US PFR

Ultrasonido

Cumple con las siguientes normas:

SNT-TC-1A ANSI / ASNT CP-189 y NAS 410

1.- Introducción al Ultrasonido, ventajas y limitaciones

2.- Ultrasonido básico, velocidad, frecuencia y longitud de onda

3.- Generación del ultrasonido

4.- Transductores

5.- Modos de onda

6.- Variables involucradas en la técnica del ultrasonido

7.- Operación básica del equipo de ultrasonido

Temas a tratar

Ultrasonido

Rangos de sonido

Rango de Frecuencia Hz Descripcion Ejemplo

0 - 20 Infrasound Earth quake

20 - 20.000 Audible sound Speech, music

> 20.000 Ultrasound Bat, Quartz crystal

Ultrasonido

Es un pasaje de energía mecánica en forma de ondas, con

una frecuencia entre 20Khz y 25 Mhz

Características: .- Velocidad de Propagación

.- Longitud de Onda

.- Modos de Onda

.- Impedancia Acústica

.- Reflexión

.- Refracción

.- Difracción

Ondas Ultrasónicas

Las ondas ultrasónicas son caracterizadas por vibraciones mecánicas periódicas

representadas por “movimientos ondulatorios”(ondas sinodales).

De este movimiento ondulatorio debe mencionarse que cuenta con varias

características de importancia tales como:

1. Ciclo

2. Longitud de onda

3. Frecuencia

4. Velocidad

Ondas Ultrasónicas

1. Ciclo: Es la repetición completa del movimiento de onda. Puede definirse

como también como “la repetición completa del movimiento de la partícula”.

2. Longitud de Onda: Se puede definir como “la

distancia requerida para completar un ciclo”, o “la

distancia desde un punto dado en un ciclo al

mismo punto en el siguiente ciclo “. Se define

como ʎ (lambda).

3. Frecuencia: Se define como el

numero total de ciclos que pasan por

un punto por unidad de tiempo,

normalmente segundo. Se identifica

con la letra “f”. En ultrasonido se

maneja en unidad “Hertz” (Hz)

Donde: 1 Hertz = 1 ciclo/segundo

Ondas Ultrasónicas

Velocidad (c)

Velocidad (c)

ondadelongitud

f

c

(Hz) frecuencia f

(m/s) sonido del velocidad c

(m) onda de longitudλ

4. Velocidad:

Ondas Ultrasónicas

Son ondas mecánicas de alta frecuencia (0,2 -25 MHz)...

Todo material (sólido: metal, polímero, cerámico, compuesto; líquido) con

propiedades elásticas, capaces de retraer las partículas a su posición de

reposo, pueden ser sede de la propagación de ondas sónicas y de U.S.

En los metales, que poseen una estructura cristalina las partículas

elementales pueden ser perturbadas de modo que describan oscilaciones

con trayectorias diversas.

Propagación

de la onda Excitación

Oscilación

Cuerpo sólido

líquido o gaseoso

ONDA = PROPAGACION DE UNA OSCILACION

•El sonido depende del coeficiente elástico del material

•Onda y propagación paralelos = ONDA LONGITUDINAL

•Onda y propagación perpendiculares = ONDA TRANSVERSAL

Ondas Ultrasónicas

Ondas Ultrasónicas

gas liquid solid

• low density

• weak bonding forces

• medium density

• medium bonding forces

• high density

• strong bonding forces

• crystallographic structure

Ventajas del Ultrasonido

• Elevada sensibilidad ( λ/ 2) y mayor exactitud en la

determinación de la posición de disc internas, tamaño,

orientación forma y profundidad

• Gran poder de penetración, lo cual le permite inspeccionar

grandes espesores.(metros de metal)

• Gran exactitud, para determinar la posición, tamaño y forma de

las discontinuidades.

• Sólo se requiere una superficie de acceso (en la mayoría de los

casos), eso simplifica el proceso de inspección.

• Su interpretación es inmediata.

• No existe ningún riesgo en su aplicación.

• Los equipos utilizados son portátiles, y con gran autonomía.

.

Limitaciones del Ultrasonido

Naturaleza del material (impedancia acústica)

Tipo de estructura interna (tamaño de grano, fases).

Condición de la superficie. se hace difícil en superficies demasiado

rugosas, irregulares, muy pequeñas y delgadas

Mayor conocimiento y entrenamiento del personal.

La inspección manual requiere mucha atención y concentración

Requiere de un patrón de referencia para calibrar como para

caracterizar la discontinuidad

Falta de un documento objetivo de su ejecución. (hoy en día se

puede registra a través de una computadora

Interpretación relativa, alto costo del equipo y accesorios.

