MANUAL DE - LLOG S.A. de C.V. - Equipos de Pruebas No

MANUAL DEMEDICIÓN DE ESPESORES

Ultrasonido Medición de Espesores

Departamento Técnico — Llog, S.A. de C.V. 1

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 1 i. ¿Qué son las pruebas o ensayos no destructivas? 1 ii. Antecedentes históricos 1 iii. Falla de materiales 1 iv. Clasificación de las Pruebas no Destructivas 6 v. Razones para el uso de Pruebas no Destructivas 7 vi. Factores para la selección de las Pruebas no Destructivas 8 vii. Calificación y certificación del personal de PND 8

CAPÍTULO I: PRINCIPIOS DE ULTRASONIDO 12 i. Principios de Ultrasonido 12 ii. Inspección por ultrasonido 13 iii. Onda ultrasónica 16 iv. Modos de onda 19 v. Generación de vibraciones ultrasónicas 22 vi. Características de propagación del ultrasonido 32

CAPÍTULO II: EQUIPO ULTRASÓNICO Y MATERIALES 39 i. Instrumentos ultrasónicos 39 ii. Instrumentos ultrasónicos medidores de espesores 39 iii. Instrumentación pulso – eco 46 iv. Métodos de presentación de la información 49 v. Material 52

Capítulo III: VARIABLES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN 55 i. Selección del instrumento ultrasónico 55 ii. Variaciones en el objeto inspeccionado 57 iii. Variaciones del transductor 60 iv. Revisión del funcionamiento de un instrumento ultrasónico

medidor de espesores 65



Capítulo IV: EJERCICIOS PRÁCTICOS 73

i. Ejercicios prácticos utilizando el instrumento ultrasónico

medidor de espesores 73

Capítulo V: ANEXO 77



INTRODUCCIÓN

i. ¿Qué son las pruebas o ensayos no destructivos?

Las Pruebas o Ensayos No Destructivos son herramientas fundamentales y esenciales para el control de calidad de materiales de ingeniería, procesos de manufactura, confiabilidad de productos en servicio y mantenimiento de sistemas, cuya falla prematura puede ser costosa o desastrosa. Así como la mayoría de procedimientos complejos, no pueden ser definidas en pocas palabras, por lo cual se definen como: “El empleo de propiedades físicas o químicas de materiales, para la evaluación indirecta de materiales sin dañar su utilidad futura”. Se identifican comúnmente con las siglas: PND; y se consideran sinónimos a: Ensayos no destructivos (END), inspecciones no destructivas y exámenes no destructivos.

ii. Antecedentes históricos

El método de prueba no destructiva original, y más antiguo, es la inspección visual; una extensión de ella son los líquidos penetrantes, el inicio de los cuales es considerado con la aplicación de la técnica del “aceite y el talco (blanqueador)”. A continuación se proporcionan fechas relacionadas con acontecimientos históricos, descubrimientos, avances y aplicaciones, de algunas pruebas no destructivas. 1868 Primer intento de trabajar con los campos magnéticos 1879 Hughes establece un campo de prueba 1879 Hughes estudia las Corrientes Eddy 1895 Roentgen estudia el tubo de rayos catódicos 1895 Roentgen descubre los rayos “X” 1896 Becquerel descubre los rayos "Gamma" 1900 Inicio de los líquidos penetrantes en FFCC 1911 ASTM establece el comité de la técnica de MT 1928 Uso industrial de los campos magnéticos 1930 Theodore Zuschlag patenta las Corrientes Eddy 1931 Primer sistema industrial de Corrientes Eddy instalado 1941 Aparecen los líquidos fluorescentes 1945 Dr. Floy Firestone trabaja con Ultrasonido 1947 Dr. Elmer Sperry aplica el UT en la industria

iii. Falla de materiales

Debemos aclarar la diferencia entre productos, de acuerdo con sus aplicaciones: Algunos productos son usados únicamente como decorativos, o tienen requisitos de

resistencia a esfuerzos tan bajos que son normalmente sobre diseñados, estos materiales podrían requerir una inspección solamente para asegurar que mantienen su calidad de fabricación, como el color y acabado.



Los productos o materiales que necesitan pruebas y evaluación cuidadosa son

aquellos utilizados para aplicaciones en las cuales deben soportar cargas, temperatura, etc.; bajo esas condiciones la falla puede involucrar el sacar de operación y desechar el producto, reparaciones costosas, dañar otros productos y la pérdida de la vida humana.

Se define como “Falla” a: “el hecho que un artículo de interés no pueda ser utilizado”. Aunque un artículo fabricado es un producto, el material de ese producto puede fallar; así que, los tipos de falla del material y sus causas son de gran interés. Existen dos tipos generales de falla: 1. La “fractura o separación en dos o más partes”; y 2. La “deformación permanente o cambio de forma y/o posición”. Es de gran importancia conocer el tipo de falla que se puede esperar, para que puedan responderse las siguientes cuestiones: ¿Para qué se realiza la inspección? ¿Qué método de inspección se debe utilizar? ¿Cómo se va a llevar a cabo la inspección? ¿Cómo se reduce el riesgo de falla?, y ¿Cómo se elimina la falla? Si se espera evitar la falla por medio del uso de pruebas no destructivas, estas deben ser seleccionadas, aplicadas y los resultados deben ser interpretados y evaluados con cuidado, y basándose en el conocimiento válido de los mecanismos de falla y sus causas. El conocimiento de los materiales y sus propiedades es muy importante para cualquier persona involucrada con las pruebas no destructivas. El propósito del diseño y aplicación de las pruebas debe ser el control efectivo de los materiales y productos, con el fin de satisfacer un servicio sin que se presente la falla prematura o un daño. La fuente de la falla puede ser: 1. Una discontinuidad, 2. Un material químicamente incorrecto, o 3. Un material tratado de tal forma que sus propiedades no son adecuadas. La detección de discontinuidades es considerada, normalmente, como el objetivo más importante para la aplicación de las pruebas no destructivas. Por lo anterior, la mayoría de pruebas está diseñada para permitir la detección de algún tipo de discontinuidad interior o exterior y, para ciertos casos, la determinación o medición de algunas características, puede ser de un solo material o grupos de materiales.



