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Contacto Practico Ultrasonido: Caracterizacin de defectos y
falsas indicaciones. Por: Jim Houf Versin en espaol por: Ricardo
Carbajal Z. En este artculo se describen los defectos mas comunes
encontrados en la inspecciones de soldadura mediante Haz angular
UT, junto con ejemplos de la posiciones del transductor y la seal
resultante en la pantalla que a su vez esta relacionadas con
aquellos defectos que se iran mencionando. Indicaciones falsas
comunes y los medios de su determinacin tambin se discuten. Usando
una correcta terminologa Los siguientes trminos se usan
frecuentemente para la comprensin mutua, pero a veces es usado
incorrectamente para describir las seales de ensayo por
ultrasonido. Indicaciones Relevantes / No- Relevantes Una seal en
la pantalla del equipo UT que resulta de un sonido que es
reflejado, por un reflector interno dentro de la parte que esta
siendo inspeccionada o causado por una condicin fsica como puede
ser la geometra se denomina indicacin. Una indicacin relevante es
creado por un reflector fsico . Una indicacin no-relevante es
causada por una parte geomtrica o una condicin fsica que no sea
verdadera de una discontinuidad o defecto. Discontinuidad Una
discontinuidad es cualquier material extrao en la parte
inspeccionada ( escorias, porosidad, etc.) o una interrupcin no
deseada en el material de soldadura o en el material base, tal como
una grieta, penetracin incompleta o la fusin incompleta. Si el tipo
de discontinuidad y tamao estn dentro de los lmites aceptables
dentro de los criterios que rigen en los documentos ,estas pueden
aceptadas. Pequeas cantidades de escoria o porosidad pueden ser
aceptables dependiendo de su tamao. Sin embargo, ciertos tipos de
discontinuidad (grietas, penetracin incompleta o falta de fusin)
son amenudo rechazable independientemente de su tamao.
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Defecto Una discontinuidad que es rechazable es un defecto. Para
determinar que una discontinuidad es de hecho un defecto de acuerdo
con los criterios de gobierno de un cdigo o especificacin de
gobierno, el operador de UT debe primero conocer el tipo de
discontinuidad que ha causado la indicacin, precisando la
localizacin de este con respecto a una referencia conocida en un
punto de la soldadura, y determinando as su tamao. Fisura Las
grietas son generalmente de tipo lineal y irregular o dentado. En
indicaciones normales, la amortiguacin en el transductor hace que
el lado derecho de la seal para caiga rpidamente. Sin embargo,
debido a que una grieta es irregular, se dan mltiples retornos como
resultado, y ello causa que la seal de pantalla sea mucho ms amplia
de este modo se produce una indicacin distintiva en la pantalla del
equipo UT haciendo una referencia como la de una "torre de la
iglesia. (Fig. 1)
Figura 1. La forma dentada de las fisuras da como resultado en
la pantalla una seal mas amplia.
Otra manera efectiva de determinar que una indicacin es una
grieta, est en la forma en que una indicacin de tipo grieta
"camina" cruzando la pantalla (Fig. 2). A medida que el haz de
sonido comienza a moverse a travs de la grieta, el haz de
propagacin inherente aplicado en el borde delantero del cono de
sonido reflejara el sonido mucho antes que la seal sea maximizada.
Esto causa una seal de amplitud corta o baja que aparece en el
extremo mas alejado derecho de la pantalla (seal A). A medida que
el transductor se acerca mas a la grieta, el haz de sonido se
refleja con una seal de mayor altura que va en aumento r y haciendo
que la seal tipo torre se mueva hacia el lado izquierdo de la
pantalla por lo cual la trayectoria del sonido es ms corta.
(Trayectoria del sonido)
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Cuando la lnea central del haz de sonido, alcanza la base de la
grieta, la fuerza del sonido es ms grande y la seal es por lo
general la fuerza mxima (seal B). Como la lnea central esta libre
de la grieta y se va al borde de la pieza , movindose ms all de la
grieta, la altura de la seal cae y la seal tipo torre se mueve
hacia la izquierda de la pantalla hasta que desaparezca (seal C).