Se requiere gran conocimiento para establecer correctamente los

criterios y procesos de inspección

.

Ultrasonido Breve Historia

• Primer uso importante por Langevin durante la primera Guerra mundial (1914-

1918) para detectar submarinos

• Pierce’s emplea un interferómetro ultrasónico que operaba con cuarzo en

1925.

• Los trabajos de Sokolov desarrollados en la detección de Defectos en

metales, 1929.

• En 1931 Mulhauser patento un método de prueba ultrasónico, y cuatro años

depués Sokolov publicaba resultados al desarrollar un instrumento practico,

algo limitado. Este equipo apareció al mercado después de la segunda guerra

siendo producido en masa por Messr Acec Charleoi, Bélgica con el nombre

ultrasonel.

• Al mismo tiempo Firestone, America y Sproule, Uk, introdujeron detectores de

falla pulso-eco, con mayor versatilidad.

Ultrasonido Principio Físico

Se basa en la ....

PROPAGACION

REFLEXION REFRACCION

Propagación

el U.S. viaja en línea recta con velocidad constante (Vs)

en un determinado medio...

D = Vs x t

Vacero: 5 900m/s

medición de velocidad (caracterización de material), calibración (pantalla) con espesor conocido,

determinación de la profundidad de discontinuidad ó espesor de material.

Probe

Flaw

Reflexión

Probe

Flaw

*cuando el U.S. encuentra una interfase entre dos

medios distintos, se refleja...

*El requisito principal es, que los medios

tengan diferente impedancia acústica...

Reflexión Probe

Probe

Probe

• de esta interfase es deseable pero no siempre se ubica a 90

grados de la dirección del haz o que su ingreso sea a 0 grados...

* “felizmente” las fisuras, poros e inclusiones tienen

forma irregular....

Refracción

...el cambio de medio , origina un modo

de conversión en las ondas de U.S.

Tipos de Ondas

• Todo material con propiedades elásticas puede ser sede de ondas

sónicas y ultrasónicas.

• Estas aparecen al aplicar perturbaciones a las partículas elementales.

• Las fuerzas elásticas las traerían a sus posiciones de equilibrio.

• Estas perturbaciones se trasmiten con dirección y velocidad constante.

• Cuando el material es un metal (posee estructura cristalina) las partículas

pueden ser perturbadas describiendo trayectorias diversas, originando:

1. ONDAS LONGITUDINALES

2. ONDAS TRANSVERSALES

3. ONDAS SUPERFICIALES

4. ONDAS LAMB

Direction of oscillation Direccion de Propagacion

Longitudinal wave

Ondas Longitudinales

Dirección de oscilación paralela a la de propagación

ES LA MAS SIMPLE Y FACIL DE SER PRODUCIDA. En los líquidos y gases es posible la

propagación de este tipo de ondas mecánicas.

delamination plate

Ondas Longitudinales

...Usada para la detección de

laminaciones, discontinuidades y

medición de espesores

• Llamadas también ondas de compresión.

• Mayormente usadas en la inspección de materiales

• Se caracteriza por que los desplazamientos de partículas son paralelas a la

propagación de las ondas.

• Crean zonas de compresión y dilatación (Rarefacción).

• Se propagan fácilmente en sólidos, líquidos y gases.

Direccion de Propagacion Transverse wave

Direction of oscillation

Ondas Transversales

Se verifican cuando la onda ultrasónica penetra el material con un cierto ángulo

respecto a la superficie.

Solo se propaga en materiales sólidos.

Ondas Transversales

s

Work piece with welding

Dirección de oscilación perpendicular a la

de propagación

uso: Inspección de soldaduras

• Conocidas como ondas de corte.

• Usadas también en la inspección de materiales.

• El movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de las

ondas.

• No se pueden formar por colisiones elásticas de las partículas atómicas, se requiere

que las partículas tenga fuerza de atracción con las partículas vecinas.

• Su velocidad es 50% de la velocidad de las ondas longitudinales.

• No se pueden formar en líquidos y gases.

Ondas Superficiales

Igual que las transversales, pero en este caso se propaga exclusivamente por la

superficie del material . Se generan cuando se alcanza el 2do ángulo critico de

refracción.

Profundidad de penetración es igual a λ .