Para efectos de evaluación mediante Pruebas no Destructivas los términos irregularidad, imperfección, discontinuidad y falla son usados indiferentemente, como sinónimos, para identificar algo que está presente en el objeto, parte o ensamble y que es cuestionable su presencia. A continuación se proporciona la definición (del documento E 1316 de ASTM) de algunos términos utilizados al efectuar la interpretación y evaluación de los resultados obtenidos al aplicar las Pruebas no Destructivas. Discontinuidad Una falta de continuidad o cohesión; una interrupción intencional o no intencional en la estructura o configuración física de un material o componente. Se considera como discontinuidad a cualquier cambio en la geometría, huecos, grietas, composición, estructura o propiedades. Algunas discontinuidades como formas de superficie, son intencionales en el diseño, y estas no requieren ser inspeccionadas. Otras discontinuidades son inherentes en el material debido a su composición química o estructura, el tipo de material, el tratamiento térmico, el proceso de fabricación, las condiciones y el medio ambiente al que están expuestos los materiales; estas discontinuidades pueden variar ampliamente en tamaño, distribución e intensidad; en este caso, son las discontinuidades que se requiere detectar. En general, existen dos clasificaciones de discontinuidades: 1. Por su forma:

Volumétricas.- Descritas porque tienen tres dimensiones o volumen Planas.- Descritas porque son delgadas en una dimensión y grandes en las otras dos dimensiones

2. Por su ubicación:

Superficiales.- Descritas porque se encuentran abiertas a la superficie Internas.- Descritas porque no interceptan la superficie

Otras clasificaciones de discontinuidades:

Relevantes.- Son aquellas que por alguna de sus características (longitud, diámetro, ubicación, forma, etc.) deben ser interpretadas, evaluadas y reportadas. No relevantes.- Son aquellas que por sus características se interpretan pero no se evalúan, y que deberían ser registradas. Lineales.- Son aquellas con una longitud mayor que tres veces su ancho. Redondas.- Son aquellas de forma elíptica o circular que tienen una longitud igual o menor que tres veces su ancho.



Defecto Es una o más discontinuidades o fallas, cuyo tamaño agregado, forma, orientación, localización o propiedades hace que no cumpla con un criterio de aceptación especificado y que es rechazada. También puede definirse como una discontinuidad que excede los criterios de aceptación establecidos, o que podría generar que el material o equipo falle cuando sea puesto en servicio o durante su funcionamiento. Indicación Es la respuesta o evidencia que se obtiene al aplicar alguna Prueba no Destructiva. Se clasifican en tres tipos: Indicaciones falsas: Una indicación que se interpreta como que ha sido producida

por otra causa que no sea una discontinuidad. Se presentan normalmente por la aplicación incorrecta de la prueba.

Indicaciones no relevantes: Una indicación que se produce por una condición o tipo de discontinuidad que no es rechazada. Son creadas normalmente por el acabado superficial o la configuración del material.

Indicaciones relevante o verdadera: Una indicación que se produce por una condición o tipo de discontinuidad que requiere evaluación. Son aquellas producidas por discontinuidades.

Al aplicar una prueba no destructiva los técnicos observan indicaciones, por lo que se debe determinar cuáles son producidas por discontinuidades.

iv. Clasificación de las Pruebas no Destructivas

La clasificación de las pruebas no destructivas se basa en la posición en donde se ubican las discontinuidades que pueden ser detectadas, por lo que se clasifican en: 1. Pruebas no destructivas superficiales. 2. Pruebas no destructivas volumétricas. 3. Pruebas no destructivas de hermeticidad. 1. Pruebas no destructivas superficiales Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND superficiales son:

VT – Inspección Visual PT – Líquidos Penetrantes



MT – Partículas Magnéticas ET – Electromagnetismo

En el caso de utilizar VT y PT se tiene la limitante para detectar únicamente discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie); y con MT y ET se tiene la posibilidad de detectar tanto discontinuidades superficiales como sub-superficiales (las que se encuentran debajo de la superficie pero muy cercanas a ella). 2. Pruebas no destructivas volumétricas Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND volumétricos son:

RT – Radiografía Industrial UT – Ultrasonido Industrial AE – Emisión Acústica

Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y sub-superficiales, así como bajo ciertas condiciones, la detección de discontinuidades superficiales. 3. Pruebas no destructivas de hermeticidad Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Los métodos de PND de hermeticidad son:

LT – Pruebas de Fuga – Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática). – Pruebas de Burbuja – Pruebas por Espectrómetro de Masas – Pruebas de Fuga con Rastreadores de Halógeno

v. Razones para el uso de PND

Además de la detección y evaluación de discontinuidades, las PND son usadas para: La medición de dimensiones Detectar fuga y su evaluación Determinar localización y su evaluación Caracterizar estructura o micro-estructura Estimación de propiedades mecánicas y físicas Identificar o separar materiales Uniformidad en la producción Ahorro en los costos de producción Eliminar materia prima defectuosa Mejoras en los sistemas de producción Asegurar la calidad en el funcionamiento de sistemas en servicio, en plantas o

diversos tipos de instalaciones, y prevenir la falla prematura durante el servicio



vi. Factores para la selección de las PND

Se considera que existen seis factores básicos involucrados en la selección de las PND Las razones para efectuar la PND Los tipos de discontinuidades que son de interés en el objeto El tamaño y la orientación de las discontinuidades que se necesitan detectar La localización o ubicación de las discontinuidades que son de interés El tamaño y la forma del objeto a inspeccionar Las características del material que va a ser inspeccionado

vii. Calificación y certificación del personal de PND

Para aplicar las pruebas no destructivas se requiere: La calificación del método de inspección utilizado – Las PND deben llevarse a cabo

de acuerdo con procedimientos escritos, que en ciertos casos deben ser previamente calificados.

La calificación del personal que realiza la inspección – Se considera que el éxito de

cualquier prueba no destructiva es afectado “principalmente por el personal que realiza, interpreta y/o evalúa los resultados de la inspección”. Por esto, los técnicos que ejecutan las PND deben estar calificados y certificados.

La administración del proceso de calificación y del personal para asegurar

resultados consistentes – Actualmente existen dos programas aceptados para la calificación y certificación del personal que realiza PND, además de uno nacional.

Estos programas son:

– La Practica Recomendada SNT-TC-1A, editada por ASNT, – La Norma ISO-9712, editada por ISO, y – La Norma Mexicana NOM-B-482.

SNT-TC-1A Es una Práctica Recomendada que proporciona los lineamientos para el programa de calificación y certificación del personal de PND de una empresa. Es editada por ASNT. ASNT American Society For Nondestructive Testing (Sociedad Americana de Ensayos No Destructivos). ISO 9712 Es una Norma Internacional que establece un sistema para calificar y certificar, por medio de una agencia central nacional, el personal que realiza PND en la industria.



