin
dedetectores de ultrasonidosen infinidad de aplicaciones
industriales dentro del mantenimiento:
Deteccin de fugas de fluidos en conducciones, sistemas de aire
comprimido, vlvulas, etc. Verificacin de purgadores de vapor.
Inspeccin mecnica de rodamientos, reductoras, comprobaciones de
alineacin, etc. Control y ayuda a la correcta lubricacin. Deteccin
de fallos en mquinas alternativas como inspeccin de vlvulas e
impactos en componentes acoplados. Inspecciones elctricas en
armarios elctricos, transformadores, subestaciones, aisladores,
lneas de alta tensin, etc. para el control de descargas elctricas
en corona, tracking y arco. Ensayos de estanqueidad en vehculos,
barcos, trenes, 'salas limpias', autoclaves, etc. Verificacin del
funcionamiento de vlvulas hidrulicas y neumticas. Comprobacin del
fenmeno de la cavitaci