Uso: Detección de discontinuidades superficiales

…usada para la detección de discontinuidades dentro

de la profundidad efectiva de la superficie accesible…

Selección de la Frecuencia A medida que la frecuencia crece, la longitud de onda decrece, lo cual nos

permite detectar indicaciones menores o mejorar la exactitud en la medición

de espesores. A medida que la frecuencia decrece, la longitud de onda crece,

lo cual nos permite una mayor penetración en materiales muy gruesos o

atenuantes. Otros factores como el campo cercano, divergencia del haz y

diámetro del haz afectarán también la selección de la frecuencia a utilizar.

Las técnicas comunes de ultrasonido convencional, como el pulso/eco por

contacto en aceros de grano fino generalmente utilizan para dicha

inspección frecuencias entre 2.25 Mhz y 5.0 Mhz. Los aceros de mediano

contenido de carbono son generalmente inspeccionados con frecuencias

entre 1.0 Mhz y 5.0 Mhz. Los aceros de alto carbono o altamente aleados

pueden requerir de frecuencias en el rango de 0.5 Mhz a 1.0 Mhz para su

inspección. Los plásticos y cerámicos muy delgados utilizan frecuencias de

20.0 Mhz o mayor para su inspección.

Como regla general la longitud de onda deberá ser el doble de la indicación

más pequeña que se desea detectar.

Conociendo el decibel

El decibel (dB) es una unidad de comparación, como por ejemplo

entre dos intensidades, dos niveles de potencia o ganancia, o si se

quiere ver en forma gráfica en la pantalla de un osciloscopio, entre

dos amplitudes de onda.

Su fórmula es: dB = 20 Log10 (A2 / A1)

dB = 20 Log10 (Intensidad dada / intensidad de referencia)

Si yo tengo un amplificador de 50 w, y un amigo mio se compra uno

de 100 w. ¿Cuántos dB de diferencia tiene éste con el mío?

dB = 20 Log10 (100 / 50) 20 Log (2) 20 x 0.3010299957 6

Según esto, el amplificador de mi amigo tiene 6 dB más que el mío, o

lo que es lo mismo, le duplica la potencia.

Comprendiendo el decibel Veamos que relación hay con los siguientes valores, si partimos de

100 como valor de referencia y vamos duplicando la cifra cada vez:

1.- 200 20 Log (200/100) 6 dB

2.- 400 20 Log (400/100) 12 dB

3.- 800 20 Log (800/100) 18 dB

4.- 1,600 20 Log (1,600/100) 24 dB

Entonces podemos deducir que cada vez que se duplica el valor (la

potencia, la amplitud o la ganancia), hay un incremento de 6 db.

dB Ratio

0.0 1.00 : 1

0.5 1.06 : 1

1.0 1.12 : 1

2.0 1.26 : 1

3.0 1.41 : 1

4.0 1.58 : 1

5.0 1.78 : 1

6.0 2.00 : 1

dB Ratio

7.0 2.24 : 1

8.0 2.51 : 1

9.0 2.82 : 1

10.0 3.16 : 1

11.0 3.55 : 1

12.0 3.98 : 1

13.0 4.47 : 1

14.0 5.01 : 1

Tabla de

Decibeles

Utilizando el decibel Si se desea conocer el ratio, dado un valor en decibeles, puede

utilizar la fórmula siguiente:

Ratio de Amplitud = antilogaritmo (dB / 20), o más claramente:

Ratio de Amplitud = 10(dB / 20)

¿Cuál será el ratio, es decir, cuanta ganancia he incrementado, si he

aumentado en 17 dB mi valor inicial?

Ratio = 10 (17 / 20) 10 0.85 7.08

Si incrementamos la ganancia en 17 dB, entonces hemos

multiplicado por 7 la potencia aplicada.

Un Ciclo

Am

plitu

d

Un Segundo

Ondas

Este es el gráfico de una onda de dos ciclos por segundo

Longitud de Onda () (Wavelength)

(mm) ----------------- Velocidad (Km/seg)

Frecuencia (Mhz)

V / F V x F F V /

La indicación mínima detectable es /2, por lo tanto: (V / F) / 2

El conocimiento de la longitud de onda nos sirve para saber el tamaño

mínimo de una indicación que necesitemos detectar, como datos, debemos

tener: la velocidad del ultrasonido en el material en particular, y la frecuencia

del transductor que vamos a utilizar.