ISO International Organization for Standardization (Organización Internacional para Normalización). Calificación Es el cumplimiento documentado de requisitos de: escolaridad, entrenamiento, experiencia y exámenes (teóricos, prácticos y físicos); establecidos en un programa escrito, el cual puede ser un procedimiento interno de la empresa, de acuerdo con SNT-TC-1A, o una norma nacional, de acuerdo con ISO-9712. El documento SNT-TC-1A considera que la empresa debe establecer un procedimiento o práctica escrita, para el control y administración del entrenamiento, exámenes y certificación del personal de PND. La práctica o procedimiento escrito de la empresa debe describir la responsabilidad de cada nivel de certificación para determinar la aceptación de materiales o componentes de acuerdo con códigos, estándares, especificaciones y procedimientos aplicables; debe describir los requisitos de entrenamiento, experiencia y exámenes para cada método y nivel de certificación. Además, la práctica escrita debe ser revisada y aprobada por el Nivel III en PND de la empresa, la cual debe mantenerse archivada. Existen tres niveles básicos de calificación, los cuales pueden ser subdivididos por la empresa o el país para situaciones en las que se necesiten niveles adicionales para trabajos y responsabilidades específicas. Niveles de Calificación Nivel I Es el individuo calificado para efectuar calibraciones específicas, para efectuar PND específicas, para realizar evaluaciones específicas para aceptación o rechazo de materiales de acuerdo con instrucciones escritas, y para realizar el registro de resultados. El personal Nivel I debe recibir la instrucción o supervisión necesaria de un individuo certificado como nivel III o su designado. Nivel II Es el individuo calificado para ajustar y calibrar el equipo y para interpretar y evaluar los resultados de prueba con respecto a códigos, normas y especificaciones. El nivel II, está familiarizado con los alcances y limitaciones del método y puede tener la responsabilidad asignada del entrenamiento en el lugar de trabajo de los niveles I y aprendices. Es capaz de preparar instrucciones escritas y organizar y reportar los resultados de prueba.



Nivel III Es el individuo calificado para ser el responsable de establecer técnicas y procedimientos; interpretar códigos, normas y especificaciones para establecer el método de prueba y técnica a utilizarse para satisfacer los requisitos; debe tener respaldo práctico en tecnología de materiales y procesos de manufactura y estar familiarizado con métodos de PND comúnmente empleados; es responsable del entrenamiento y exámenes de niveles I y II para su calificación. Entrenamiento (capacitación) Es el programa estructurado para proporcionar conocimientos teóricos y desarrollar habilidades prácticas en un individuo para que realice una actividad definida de inspección. Experiencia Práctica No se puede certificar personal sin experiencia práctica para aplicar PND, por lo que: El técnico Nivel I: Debe adquirir experiencia como aprendiz. El técnico Nivel II: Debe trabajar durante un tiempo como nivel I. El técnico Nivel III: Debió ser aprendiz, nivel I y haber trabajado al menos uno o dos

años como nivel II. Esta experiencia debe demostrarse con documentos, que deben mantenerse en expedientes o archivos para su verificación. Exámenes Físicos Tienen la finalidad de demostrar que el personal que realiza las PND es apto para observar adecuada y correctamente las indicaciones obtenidas. Los exámenes que se requieren son: Agudeza visual lejana, o Agudeza visual cercana, y Discriminación cromática. Para los exámenes de agudeza visual el técnico debe ser capaz de: leer un tipo y tamaño de letra específicos a una cierta distancia, este examen debe ser anual; y debe ser capaz de distinguir y diferenciar los colores usados en el método en el cual será certificado, este examen debe ser cada tres años. Exámenes Los exámenes administrados para calificación de personal nivel I y II consisten de: un examen general, un específico y un práctico. De acuerdo con SNT-TC-1A, la calificación mínima aprobatoria, de cada examen, es de 70% y, además, el promedio simple mínimo de la calificación de los tres exámenes es de 80%.



Certificación La certificación es el testimonio escrito de la calificación. La certificación del personal de PND de todos los niveles es responsabilidad de la empresa que los contrata (de acuerdo con SNT-TC-1A) o de la agencia central (de acuerdo con ISO-9712), y debe basarse en la demostración satisfactoria de los requisitos de calificación. El documento SNT-TC-1A recomienda contar con registros de certificación del personal, los cuales deben mantenerse archivados por la empresa durante el tiempo especificado en el procedimiento escrito de la empresa, y deberían incluir lo siguiente: 1. Nombre del individuo certificado. 2. Nivel de certificación y el método de PND. 3. Educación y el tiempo de experiencia del individuo certificado. 4. Establecer que se ha cumplido satisfactorio con el entrenamiento, de acuerdo con

los requisitos de la práctica escrita de la empresa. 5. Resultados de los exámenes de la vista para el periodo de certificación vigente. 6. Copias de los exámenes o evidencia del cumplimiento satisfactorio de los mismos. 7. Otras evidencias adecuadas de calificaciones satisfactorias, cuando tales

calificaciones sean usadas para la exención del examen específico como se describa en la práctica escrita del empleador.

8. Calificación compuesta o evidencia adecuada de las calificaciones. 9. Firma del Nivel III que verifica la calificación del candidato para su certificación. 10. Fecha de certificación y / o re-certificación, y la fecha de asignación a PND. 11. Fecha en la que expira la certificación. 12. Firma de la autoridad certificadora de la empresa. La certificación tiene validez temporal únicamente. ISO y ASNT establecen un periodo de vigencia de la certificación de: Cinco años para todos los niveles. Todo el personal de PND debe ser re-certificado, de acuerdo con SNT-TC-1A basándose en uno de los siguientes criterios: Evidencia de continuidad laboral satisfactoria en Pruebas no Destructivas. Reexaminación.



CAPITULO UNO: PRINCIPIOS DE ULTRASONIDO I

i. Principios de ultrasonido

El ultrasonido no es diferente, en sus características fundamentales, del sonido que se puede percibir a través del oído del ser humano. Son ondas acústicas de idéntica naturaleza. Pero, ¿qué sucede en la materia a través de la cual se propaga el ultrasonido? Para responder a la pregunta anterior, en primer lugar vamos a suponer que la materia se compone de pequeñas partículas que se encuentran unidas entre sí por medio de fuerzas elásticas, veamos la figura No. 1: Siendo así, es factible que pueda existir movimiento de dichas partículas a partir de su posición fija. Basándose en lo anterior, si una de estas partículas se empuja, comienza a oscilar y comunica su energía a las partículas vecinas. Figura No. 1: Modelo de Cuerpo Elástico Por lo tanto, la energía se propaga a través de las partículas individuales de la materia. El número de oscilaciones o vibraciones de las partículas indica si se trata de sonido perceptible por el oído humano o de ultrasonido. En el sonido perceptible el número de oscilaciones se encuentra en un rango de entre 16 a 20,000 ciclos/segundo, mientras que al tratarse de ultrasonido es superior a los 20,000 ciclos/segundo. Por lo anterior, estos 20,000 ciclos/segundo son el límite entre el sonido perceptible y el ultrasonido, este valor ha sido fijado arbitrariamente. En la inspección de materiales por ultrasonido las frecuencias son, por regla general, notablemente más elevadas y varían entre 0.5 y 25 millones de ciclos/segundo (figura No. 2). Sin embargo, existen aplicaciones para frecuencias tan bajas como 25,000 ciclos/segundo y tan altas como 200 millones de ciclos/segundo. La facilidad con la cual viaja el sonido depende, sobre todo, de su frecuencia y la naturaleza del medio. Con frecuencias mayores a 100,000 ciclos/segundo, y gracias a su energía, el ultrasonido forma un haz similar a la luz, por lo que puede ser usado para rastrear el volumen de un material. El ultrasonido cumple con algunas reglas físicas de óptica por lo que puede ser reflejado, refractado, difractado y absorbido.