En efecto, vemos una seal corta y ancha que crece en altura a
medida que se mueve hacia la izquierda y luego disminuye en altura
hasta que desaparece. Si la anchura (eje x) de la pantalla del
equipo UT est configurado con la distancia completa de salto, la
seal de la grieta debera estar apareciendo justo a la derecha en un
punto medio y luego dejndose caer fuera de la pantalla cerca del
cuarto de punto de la pantalla entre el impulso inicial (main bang)
y la superficie de exploracin (Fig. 2). Si la grieta se inicia
desde el superficie de exploracin, la seal debera caminar desde el
extremo mas derecho de la pantalla y dejarse caer justo a la
derecha del punto medio. Estos son generalizaciones y la ubicacin
exacta depender del espesor del material y variara debido a los
diferentes trayectos del sonido. Debido a esto, es posible que el
operador pueda pasar por alto una grieta poco profunda de lado
ubicado en la primera pierna, por estar ser esta seal proveniente
de una exploracin muy cercana a la superficie de exploracin y
siendo parte del impulso inicial (main bang).
(Trayectoria del sonido)
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Penetracin Incompleta Una de penetracin incompleta (IP) tiende a
tener un comportamiento como el de una seal de fisura., la travesa
es de derecha a izquierda en la pantalla; incrementndose y
disminuyendo la altura de la seal. Sin embargo, debido a que la IP
es generalmente de lado liso (sin fusionar el borde de la ranura)
en lugar de dentado como una grieta, el ancho de la seal en la
pantalla es generalmente mucho mas estrecha que el de una seal de
grieta. Un problema que se produce con frecuencia es desde que la
IP est en la raz de la soldadura, la seal de la pantalla puede no
haber sido totalmente maximizado cuando el transductor golpea cerca
al borde de la corona de la soldadura. En materiales ms delgados,
es probable que se produzca este problema . Explorando desde ambos
lados de la soldadura puede no coger esta configuracin. Si la seal
continua incrementndose de altura hasta que el transductor golpee
la corona de soldadura, puede ser que la seal que no ha alcanzado
su tamao rechazable , sea efectivamente rechazable. Si esto ocurre,
un pequeo transductor puede ser lo necesario para conseguir
acercarse a obtener una seal mxima. El no hacerlo puede causar que
un operador acepte o rechace un defecto. Falta de Fusin en la Pared
(Sidewall Lack of Fusion) (Sidewall Lack of Fusion) (LOF) es un
defecto particularmente duro de detectar. Comnmente los ngulos de
bisel en la juntas soldadas, no suelen complementarse con lo ngulos
usados para los ensayos por ultrasonido. Como resultado la
orientacin de la pared lateral sin fusionar de la soldadura, no
puede devolver una amplitud de seal suficientemente grande para ser
rechazable. Adicionalmente un LFO puede no mostrarse del todo en la
primera pierna cuando la soldadura es explorada del lado donde el
defecto es localizado, o podra mostrarse como una indicacin
aceptable, por ello sera necesario un cambio de zapata o cua
angular y explorar nuevamente el rea para determinar si el LFO esta
presente.
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Escorias Durante el proceso de soldadura, el polvo granular del
flux es fundido para proveer los gases de proteccin para el arco de
soldadura, luego de ello se tienen residuos los cuales enfran,
estos slidos forman una sustancia semejante al vidrio llamado
escoria que puede estar atrapado en la soldadura creando una
inclusin de escoria. El indicio en general puede ser visto como una
forma irregular esta as es una inclusin de escoria. Debido al haz
de sonido en forma de cono que golpea a la forma irregular dek de
la escoria en varios puntos a la vez, la seal tendera a darnos una
presentacin con mltiples picos ( Fig. 3). A medida que el
transductor se mueve hacia adelante, la lnea central del haz golpea
los diversos contornos con ms fuerza, causando la altura o amplitud
de cada seal aumente para luego disminuir a medida que el haz de
sonido atraviesa cada punto de reflexin. Como resultado, los
mltiples picos de la seal van a subir y bajar o moverse ligeramente
hacia la derecha o izquierda como la exploracin progrese. Esta seal
con mltiples picos alternando entre arriba y abajo es tpico de
inclusiones de escoria. Los picos alternantes se pueden demostrar
de manera efectiva al detener el transductor cuando una seal de
mltiples picos es maximizado, mediante la angulacin del transductor
de ida y vuelta en el lado y posicin que nos resulte con la
caracterstica mencionada.
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Porosidad La porosidad en soldadura es formada de manera similar
a la escoria, cuando el gas es atrapado en la soldadura que ha
enfriado y no permitido escapar estos pequeos cmulos de gas a la
superficie de soldadura. Sin embargo, en lugar de tener solidos lo
que estaremos teniendo son formas irregulares, poros que usualmente
son gases que estn rellenando un espacio y son de forma redondeada.