Longitud de Onda

en relación con el

Tamaño de la Indicación

Indicación

Longitud de Onda

en relación con el

Tamaño de la Indicación

Indicación

Velocidad longitudinal en el acero: 5.89 Km/seg

Velocidad Transversal del acero: 3.24 Km/seg

Frecuencias a utilizar: 1, 2.25, 5 y 10 Mhz

= 5.89 / 1.00 =>

= 5.89 / 2.25 =>

= 5.89 / 5.00 =>

= 5.89 / 10.0 =>

= 3.24 / 1.00 =>

= 3.24 / 2.25 =>

= 3.24 / 5.00 =>

= 3.24 / 10.0 =>

Por convención, la mínima indicación detectable es de /2

Sin embargo es posible detectar indicaciones menores

Pregunta: ¿con que tipo de onda podemos detectar indicaciones de menor tamaño?

Velocidad longitudinal en el acero: 5.89 Km/seg

Velocidad Transversal del acero: 3.24 Km/seg

Frecuencias a utilizar: 1, 2.25, 5 y 10 Mhz

= 5.89 / 1.00 => 5.89 mm

= 5.89 / 2.25 => 2.62 mm

= 5.89 / 5.00 => 1.18 mm

= 5.89 / 10.0 => 0.59 mm

= 3.24 / 1.00 => 3.24 mm

= 3.24 / 2.25 => 1.44 mm

= 3.24 / 5.00 => 0.65 mm

= 3.24 / 10.0 => 0.32 mm

Por convención, la mínima indicación detectable es de /2

Sin embargo es posible detectar indicaciones menores

Pregunta: ¿con que tipo de onda podemos detectar indicaciones de menor tamaño?

Velocidad de Propagación

Comportamiento del Sonido en los

Materiales

El sonido puede reflejarse, penetrar, refractar o difractar cuando toca una

interfase acústica (la refracción y la difracción se discuten en secciones

posteriores

El grado de reflexión depende de:

- Principalmente del estado físico de los materiales: sólido/gas, sólido/liquido,

sólido/sólido. Por tanto una fisura en metales produce reflexiones mas fuertes

que las inclusiones.

-Segundo, de las propiedades físicas de

los materiales.

Impedancia Acústica

Impedancia Acústica (Z):

Es la resistencia que oponen los materiales a la propagación de las ondas de

sonido y/o ultrasonido, es el producto de la densidad del material por la velocidad

longitudinal de propagación en un medio determinado.

Interfase:

Es el límite entre dos medios con diferente Z; por ejemplo entre el aire y el agua,

entre la zapata de acrílico y el material a examinar, entre el material a examinar y

una inclusión de otro material etc.

Reflexión:

Cada vez que un haz sónico choca con una interfase (pasa de un medio a otro con

distintas Z), una parte de su energía es reflejada en un ángulo igual al ángulo de

incidencia (aI = aR) de forma similar al reflejo de un rayo de luz sobre una

superficie lisa.


IMPEDANCIA ACUSTICA

Z = ρ . V

ρ = densidad

V = velocidad de propagación

• La Impedancia acústica es la oposición que las partículas individuales del

material ofrece a ser desplazadas por el sonido.

• La Impedancia Acústica = Velocidad x Densidad ( Z = V x ρ)

• Mas grande la diferencia de impedancia acústica, mas grande el porcentaje de

reflexión.

R y T = f (Z1 y Z2)

Coeficientes Reflexión y Refracción

Reflexión:

Este porcentaje de energía reflejada se calcula por la siguiente fórmula:

% ER = ((Z2 – Z1) / (Z2 + Z1)) 2 x 100

Y por consiguiente, si conocemos el % de Energía Reflejada, podremos

fácilmente calcular el porcentaje de la Energía Transmitida.


Haz Incidente Haz Reflejado

Lucita

Z1 = 3.16

Aluminio

Z2 = 17.06

% ER = ((Z2 – Z1) / (Z2 + Z1)) 2 x 100

% ER = ((17.06 – 3.16) / (17.06 + 3.16)) 2 x 100

% ER = ((13.9) / (20.22)) 2 x 100 (0.687)2 x 100

% ER = 47.25% 100% 47.25%

aI ar

52.75%


T = 2Z2 X 100%

Z2 + Z1

Trasmisión

ER = Z2 - Z1 X 100%

Z2 + Z1

Reflexión


... más que el concepto, interesa el

desequilibrio de impedancias...