Ultrasonido Sonido de Aplicaciones Industriales 16 Hz 20 KHz 0.5 MHz 25 MHz 200 MHz Infrasonido Hipersonido

Figura No. 2: Ondas Acústicas Por principio físico, el ultrasonido puede propagarse a través de todos los medios donde existe materia, esto es, átomos o partículas capaces de vibrar, por lo que, se considera se propaga a través de sólidos, líquidos y gases; por el contrario, no puede propagarse en el vacío, por no existir materia que lo sustente. El movimiento que se presenta de los átomos es extremadamente pequeño, al desplazamiento máximo de un átomo desde su posición original se le conoce como amplitud. La prueba por ultrasonido emplea esfuerzos de baja amplitud los cuales no afectan permanentemente a los materiales.

ii. Inspección por ultrasonido

La inspección ultrasónica actualmente se realiza por el método básico en el cual: “El ultrasonido se transmite y se propaga dentro de una pieza hasta que es reflejado; el ultrasonido reflejado regresa a un receptor proporcionándole información acerca de su recorrido; la información proporcionada se basa en la cantidad de energía reflejada del ultrasonido y en la distancia recorrida por el ultrasonido”. El principio físico en el que se basa la inspección por ultrasonido es el hecho que los materiales diferentes presentan diferentes ”Impedancias Acústicas”. Sistema de inspección ultrasónica Cuando se lleva a cabo una inspección por ultrasonido industrial, tanto para la detección de fallas como para la medición de espesores, se requiere del uso de un Sistema de Inspección Ultrasónica (figura No.3), que consiste de los componentes básicos siguientes: 1. Un generador de la señal eléctrica, un instrumento ultrasónico, 2. Un conductor de la señal eléctrica, un cable coaxial, 3. El accesorio que convierte la señal eléctrica en mecánica y/o viceversa, un

transductor ultrasónico, 4. Un medio para transferir la energía acústica a la pieza y viceversa, el acoplante

acústico, y 5. La pieza inspeccionada.



Figura No. 3: Sistema de Inspección Ultrasónica

Antecedentes Históricos La posibilidad de utilizar el ultrasonido para realizar pruebas no destructivas fue reconocida en 1930 en Alemania por Mulhauser, Trost y Pohlman, y en Rusia por Sokoloff, quienes investigaron varias técnicas empleando ondas continuas. Los equipos detectores de fallas fueron originalmente desarrollados basándose en el principio de la intercepción de la energía ultrasónica por discontinuidades grandes. La técnica recibió el nombre de inspección a través. El sistema presentaba ciertas limitaciones, principalmente la necesidad del acceso en ambas superficies de la pieza inspeccionada para colocar un transductor en cada superficie. No se encontró un método práctico de inspección hasta que Firestone (EUA) inventó un aparato empleando haces de ondas ultrasónicas pulsadas para obtener reflexiones de defectos pequeños, conocido como "Reflectoscopio Supersónico", que fue mejorado por el rápido crecimiento de la instrumentación electrónica. En el mismo periodo en Inglaterra, Sproule desarrolló equipos en forma independiente. Como con la inspección radiográfica, al principio los equipos fueron desarrollados para ser usados como herramientas de laboratorio y no como equipos de inspección. Rápidamente se encontraron aplicaciones para la inspección por ultrasonido durante la producción de partes para la detección de problemas críticos de control de calidad. En un principio, de las más importantes aplicaciones del método destaca la inspección para detección de discontinuidades internas en piezas forjadas para rotores de motores utilizados en la industria aeronáutica. En la universidad de Michigan Firestone y su grupo de trabajo investigaron los mecanismos de operación de los transductores, el uso de ondas transversales, la aplicación de las ondas superficiales, el dispositivo Raybender para inspección por haz angular con variación del ángulo, el empleo de la columna de retardo para inspección en zonas cercanas a la superficie de entrada, un método de resonancia por pulsos para la medición de espesores, y varias técnicas empleando ondas de placa o de Lamb.



Otras aplicaciones importantes fueron: el desarrollo y empleo del medidor de espesores de resonancia por frecuencia modulada por Erwin; el mejoramiento de los sistemas de inspección por inmersión efectuado por Erdman; y varias técnicas ultrasónicas de visualización o graficado de discontinuidades elaboradas y aplicadas por Sproule, Erdman, Wild, Reid, Howry y otros. El desarrollo reciente de la inspección por ultrasonido está relacionado, con lo siguiente: 1. Alta velocidad en la aplicación de sistemas automatizados de inspección. 2. Instrumentos mejorados para obtener gran resolución en la detección de fallas. 3. Una mejor presentación de los datos. 4. Interpretación simple de los resultados. 5. Estudio avanzado de los cambios finos de las condiciones metalúrgicas. 6. Análisis detallado de los fenómenos acústicos involucrados. Durante este período aquello relacionado directamente con la aplicación del método por ultrasonido ha contribuido para que sea usado en gran escala y en el establecimiento de procedimientos y normas, particularmente en la industria aérea, eléctrica y en el campo de la energía nuclear. El primer instrumento ultrasónico medidor de espesores comercial, que usaba los principios derivados del sonar, fue introducido al final de los años 40. En los años 70 fueron comunes los instrumentos portátiles pequeños utilizados para una amplia variedad de aplicaciones. Recientemente, los avances en la tecnología de microprocesadores han dejado nuevos niveles de funcionalidad en instrumentos miniatura sofisticados y fáciles de usar. Aplicaciones Ya que la inspección ultrasónica se basa en un fenómeno mecánico, se puede adaptar para que pueda determinarse la integridad estructural de los materiales de ingeniería. Se usa en el control de calidad e inspección de materiales, en diferentes ramas de la industria. Sus principales aplicaciones consisten en: 1. Detección y caracterización de discontinuidades; 2. Medición de espesores, extensión y grado de corrosión; 3. Determinación de características físicas, tales como: estructura metalúrgica,

tamaño de grano y constantes elásticas; 4. Definir características de enlaces (uniones); 5. Evaluación de la influencia de variables de proceso en el material. Ventajas Las principales ventajas de la inspección por ultrasonido son:



Un gran poder de penetración, lo que permite la inspección de grandes espesores; Gran sensibilidad, lo que permite la detección de discontinuidades

extremadamente pequeñas; Gran exactitud al determinar la posición, estimar el tamaño, caracterizar

orientación y forma de las discontinuidades; Se necesita una sola superficie de acceso; La interpretación de los resultados es inmediata; No existe peligro o riesgo en la operación de los equipos; Los equipos son portátiles; Su aplicación no afecta en operaciones posteriores, y Los equipos actuales proporcionan la capacidad de almacenar información en

memoria, la cual puede ser procesada digitalmente por una computadora para caracterizar la información almacenada.