Reflectores Una superficie plana al haz de sonido perpendicular
reflejar una gran cantidad de sonido resultante mediante una seal
muy alta en la pantalla. Un agujero de lado (side-drilled) es un
reflector de lnea, reflejando el sonido de la circunferencia slo
cuando el haz de sonido golpee el agujero perpendicular a la
circunferencia con una longitud igual a la profundidad del agujero.
Como resultado, la seal de un agujero de lado es ms pequeo en eje
de amplitud de la pantalla (altura) frente a un reflector plano. Un
reflector redondeado, tal como un poro de gas, es puntual y el
sonido se refleja desde tan solo un nico punto en el que el haz de
sonido golpea al agujero perpendicular a la circunferencia. Debido
a que un poro no tiene una longitud apreciable y el dimetro es por
lo general un porcentaje muy pequeo del rea de seccin transversal
del haz de sonido, la seal procedente de un poro devuelve una muy
pequea cantidad de sonido, lo que resulta en una muy discreta seal
de pantalla a menudo de baja amplitud. El efecto del haz de sonido
se viene reflejando a partir de esa forma circular como seal en la
pantalla para los distintas porosidades caractersticas. Cuando el
haz de sonido golpea primero un poro circular, lo hace con una
ligera inclinacin, haciendo que el sonido se refleje a una
distancia alejada del transductor (Fig. 4a).
Borde delantero del haz de sonido
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A medida que la lnea central del haz de sonido golpee el poro
directamente, el sonido se refleja de nuevo hacia el transductor (.
Fig. 4b). Sin embargo, como la lnea central pasa sobre el poro, el
sonido de la parte inferior del cono de sonido es de nuevo
reflejada una distancia alejada del transductor (. figura 4c).
El resultado general es una sola seal estrecha, afilada seal que
aparece en la pantalla en una sola ubicacin y luego desaparece
inmediatamente. Hay algunas excepciones a esto; si el poro es
grande o est cerca de la superficie de examinacin, la seal puede
moverse ligeramente hacia la izquierda, por lo general 1 a 2
cuadriculas, antes de desaparecer.
Lnea central del haz de sonido
Borde detrs (posterior) del haz de sonido
Las Figuras 4. Resultados en pantalla de las posiciones
relativas del haz de sonido referentes a un poro a) Bode delantero,
b) Lnea central, c) Borde detrs (posterior) del contacto del haz de
sonido frente a un poro.
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Una vez ms, donde el poro es una puntual fuente de reflexin, la
seal se maximiza, el operador dar cuenta de un ligero movimiento
del transductor hacia adelante o hacia atrs, o oscilara el
transductor ligeramente hacia la derecha o hacia la izquierda,
causando que la seal desaparezca. En el caso de la porosidad
anidada o poros cercanamente alineados, la pantalla puede demostrar
varias seales muy juntas que puede ser confundido con inclusiones
de escoria. Sin embargo, a menudo es posible aislar las seales
individuales, las cuales mostrarn las trazas apretadas o estrechas
y la ubicacin de cada seal en un punto, sin significativos
movimientos laterales , caso que generalmente no se da con seales
de una inclusin de escoria. Indicaciones No relevantes y Falsas
Indicaciones Como se mencion anteriormente, las indicaciones no
relevantes son los que no afectarn el servicio del componente o son
creados por una geometra u otra caractersticas fsicas. Algunos de
las indicaciones mas comunes en esta categora son aquellas dadas
por la barra de respaldo, la conversin de modo y las seales
procedentes de fuentes externas de la soldadura. Barras de respaldo
Las barras de respaldo se utilizan comnmente en las soldaduras a
tope en acero estructural. su propsito es para proporcionar una
superficie debajo de la ranura de soldadura en el que poner la
primera cuenta o pase de raz de la soldadura. Una unin soldada a
tope respaldada adecuadamente dar lugar a la penetracin completa
entre las paredes laterales de la soldadura y la barra de respaldo.
Como resultado, el haz de sonido puede entrar en la barra de
respaldo a travs de esta unin de soldadura, rebotando en torno la
barra de respaldo reflejndose desde una de las esquinas para luego
regresar de nuevo al transductor. La figura 5a muestra esta
configuracin de junta y cmo el haz de sonido puede reflejarse de
vuelta de una esquina. La seal reflectora de la barra de respaldo
se mostrara solo un poco dentro de la segunda pierna y puede ser
identificado errneamente como una discontinuidad en una pared
lateral del cordn debido a la aparente ubicacin de la seal que se
muestra en la pantalla (Fig. 5b).
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conversin de modo
Modo Convertido (Mode Conversion). El modo convertido resulta
cuando la reflexin de una onda de corte que proviene de la
superficie causa que la onda se convierta en una onda longitudinal.