Ultrasonido

Transductores

PULSO - ECO

Transductores

TIPO DUAL

Transductores

TIPO DUAL

Transductores TRANSDUCTORES ANGULARES CON ZAPATAS

Transductores DELAY LINE

Transductores

Transductores

Tangente de a = -----------------------

Fórmulas Trigonométricas Elementales

A C

B

b

c a

Cateto adyacente

Cate

to o

pu

esto

a

Seno de a = ------------------------

Cateto adyacente

Hipotenusa

Coseno de a = -----------------------

Cateto opuesto

Hipotenusa

Cateto opuesto

Cateto adyacente Angulo Sen Cos Tan

0º 0 1 0

30º 0.5000 0.8660 0.5774

45º 0.7071 0.7071 1.0000

60º 0.8660 0.5000 1.7321

70º 0.9397 0.3420 2.7475

80º 0.9848 0.1737 5.6713

90º 1 0 infinito

a = tan a x b

b = a / tan a

c =

c = (tan a x b)2 + (a / tan a)2

a2 + b2

Fórmulas Trigonométricas Elementales

Fórmulas para la calculadora

A C

B

b

c a

Cateto adyacente

Cate

to o

pu

esto

a

Seno de a = -------------------------- Hipotenusa

Cateto opuesto

Coseno de a = ------------------------- Cateto adyacente Hipotenusa

Tangente de a = ----------------------- Cateto opuesto

Cateto adyacente

a = tan a x b

b = a / tan a

c = a2 + b2

a = Arcsen (a / c)

a = Arcos (b / c)

a = Arctan (a / b)

ángulo sen cos tg ctg sec csc

00 0 1 0 1

300

2

450

1 1

600

2

900 1 0 0 1

Funciones Trigonométricas de

Ángulos Notables

HAZ ULTRASONICO

HAZ ULTRASONICO

HAZ ULTRASONICO

HAZ ULTRASONICO

HAZ ULTRASONICO

Campo Cercano-Near Field

Diametro2 x Frecuencia

N = -------------------------------

4 x Velocidad

N: en mm

D: en mm

F: en Mhz

V: en Km/seg

Transductor

Campo Cercano (N)

(Zona de Fresnell)

Campo Lejano

(Zona de Fraunhoffer)

Campo Cercano-Near Field


N = -------------------------------

4 x Velocidad

Transductor

Campo Cercano (N)

(Zona de Fresnell)

Campo Lejano

(Zona de Fraunhoffer)

N: en mm

D: 1” y 1/2”

F: 2.25 Mhz

V: 5.89 Km/seg

1” = 25.4 mm

N = ((25.4 x 1)2 x 2.25) / (4 x 5.89) 61.61 mm

N = ((25.4 x 1/2)2 x 2.25) / (4 x 5.89) 15.40 mm

Fórmula para la calculadora

NOTA: ingresamos la medida

del transductor en pulgadas,

ya que le estamos aplicando

un factor de conversión a mm

dentro de la fórmula.

N = (( 25.4 x D”)^2 x F) / (4 x V)

Campo Cercano-Near Field Diametro2 x Frecuencia

N = -------------------------------

4 x Velocidad

Variando el Diámetro

D: 1/4” , 1/2” y 1”

F: 5 Mhz

V: 5.89 Km/seg

1” = 25.4 mm

N = ((25.4 x 1/4)2 x 5) / (4 x 5.89) 8.56 mm

N = ((25.4 x 1/2)2 x 5) / (4 x 5.89) 34.23 mm

N = ((25.4 x 1)2 x 5) / (4 x 5.89) 136.92 mm

N = ((25.4 x 1/2)2 x 1) / (4 x 5.89) 6.85 mm

N = ((25.4 x 1/2)2 x 5) / (4 x 5.89) 34.23 mm

N = ((25.4 x 1/2)2 x 10) / (4 x 5.89) 68.46 mm

Resolver N para los siguientes 6 casos:

Variando la Frecuencia

D: 1/2”

F: 1, 5 y 10 Mhz

V: 5.89 Km/seg

1” = 25.4 mm NOTA: ingresamos la medida





N = (( 25.4 x D”)^2 x F) / (4 x V)


Beam Spread para 0%

(ángulo de semidivergencia)

a = Arcoseno de ------------------------------------- 1.22 x velocidad (Km/seg)

Diametro (mm) x Frecuencia (Mhz)

a = Arcsen ((1.22 x V) / ((25.4 x D” ) x F))

a = Tan a x (Distancia – Campo Cercano)

a = Tan a x (E – N)

Diametro del cono del haz a “Distancia” = 2 x a + D







Este dato nos sirve para conocer

el diámetro del haz de ultrasonido

a una distancia determinada dentro

del material.