Limitaciones Las limitaciones del método de la inspección por ultrasonido incluyen las siguientes: La operación del equipo y la interpretación de los resultados requiere técnicos

experimentados; Se requiere gran conocimiento técnico para el desarrollo de los procedimientos de

inspección; La inspección se torna difícil en superficies rugosas o partes de forma irregular, en

piezas pequeñas o muy delgadas; Discontinuidades sub-superficiales pueden no ser detectadas; Es necesario el uso de un material acoplante, y Son necesarios patrones de referencia, para la calibración del equipo y

caracterización de discontinuidades. iii. Onda ultrasónica

Como sabemos, la propagación del ultrasonido se caracteriza por vibraciones mecánicas periódicas, representadas por “movimientos ondulatorios” (ondas sinusoidales). La figura No. 4 muestra un ciclo de vibración. Los movimientos ondulatorios cuentan con varias características importantes, de las cuales encontramos a: Figura No. 4: Ciclo de Vibración 1. Ciclo; 2. Longitud de Onda; 3. Frecuencia; y 4. Velocidad.

Longitud de Onda

Amplitud



1. Ciclo Puede ser definido como: “El movimiento completo de la onda”, o también como “el movimiento completo 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 identifica con la letra griega “λ“ (Lambda). Se puede dimensionar en unidades del SI (metro, etc.) o del Sistema Inglés (pulgadas). En la figura No. 4 se identifica a la longitud de onda. 3. Frecuencia Se define como: “el número total de ciclos completos que pasan por un punto por unidad de tiempo”, normalmente un segundo. Puede ser identificada con la letra “f”. En la inspección por ultrasonido se utilizan las unidades conocidas como Hertz (Hz), que tienen la siguiente equivalencia:

1 Hertz = 1 Hz = 1 ciclo/segundo Debido a las frecuencias tan elevadas que se utilizan en la inspección por ultrasonido se recurre al uso de los siguientes múltiplos: 1,000 ciclos/segundo = 1 Kilo Hertz = 1 KHz 1,000,000 ciclos/segundo = 1 Mega Hertz = 1 MHz A continuación en la figura No. 5 se ilustran ejemplos de diferentes frecuencias. a) 5 ciclos/segundo b) 2 ciclos/segundo

Figura No. 5: Diferentes frecuencias

1 Segundo 1 Segundo



4. Velocidad Acústica En la inspección por ultrasonido, velocidad se define como: “la distancia total de viaje por unidad de tiempo”. Puede ser identificada con la letra “V” o “C” y se maneja en unidades del SI (metro/segundo, etc.) o del Sistema Inglés (pulgadas/segundo). La velocidad acústica depende principalmente de las “propiedades elásticas del material” y de su “densidad”. También, es afectada por la temperatura del material y el modo de onda. Por definición, la velocidad es independiente de la frecuencia. La velocidad de propagación del ultrasonido es diferente en cada estado de la materia, sólido, líquido y gas, debido básicamente a la separación de las partículas (la densidad del material), lo cual se representa en la figura No. 6. Sólido Líquido Gas

Figura No. 6: Partículas en los estados de la materia La velocidad del ultrasonido puede conocerse por diferentes medios, por ejemplo, por cálculos (por medio de fórmulas específicas), por tablas, y muy exactamente con los propios instrumentos ultrasónicos utilizados, aunque el valor de la velocidad del ultrasonido en pocas ocasiones es utilizado para resolver problemas de inspección. En la inspección por ultrasonido, la velocidad acústica es de gran importancia práctica puesto que los instrumentos ultrasónicos deben calibrarse considerando el valor de la misma para el material que será inspeccionado, esto se debe a que una sola calibración con un valor de velocidad no puede ser utilizada para la inspección de una variedad de materiales diferentes, ya que es una constante del propio material. Relación entre Longitud de Onda, Frecuencia y Velocidad La siguiente expresión matemática representa la relación entre las características mencionadas de la onda ultrasónica: Longitud de Onda ( λ ) = La expresión establece que la longitud de onda es directamente proporcional a la velocidad e inversamente proporcional a la frecuencia.

Velocidad (v) –––––––––––– Frecuencia (f)



iv. Modos de onda

Recordemos que la energía del ultrasonido se propaga en un material por medio de la vibración de sus partículas, se transmite de un átomo a otro. La dirección en la que vibran las partículas, con respecto a la dirección en la que se propaga el ultrasonido, hace posible la existencia de varios tipos de ondas. Los modos de vibración o de onda son: Ondas Longitudinales o de Compresión; Ondas de Corte o Transversales; Ondas Superficiales o de Rayleigh; y Ondas de Lamb o de Placa. En la inspección por ultrasonido, los modos de onda más frecuentemente usados son: las ondas longitudinales y de corte. Ondas Longitudinales Su característica principal es que provocan que las partículas vibren en dirección paralela con respecto a la dirección de propagación del ultrasonido, ver figura No. 7. También son conocidas como “Ondas de Compresión”, ya que existen zonas en donde los planos de las partículas se encuentran extremadamente cercanos entre sí, aunque también existen zonas dilatadas, en donde los planos de las partículas están muy separados. La distancia entre dos zonas de compresión o dos zonas de dilatación sucesivas corresponde a la Longitud de Onda.

Figura No. 7: Onda Longitudinal Es el único modo de onda que puede propagarse a través de sólidos, líquidos y gases. Cuando se utiliza este modo de vibración en la inspección por ultrasonido, se identifica comúnmente con el término de “Haz Recto”, ver figura No. 8. Figura No. 8: Haz Recto

Movimiento de las

Partículas

Transductor de Haz Recto

Dirección de Propagación



Ondas de Corte Las ondas de corte están caracterizadas porque las partículas vibran en dirección perpendicular con respecto a la dirección de propagación de la onda ultrasónica, figura No. 9. Los planos de las partículas se encuentran a la misma distancia entre sí, pero se desplazan lateralmente alcanzando posiciones máximas y mínimas. La distancia entre dos posiciones mínimas o dos máximas sucesivas es constante y corresponde a la Longitud de Onda. Son conocidas como “Ondas Transversales”.

Figura No. 9: Onda de Corte Otra característica, también importante y que debe tenerse presente durante las inspecciones por ultrasonido, es el hecho de que su velocidad es de aproximadamente la mitad de la velocidad de las ondas longitudinales para un mismo material. A diferencia de las ondas longitudinales, solo se pueden propagar en sólidos. Las ondas de corte son introducidas en la pieza por medio de: un transductor de haz angular en el método por contacto o inclinando el transductor en el método de inmersión. El transductor de haz angular consiste de un accesorio transductor montado sobre una zapata de plástico, para que el ultrasonido entre en la pieza con un cierto ángulo, ver figura No.10. En la inspección por ultrasonido, se identifica comúnmente con el término de “Haz Angular”. Figura No. 10: Haz Angular Ondas Superficiales Las ondas superficiales provocan que las partículas de la superficie, o cercanas a ella, vibren en forma elíptica. En cierto modo se asemejan a las olas que se producen sobre el agua. Su energía decae rápidamente por debajo de la superficie hasta que, a una profundidad de aproximadamente una longitud de onda, las partículas prácticamente se encuentran en reposo, figura No. 11.