Esto ocurre generalmente con la soladura de respaldo cuando la onda
de corte golpea con el espacio creado por la pobre unin que se ha
dado con la barra de respaldo, convirtindose as en una onda
longitudinal que viaja hasta la cara (corona) de la soldadura (Fig.
6). Luego la onda Longitudinal retorna entonces a la raz
convirtindose de nuevo en una onda cortante y retornando al
transductor. Debido a que la velocidad de la onda Longitudinal es
aproximadamente el doble que la de una onda de corte, la seal
resultante aparecer a medio mitad de camino fuera pero en la
segunda pierna. La cara (corona) de soldadura es un buen reflector
y la seal es muy fuerte, a menudo superior a 100 por ciento de la
altura de la pantalla completa. La localizacin y tamao de las
seales de Modo Convertido son fcilmente identificables como tipo de
falsa indicacin.
Figura 5. Soldadura de acero estructural con respaldo (a) Haz de
sonido ingresando en la barra de respaldo a travs de la junta de
soldadura y (b) el resultado de la seal.
Figura 6. Ilustracin de (a ) Conversin de modo resultado cuando
una onda de corte alcanza un espacio causado por una pobre unin con
la barra de respaldo (b) el resultado de la seal.
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conversin de modo
En primer lugar, la altura de la seal es extremadamente fuerte
para que una discontinuidad este ubicada en esta ubicacin
aparente.. En segundo lugar, si la ruta de sonido se calcula
correctamente, el operador puede ver que la ubicacin esta aparente
est fuera de la soldadura en la zona afectada por el calor. Cuando
esto ocurra humecte la cara (corona) de la soldadura donde
aparentemente la amortiguacin con la superficie ha ocurrido y el
sonido se ha convertido . El Modo Convertido como tal, tambin puede
ocurrir en la raz abierta de soldaduras de tuberas y en soldaduras
de tipo doble V en planchas soldadas si la raz o el lado opuesto
lateral de la cara (corona) de soldadura es de una forma que lo
permitira. Reflectores extraos De vez en cuando, las seales de
pantalla aparecen donde no debera estar lgicamente. Un ejemplo
puede ser como las que se muestran en las conexiones viga-columna.
Si una cartela ha sido soldada entre la brida de columna para
llevar la carga estructural a travs de la columna y la placa que
estn alineados con la parte superior e inferior de las alas de la
viga, las soldaduras de filete en la cartela puede reflejar el
sonido de vuelta al transductor tal se como muestra en las
posiciones del transductor A y B en la figura. 7. Estas seales
pueden ser confusas porque parecen estar fuera de la zona de
soldadura. cuando esto ocurre, es necesario inspeccionar
visualmente la parte para ver si una parte o la soldadura pueden
estar causando estas seal de errnea.
Figura 7. Conexiones Viga Columna (Beam Column) son fuente de
extraos reflectores en posiciones como A y B e indicaciones no
relevantes como el transductor ubicado en la posicin C.
Ala de columna
Ala de viga
Alma Agujero
Cartela
Cartela soldada a
filete
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Otra indicacin no relevante que podra ocurrir en las conexiones
viga-columna, es si se han hecho agujeros al alma para permitir el
acceso a todo la anchura del ala de la viga. Esta seal generalmente
aparece fuerte en la primera pierna, cuando el transductor est
cerca del centro de la viga (incluye el alma), pero esta demasiado
lejos de la soldadura para ser una indicacin relevante, posicin C
del transductor en la figura. 7. Si esto ocurre, el operador debe
humedecer con acoplante a lo largo de los bordes del agujero para
confirmar que la seal viene del agujero mismo. Cabe sealar que la
discontinuidades descritas y mencionadas en este artculo son de
carcter general, dentro de la naturaleza de las discontinuidades
reales dados en soldaduras de produccin pueden variar dependiendo
ngulo de cua, el espesor del material, la configuracin de la
soldadura y el tamao de la discontinuidad. Sin embargo, si los
operadores estn familiarizados conlas presentaciones generales
dadas en la pantalla para diferentes tipos de discontinuidades,
ellos estarn mejor entrenados para categorizar defectos de
soldadura e identificar correctamente falsas indicaciones que seran
costosas, si una mala identificacin los nombra como defectos. Por:
Jim Houf Manager of ASNTs Technical Services Department and
administer all ASNT certification programas De la revista The NDT
Technicican publicada por ASNT Versin en espaol por: Ricardo
Carbajal Z. Para personal de Welding Tech Consulting S.A.C. y
miembros