Distancia (E)

Angulo de semidivergencia

a

D

a

Transductor Campo Cercano

a

N

Beam Spread para 50%

(ángulo de semidivergencia)



a = Arcsen ((1.08 x V) / ((25.4 x D” ) x F))


a = Tan a x (Dist – N)

Diametro del cono del haz a “Distancia” = 2 x a + D







Este dato nos sirve para conocer

el diámetro del haz de ultrasonido

a una distancia determinada dentro

del material.

a

Distancia


a

a


D

N



D: 1/2”

F: 2.25 Mhz

V: 5.89 Km/seg

Dist: 150 mm

1” = 25.4 mm

a = Arcsen ((1.22 x 5.89) / ((25.4 x 1/2 ) x 2.25)) 14.5646º

a = Tan a x (Distancia – N)

a = Tan (14.5646) x (150 – 15.4) 34.97 mm

Diametro = 2 x 34.97 + 12.7 = 82.64






Se desea conocer el diámetro del

cono del haz de ultrasonido a una

distancia de 150 mm. con los

datos abajo dados.

Beam Spread para 0%

Distancia


a

a


a

D

N

N = 15.4033

a = Arcoseno de -------------------------------------

¿Cuál Transductor Produce el Haz más Ancho?

1.22 x velocidad (Km/seg)

Diámetro (mm) x Frecuencia (Mhz)

D: 1/4”

F: 5 Mhz

V: 5.89 Km/seg

E: 150 mm

a = Arcsen ((1.22 x V) / ((25.4 x D ) x F))

Diámetro = 2x(Tan a x (E - N)) + (25.4 x D)

D: 1/2”

F: 5 Mhz

V: 5.89 Km/seg

E: 150 mm

D: 1/2”

F: 2.25 Mhz

V: 5.89 Km/seg

E: 150 mm

D: 1”

F: 2.25 Mhz

V: 5.89 Km/seg

E: 150 mm

1” = 25.4 mm

N = 8.56

a = 13.081°

Diam.: 72.08 mm

N = 34.23

a = 6.498°

Diam.: 39.07 mm

N = 15.40

a = 14.565°

Diam.: 82.64 mm

N = 61.61

a = 7.223°

Diam.: 47.80 mm

La Longitud de Onda y su Relación

con otras Variables Ultrasónicas

A medida que la frecuencia aumenta:

1.- la longitud de onda disminuye

2.- la detectabilidad aumenta

4.- la penetración aumenta

5.- la divergencia del haz disminuye

Wavelength, Near Field, Beam Spread

D F Mhz

Mat.

Vel. /2 mm

Near

Field

Beam

Spread

Angle

Dist. mm

Beam

Diameter

mm(a)

0.5” 3.5 Copper Longitudinal

0.66 30.2 7° 13

0.75” 7.5 Steel

Shear

1.0” 0.5 Cast Iron Longitudinal

7

0.25” 5.0 Titanium

Shear

0.31 16 10

Resolver las ecuaciones necesarias para

obtener los datos de los espacios en blanco

mm

Formulario de Haz Recto (Straight Beam) 1

(mm) --------------- Velocidad (Km/seg)

Frecuencia (Mhz)

V / F

V x F

F V /

dB = 20 Log10 (A2 / A1) Ratio de Amplitud = 10 (dB / 20)


N = -------------------------------

4 x Velocidad

N: en mm D: en mm

F: en Mhz V: en Km/seg

N = (( 25.4 x D”)2 x F) / (4 x V)


NOTA: ingresamos la medida del transductor en

pulgadas, ya que le estamos aplicando un factor de

conversión a mm. dentro de la fórmula.

Near Field

Decibeles

Longitud de Onda

Formulario de Haz Recto (Straight Beam) 2

a = Arcoseno de ------------------------------------- K x velocidad (Km/seg)


K = 1.22 0%

K = 1.08 50%

K = 0.56 90%

Beam Spread, Diámetro del Cono del Haz Ultrasónico


a = Arcsen ((K x V) / ((25.4 x D” ) x F))

a = Tan a x (E – N)

Diametro del cono del haz a “E” 2 x a + D







Diámetro = 2a + D

Distancia (E)


a

D

a

Campo Cercano a

a

Diámetro = 2x(Tan a x (E - N)) + (25.4 x D) N

Ta

bla

s ú

tiles

Refracción en Segundo Medio

Conversión de Modo:

Cada vez que un haz sónico pasa por una interfase se produce un haz

secundario convertido. Por ejemplo de un haz longitudinal pasando por una

interfase, obtendremos un haz convertido de ondas transversales, además

del longitudinal.

Refracción:

Cuando un haz pasa de un medio menos denso a uno más denso (Z1 < Z2),

dicho haz se aleja de la normal.