Movimiento de las Partículas

Transductor de Haz Angular




Figura No. 11: Onda Superficial Son también conocidas como “Ondas de Rayleigh”; su velocidad es aproximadamente del 90% de la velocidad de las ondas de corte dentro de un mismo material. Son adecuadas para detectar fallas superficiales, como grietas; también pueden detectar discontinuidades ligeramente por debajo de la superficie (a media longitud de onda). Pueden viajar sobre superficies curvas y su reflexión ocurre en esquinas agudas, zonas donde se encuentre grasa, aceite y otros líquidos. Se producen utilizando un transductor de haz angular. En este caso, el accesorio transductor se inclina hasta que la onda resultante sea del modo superficial, ver figura No.12. Figura No. 12: Onda Superficial Ondas de Lamb Se producen cuando ondas ultrasónicas viajan a lo largo de piezas con espesores menores a una longitud de onda (placas y/o láminas). Existen dos clases generales de ondas de Lamb o de placa: ondas simétricas y asimétricas; ver figura No.13. Onda Simétrica Onda Asimétrica

Figura No. 13: Ondas de Lamb

Movimiento de las Partículas


Transductor de Haz Angular

90°



La velocidad de estas ondas es dependiente del espesor de la placa, del tipo de material, de la frecuencia y del tipo de onda.

v. Generación de vibraciones ultrasónicas

Después de haber conocido las clases principales de ondas ultrasónicas, surge la pregunta acerca de ¿cómo son generadas? En primer lugar, mencionaremos que las vibraciones mecánicas utilizadas para realizar mediciones, análisis o inspecciones son generadas por transductores electromecánicos. En general, un transductor es cualquier accesorio que transforme energía de una forma a otra. El accesorio adaptado a la inspección ultrasónica es conocido como: Transductor, palpador, unidad de rastreo, cristal, sonda, etc. El diseño y construcción de un transductor ultrasónico depende de los factores y variables involucrados en cada aplicación, las consideraciones básicas son: • El material del elemento activo (cristal piezoeléctrico), • El espesor del elemento activo, • La placa frontal, • La forma del transductor, y • El grado de amortiguamiento. Existen 4 tipos básicos de transductores ultrasónicos: 1. Haz recto de contacto, 2. Haz angular de contacto, 3. Doble cristal de contacto, y 4. De inmersión. Un transductor está constituido por diferentes elementos, el ensamble típico de un transductor (haz recto de contacto) se muestra en la figura No. 14. Algunos de los elementos que forman parte de un transductor ultrasónico son: • Elemento activo o cristal piezoeléctrico, • Material de respaldo, • Carcaza externa, • Conector, • Conexiones eléctricas y electrodos, • Placa de contacto o protectora. • Barrera acústica (Doble cristal)



Figura No. 14: Transductor Ultrasónico Cuando se diseña un transductor y dependiendo de las aplicaciones, se pueden considerar algunos requisitos adicionales: 1. Mecánicos: Superficie o área de contacto, resistencia al desgaste, resistencia al

agua y tipo de conectores. 2. Eléctricos: Voltaje de suministro, formas de onda, capacidad y conexión a tierra. 3. Acústicos: Nivel de ruido, divergencia del haz y placas. El elemento activo El elemento principal en un transductor ultrasónico es el elemento activo. En transductores con frecuencias de hasta 100 KHz el elemento activo consiste de un elemento magnetoestrictivo; para la inspección ultrasónica realizada con frecuencias arriba de 100 KHz, son utilizados elementos piezoeléctricos. Efecto Piezoeléctrico. El efecto piezoeléctrico es la propiedad que tienen algunos materiales para transformar energía eléctrica en mecánica y viceversa. ¿Y cómo se llevan a cabo estas transformaciones de energía? Para contestar mencionaremos que algunos materiales cristalinos y cerámicos se expanden o contraen bajo la influencia de campos eléctricos variables (efecto piezoeléctrico inverso), esto produce un movimiento similar a la oscilación de un pistón; este fenómeno puede ser reversible, un esfuerzo mecánico (una presión que tienda a provocar deformación) crea una señal eléctrica de salida (efecto piezoeléctrico directo), ver figura No. 15.

Material de Respaldo

Conector

Carcasa Externa

Cristal Piezoeléctrico

Conexiones Eléctricas

Placa protectora o de contacto



Efecto piezoeléctrico directo Efecto piezoeléctrico Inverso

Figura No. 15: Efecto Piezoeléctrico La eficiencia en la conversión puede ser diferente entre la transmisión y la recepción, dependiendo del tipo de material. El efecto piezoeléctrico fue descubierto en 1880 por J. y P. Curie; en el siglo XX, hasta mediados de los años cuarenta los materiales piezoeléctricos disponibles para transductores ultrasónicos eran el cuarzo y los cristales de sal de Rochelle. Desde la segunda guerra mundial han sido desarrollados varios materiales cerámicos y cristalinos sintéticos. A través de los años, los materiales piezoeléctricos con las mejores características para transductores ultrasónicos han sido: • Cristales naturales de cuarzo, • Cristales de sulfato de litio monohidratado, y • Cerámicas polarizadas poli cristalinas (tales como el titanato de bario, metaniobato

de plomo y titanato zirconato de plomo). Las cerámicas polarizadas (principalmente el titanato de bario) son las comúnmente utilizadas hoy en día en la fabricación de transductores ultrasónicos. Aunque desde hace algunos años se fabrican transductores ultrasónicos de materiales compuestos. Todos estos materiales se caracterizan por: sus factores de conversión (eléctrica/mecánica), estabilidad térmica/mecánica, temperatura crítica y otras características físicas/químicas. Es importante mencionar el significado de la característica identificada como temperatura crítica o temperatura Curie, la cual corresponde a: el valor de temperatura arriba del cual el material pierde sus características piezoeléctricas. Para cumplir con necesidades de diseño específicas, un transductor ultrasónico puede contener uno o más elementos activos. Entre la frecuencia de los transductores ultrasónicos y el espesor del cristal piezoeléctrico existe una relación inversa, se utilizan cristales delgados para transductores de alta frecuencia, y cristales gruesos para transductores de baja frecuencia.

0 +

- V

-

+ V

Presión

V (Voltaje)



Por medio de los electrodos y a través de las caras del elemento activo se aplica un gradiente de voltaje de excitación. El valor del voltaje se encuentra en un rango de 100 a 2000 voltios. Se considera que el valor máximo del voltaje de excitación debería estar limitado a aproximadamente 50 voltios por cada milésima de pulgada del espesor. El material de respaldo El material de respaldo, que soporta al elemento activo, tiene una gran influencia sobre el funcionamiento del transductor ultrasónico. Las variaciones en la construcción o en el material de respaldo pueden hacer a un transductor ideal para una aplicación y muy malo para otra. El material de respaldo tiene dos funciones: • Debe amortiguar las oscilaciones de inercia del elemento activo. Al realizar esta

función controla el ancho de banda del transductor. El material de respaldo aplica una carga sobre el elemento activo con lo cual amortigua las vibraciones. El amortiguamiento máximo ocurre cuando la impedancia del material de respaldo es igual a la impedancia del elemento activo.