Cuando un haz pasa de un medio más denso a uno menos denso (Z1 > Z2),

dicho haz se acerca a la normal.

Ley de Snell:

Esta ley de la refracción relaciona los ángulos incidente y refractado, con las

velocidades dentro de dos materiales con impedancias acústicas distintas, si

ambas son iguales los ángulos, incidente y refractado son iguales.


Haz Incidente (longitudinal)

Haz Reflejado

Haz Refractado (longitudinal)

Haz Convertido (transversal)

Medio X

Z1

Medio Y

Z2

Interfase aI ar


similar a la refracción de la luz...

...cuando un haz incide en una interfase en

un ángulo distinto a cero se produce

refracción de dicho haz en el segundo

medio...

Refracción

Refracción

Ley de Snell

Seno a I Velocidad material 1

Seno 70º Velocidad material 2

¿Cuál será el ángulo de incidencia para un medio Lucita / Aluminio,

si deseamos un ángulo refractado de 70º?

Velocidad longitudinal en Lucita: 2.680 Km/seg

Velocidad transversal en Aluminio: 3.130 Km/seg

Seno a I 2.680

Seno 70º 3.130

a = sen-1 (2.680 / 3.130) x sen 70º 55.344º

Refracción – 1er Angulo Critico

..valor del ángulo de incidencia 01 para el cual el ángulo de refracción de las ondas

longitudinales en el Medio 2 se hace 90 grados….

..cuando el ángulo de incidencia es igual ( o mayor) al 1er ángulo crítico , en el

segundo medio dejan de propagarse las ondas longitudinales refractadas,

quedando solo las transversales...


Haz Reflejado



Primer ángulo crítico

Medio X

Z1

Medio Y

Z2

Interfase aI

ar

Creeping waves

Es aquel ángulo de incidencia que da como resultado que el ángulo de

la onda longitudinal refractada sea 90º.

De esta forma se forma un tipo especial de ondas superficiales, llamadas

Creeping Waves.

Al interior del material sólo quedan las ondas transversales.

Refracción – 2do Angulo Critico

..valor del ángulo de incidencia 01 para el cual el ángulo de refracción

de las ondas transversales se hace 90 grados ...

..este es el origen de las ondas superficiales (Rayleigh)...


Haz Reflejado



Segundo ángulo crítico

Medio X

Z1

Medio Y

Z2

Interfase aI

ar

Rayleigh waves

Es aquel ángulo de incidencia que da como resultado que el ángulo de

la onda transversal refractada sea 90º.

De este modo se forma un tipo especial de ondas superficiales, llamadas

Rayleigh Waves.

Al interior del material, no queda ningún tipo de onda.

Refracción

Refracción

Mediciones Angulares

Thickness, First Leg, Second Leg, V-Path, Skip Distance

T T = Thickness (espesor)

Cordón de

Soldadura

Cara A

Cara B

No podemos comenzar a trabajar en mediciones angulares si no conocemos

este parámetro, debemos utilizar un vernier, una regla, o en su defecto el

mismo equipo de ultrasonido, asegurándonos que sabemos como hacerlo.



T

a

T = Thickness (espesor)

BIP

Cordón de

Soldadura

1º Leg = camino que recorre el ultrasonido desde el BIP, (Beam Index Point), hasta rebotar

con el fondo (cara B). Su longitud (Leg Length) es calculable en función de T y del ángulo

del haz refractado dentro del material: a .

Cara A

Cara B

Leg Lenght = T / cos a

2º Leg = camino que recorre el ultrasonido desde rebotar con el fondo (cara B) hasta volver a

tocar la cara A, su longitud (Leg Length) es la misma de la primera, y es calculable por la

misma fórmula:

El V-Path es la suma de ambas Legs (piernas o patas), y se calcula por la siguiente fórmula:



T

V-Path

a

V-Path = 2T / cos a

BIP

Cordón de

Soldadura

Cara A

Cara B

Leg Lenght = T / cos a



T

V-Path

a

BIP

Cordón de

Soldadura

Cara A

Cara B

Skip Distance = la distancia superficial que hay entre el BIP y el punto donde la

2º Leg toca la cara A. Sirve para determinar la zona de barrido (inspección); la

cual se marcará haciendo una línea entre el SkD y SkD/2 a lo largo del cordon de

soldadura, de forma tal que delimitamos la zona de barrido, es decir por donde

vamos a pasar nuestro transductor.

Es necesário revisar toda la zona delimitada por la SkD con haz normal para

detectar laminaciones, antes de inspeccionar con haz angular

Skip Distance

(SkD)



T

Cordón de

Soldadura

Cara A

Cara B

Barrido = al comenzar a desplazar el transductor desde la SkD hacia el cordón de

soldadura, podremos apreciar que la 2º Leg comienza a barrer hacia abajo la cara

lateral de dicho cordón…

Desplazamiento del transductor

Skip Distance

(SkD)



T

Cordón de

Soldadura

Cara A

Cara B



lateral de dicho cordón… hasta que vamos llegando a la raíz…


Skip Distance

(SkD)



T

Cordón de

Soldadura

Cara A

Cara B



lateral de dicho cordón… hasta que vamos llegando a la raíz… cuando llegamos a

ella, la raíz se puede inspeccionar en la 1º Leg, y el punto donde se encuentra el

BIP viene a ser SkD/2.

El área definida entre X e Y a lo largo del cordón es el Área de Barrido.


Skip Distance

X Y

Skip

2

Area de barrido


Zona de Barrido SkD y SkD/2

Cordon de

soldadura

Y Y X X

SkD

de cada lado del cordón

SkD

SkD/2

SkD


Thickness, First Leg, Second Leg, Leg Length, V-Path, Skip Distance

T

V-Path

a

Skip Distance / 2

SkD = 2T x Tangente de a V-Path = 2T / coseno de a

Leg Length = T / coseno de a

Cordón de

Soldadura

Cara A

Cara B

desplazamiento

Skip Distance

(SkD)


Thickness, V-Path, First Leg, Second Leg, Leg Length, Skip Distance

T

V-Path

a

Skip Distance / 2

T = 9 mm a = 70º

SkD = 2 x 9 x tan 70 49.45 mm El área de barrido está entre 50 mm y 25 mm.

V-Path = 2 x 9 / cos 70 52.63 mm

Leg length = 9 / cos 70 26.31 mm

El SkD DEBE ser revisado con haz normal antes del angular

BIP BIP

Cordón de

Soldadura

Cara A

Cara B

Verificar los cálculos

Skip Distance

(SkD)


Sound Path, Surface Distance, Depth (Caso 1)

T

a

Indicacion

Surface Distance

Depth

Sound Path es la distancia recorrida por el ultrasonido, desde el BIP hasta encontrarse

con una indicación, (A – B). Usualmente es medida por el equipo de ultrasonido.

Surface Distance es la distancia superficial que hay desde el BIP hasta el punto en la

superficie donde nace la vertical hasta la indicación, (A – C).

Depth es la distancia vertical que hay desde la superficie (cara A) hasta

la indicación, (B – C).

A

B

C

En este caso específico el Sound Path < = Leg Length, ya que la indicación está

En la 1º Leg. Esto es importante tenerlo en cuenta para decidir la fórmula para

depth a aplicarse.


Sound Path, Surface Distance, Depth (Caso 2)

T

a

Indicacion

Sound Path es la distancia recorrida por el ultrasonido, desde el BIP hasta encontrarse

con una indicación, (A – B – C). Usualmente es medida por el equipo de ultrasonido.

Surface Distance es la distancia superficial que hay desde el BIP hasta el punto en la

superficie donde nace la vertical hasta la indicación, (A – D).

Depth es la distancia vertical que hay desde la superficie (cara A) hasta

la indicación, (C – D).

Surface Distance

Depth

A

B

C

D

En este caso específico el Sound Path > Leg Length, ya que la indicación está

En la 2º Leg. Esto es importante tenerlo en cuenta para decidir la fórmula para

depth a aplicarse.


Sound Path, Surface Distance, Depth

T

a

Indicaciones

Sound Path es la distancia recorrida

por el ultrasonido, desde el BIP hasta

encontrarse con una indicación.

Usualmente es medida por el equipo de

ultrasonido.

Surface Distance es la distancia

superficial que hay desde el BIP hasta

el punto en la superficie donde nace la

vertical hasta la indicación.

Depth es la distancia vertical que hay

desde la superficie (cara A) hasta la

indicación.

Surface Distance

Surface Distance

Depth

SD = Seno de a x sound path Si sound path < = leg length

D = cos a x sound path Si sound path > leg length

D = 2T- (cos a x sound path)


Angulo

T

Sound

Path

Skip

Distance

V-Path

Leg

Length

Surface

Distance

Depth

71º 2.1” 5.7”

69º 1.9” 4.8”

58º 2.8” 4.9”

61º 3.1” 5.1”

46º 3.3” 5.7”

Resolver las ecuaciones necesarias para

obtener los datos de los espacios en blanco (todas las respuestas en mm)

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