• Debe absorber las vibraciones hacia el interior del transductor para que no

interaccionen con la carcasa. La energía ultrasónica es producida en dos direcciones, por ello, la que es dirigida hacia el interior del transductor debe ser atenuada para evitar que se formen señales falsas. El material de respaldo es fabricado de fibras plásticas o polvos de metal (por ejemplo tungsteno) combinados con varios materiales plásticos. La atenuación puede ser controlada por el tamaño de los polvos y la impedancia por la proporción entre el polvo de metal y el plástico.

El material de respaldo de un transductor determinada, en gran medida, una condición presente durante inspecciones ultrasónicas, el “poder de resolución”. La resolución es “la habilidad de los transductores y del instrumento ultrasónico para separar los ecos de dos o más reflectores cercanos en profundidad o distancia entre ellos”. El poder de resolución se clasifica como:

Resolución Cercana: Es la habilidad para detectar discontinuidades cercanas a la superficie de entrada del ultrasonido. El poder de resolución cercana del transductor es el tiempo requerido para que el elemento pare de vibrar después de haber sido excitado por el pulso eléctrico. El eco de entrada puede ser muy grande por lo que el eco de pared posterior o de una discontinuidad cercana a la superficie puede ser enmascarado.

Resolución Lejana: Es la habilidad de separar dos o más ecos cercanos entre sí. También, el material de respaldo controla otra condición de funcionamiento del transductor, el “ancho de banda”. El transductor produce una banda de energía ultrasónica que cubre un rango de frecuencias. El rango es expresado como ancho de banda.



El material de respaldo y el grado de amortiguamiento sobre el elemento activo determina el ancho de banda de un transductor. Basándose en su ancho de banda, los transductores se clasifican, como sigue: Transductor de banda ancha: El elemento activo se encuentra fuertemente amortiguado por lo que son producidos pulsos cortos que cuentan con las siguientes características: • Reducción del campo muerto, • Se producen pulsos de corta duración, que contienen uno o dos ciclos, • Gran poder de resolución, • Menor sensibilidad, • Menor poder de penetración, y • Mejor relación señal-ruido. Transductor de banda angosta: El elemento activo se encuentra ligeramente amortiguado por lo que son producidos pulsos largos que cuenta con las siguientes características:

• Incremento del campo muerto, • Se producen pulsos de larga duración, que contienen de tres a cinco ciclos, • Mayor sensibilidad, y • Mayor poder de penetración. Con base en el grado de amortiguamiento, en el material con que están fabricados y en el ancho de banda del transductor, la siguiente clasificación de transductores ofrece tres diferentes opciones en sus aplicaciones. • Serie Alfa Es la serie de transductores recomendada cuando la resolución es la consideración primaria, son adecuados para aplicaciones como la medición de espesores y la detección de fallas cercanas a la superficie, la ganancia es usualmente menor que para los transductores de las Series Gamma y Benchmark, producen un pulso muy corto típicamente de uno a dos ciclos completos de vibración, que depende también de la frecuencia, el tamaño y otros parámetros. • Serie Benchmark. Esta serie contiene elementos activos fabricados de un material compuesto, con ellos se obtiene penetración en materiales altamente atenuantes, la cual es muy superior a los transductores convencionales, proporcionan una alta relación señal ruido en materiales de grano grueso y materiales compuestos con fibras reforzadas, genera pulsos cortos proporcionando una resolución mayor que la serie Gama, generalmente proporcionan una mayor ganancia que las series Alpha y Gama, cuentan con un ancho de banda grande y la baja impedancia acústica del elemento activo mejora el desempeño de transductores de haz angular, con línea de retardo y de inmersión.



• Serie Gama Esta serie de transductores es de uso general y son los recomendados para la mayoría de aplicaciones ya que proporcionan características como pulso y amortiguamiento medio, la mejor combinación entre ganancia y resolución, producen un ancho de banda medio, con pulsos típicamente de tres a cuatro ciclos completos de vibración, que depende también de la frecuencia, el tamaño y otros parámetros. La placa frontal Las funciones principales de la placa frontal son: proteger al elemento activo de las condiciones presentes durante la inspección y, en algunos casos, actuar como un lente. En transductores de contacto, es de un material durable y resistente a la corrosión. En transductores de inmersión, de haz angular y con línea de retardo tiene la función adicional de servir como un transformador entre el elemento activo y el agua, la zapata o la línea de retardo. Tipos de transductores Transductores de Haz Recto de Contacto. Contienen un solo elemento activo que genera ondas longitudinales. Es el transductor frecuentemente usado en la detección de fallas. Debido a que es utilizado en contacto directo con la pieza su superficie de contacto, en general, es de un material altamente resistente al desgaste. La figura No. 16 ilustra ejemplos de transductores de haz recto de contacto. Aplicaciones: • Detección de fallas con haz recto, • Medición de espesores, • Detección y dimensionamiento de laminaciones, • Caracterización de materiales y medición de la velocidad del sonido, • Inspección de placas, billets, barras, forjas, fundiciones, extrusiones y una variedad

de otros materiales metálicos y componentes no metálicos.

Figura No. 16: Transductores de haz recto de contacto



Dentro de los transductores de haz recto de contacto encontramos transductores con línea de retardo, los cuales son usados en conjunto con una línea de retardo (un tipo de zapata) generalmente reemplazable. La figura No. 17 ilustra ejemplos de transductores con línea de retardo.

Figura No. 17: Transductores de haz recto de contacto con línea de retardo. Ventajas del uso de transductores con línea de retardo: • Proporcionan buena resolución cercana, • Líneas de retardo con contorno mejoran el acoplamiento sobre superficies curvas, • Son usados para ciertas aplicaciones gracias a que la línea de retardo proporciona

protección al transductor, como en la inspección de superficies rugosas, • Inspección de materiales a temperaturas elevadas, en estas condiciones se

recomienda que el acoplamiento sea intermitente, con un tiempo máximo de contacto de 10 segundos.

Transductores de Haz Angular de Contacto. Estos transductores utilizan los principios de refracción y conversión de modo para producir ondas transversales refractadas en la pieza inspeccionada. Utilizan una zapata, normalmente fabricada de una resina (plexiglass, perspex, lucita, etc.) para que el ultrasonido viaje en forma inclinada, con lo que al ser reflejado por la superficie posterior mejora la habilidad de detección de discontinuidades con una orientación que no es paralela a la superficie de entrada. La figura No. 18 ilustra ejemplos de transductores de haz angular. Aplicaciones: • Inspección de uniones soldadas, • Detección y dimensionamiento de grietas, • Inspección de sistemas de tubería, tubos, forjas, fundiciones y componentes

estructurales, • Transductores de alto amortiguamiento pueden ser utilizados en técnicas de

difracción de tiempo de vuelo.



Figura No. 18: Transductores de haz angular de contacto Se encuentran disponibles en una variedad de diseños, por ejemplo: con zapatas intercambiables o integradas, zapatas para materiales a alta temperatura, y zapatas de ángulos estándar para ondas transversales refractadas en acero a 30°, 45°, 60° y 70°. Transductores de Doble Cristal (Duales) de Contacto. Estos transductores cuentan con dos elementos activos en una misma carcasa, montados sobre líneas de retardo y ligeramente inclinados, además, los elementos activos se encuentran separados por una barrera acústica. Un elemento actúa como transmisor de ondas longitudinales y otro como receptor. La figura No. 19 ilustra ejemplos de transductores de doble cristal (duales).

Figura No. 19: Transductores de doble cristal (duales)

Ventajas: • Se elimina el disparo principal mejorando la resolución cercana, • Buen acoplamiento sobre superficies curvas o rugosas,



• El diseño del haz inclinado proporciona un seudo-foco que los hace más sensibles a

ecos de reflectores de forma irregular tales como corrosión o picaduras, (ver figura No. 20)

• No se requiere el uso de líneas de retardo extras para aplicaciones en altas temperaturas,

• Reduce el ruido en materiales de grano grueso o de gran dispersión, • Ideal para aplicaciones a bajas temperaturas.

Figura No. 20: Transductor dual Aplicaciones: • Medición del espesor remanente de pared, • Monitoreo de corrosión/erosión, • Inspección de soldadura de recubrimiento y determinar buena/mala adherencia • Detección de discontinuidades, inclusive en espesores delgados. Los transductores duales tienen una limitación importante, pueden ser usados sólo para rangos específicos de espesores, esto se debe al ángulo de inclinación de los cristales. Por lo anterior, se debe tener cuidado en su selección y durante su uso. Transductores de inmersión. Están diseñados para situaciones en donde la pieza inspeccionada está parcial o totalmente sumergida en acoplante, generalmente agua; ofrecen tres ventajas sobre los transductores de contacto: • Acoplamiento uniforme, que reduce las variaciones en la sensibilidad, • Reducción del tiempo de barrido, gracias al barrido automatizado, • Uso de transductores focalizados, que incrementan la resolución y además la

sensibilidad para reflectores pequeños. Se encuentran disponibles en tres configuraciones diferentes: no focalizados (planos), focalizados esféricos (puntuales), y focalizados cilíndricos (línea). Un transductor no focalizado es usado en aplicaciones generales o para materiales de espesor grueso; un transductor focalizado esférico mejora la sensibilidad para discontinuidades pequeñas, y un transductor cilíndrico es utilizado para la inspección de tubería o barras.

Cable

Cristal Receptor Cristal

Transmiso

Barrera Acústica

Recorrido del Ultrasonido

Pieza con Corrosión



Aplicaciones: • Barridos automáticos, • Medición de espesores en línea, • Detección de fallas a alta velocidad en variedad de componentes, • Aplicación de la técnica de tiempo de vuelo, • Prueba de transmisión, • Análisis de material y mediciones de velocidad. La figura No. 21 ilustra ejemplos de transductores de inmersión (se incluye figuras de transductores focalizados puntual y cilíndrico).

Figura No. 21: Transductores de inmersión

Los lentes acústicos para transductores focalizados son diseñados de una manera similar a los lentes usados para luz. Por definición, la longitud focal de un transductor es la distancia desde la cara del transductor al punto dentro del campo ultrasónico donde está localizada la señal con la máxima amplitud. Ya que la máxima amplitud de una señal se presenta a una distancia equivalente a la longitud del campo cercano, un transductor no puede ser focalizado a una distancia mayor que el límite del campo cercano. Selección de un transductor El transductor es un componente crítico del sistema de inspección, aun estando involucrados factores como las características del instrumento, los parámetros de calibración, las propiedades del material y las condiciones de acoplamiento, que también juegan un papel importante en la funcionalidad del sistema. La primera consideración es la selección adecuada de la frecuencia. Usualmente, es preferible inspeccionar a la frecuencia más baja con la cual se pueda penetrar el material y con la que se pueda detectar un tamaño mínimo y un tipo de discontinuidad especificado, consistentemente. Debido a variaciones en la estructura interna de los materiales, es imposible seleccionar la frecuencia óptima sin contar con experiencia o sin realizar alguna prueba práctica. En general, aceros de grano fino son inspeccionados con frecuencias de 2.25 a 5.0 MHz, y para detectar discontinuidades pequeñas se selecciona hasta 10 MHz.



Para fundiciones de acero con contenido de medio carbono, son generalmente inspeccionadas con frecuencias de 1 a 5 MHz. Por último, fundiciones de acero con alto contenido de carbono pueden requerir el uso de una frecuencia baja, tal como 0.5 MHz. Con base en el grado de amortiguamiento, el transductor es seleccionado para mejorar ya sea la sensibilidad o la resolución del sistema, por ejemplo: • Un sistema de inspección con buena sensibilidad tiene la habilidad para detectar

discontinuidades pequeñas a una distancia dada dentro del material, en muchos casos donde se requiere una buena sensibilidad son seleccionados transductores de bajo amortiguamiento, por ejemplo de la serie Gama.

• Un sistema con buena resolución tiene la habilidad de producir, separar y distinguir

dos o más indicaciones de reflectores cercanos entre sí, en profundidad y posición. En aplicaciones donde se requiere una buena resolución axial o en distancia es común seleccionar transductores de alto amortiguamiento de las series Alpha o Benchmark. Un alto grado de amortiguamiento ayuda al tiempo de recuperación del transductor y le permite al sistema resolver reflectores cercanos a la interface de entrada y son la mejor opción en inspecciones donde se requiere mejorar la relación señal-ruido en materiales que producen atenuación o dispersión del ultrasonido.

La configuración específica del transductor también tiene un gran impacto en la funcionalidad del sistema, esta consideración se aplica por ejemplo en la selección de transductores ya sea focalizados o con superficie que resiste al desgaste. Por último la selección adecuada del diámetro del transductor.

vi. Características de propagación del ultrasonido

Durante inspecciones por ultrasonido se debe considerar el siguiente principio la propagación del ultrasonido es influenciada por las propiedades acústicas del medio en el cual se propaga. Impedancia acústica Un parámetro de importancia en un material es su impedancia acústica, la cual se define como “la resistencia que oponen los materiales a la propagación del sonido”. La impedancia acústica (Z) está definida como el producto de la densidad del material (ρ) y la velocidad de propagación del sonido (V), impedancia acústica está dada por:

Z = ρ V Donde: Z = Impedancia acústica, gramos/cm2-segundo ρ = densidad del material, gramos/cm3 v = velocidad de propagación, cm/segundo



El valor de las impedancias acústicas se localiza en tablas, no es práctico calcularlo. Efectos de interfaces acústicas. Las variaciones en las propiedades acústicas del medio en el que se propaga el ultrasonido pueden producir reflexión, refracción, conversión de modo y difracción, o combinaciones de estos efectos. En condiciones que no sean ideales, una situación común en las aplicaciones prácticas, el análisis completo de todos los efectos involucrados es difícil y en muchas ocasiones olvidado, con los consecuentes errores durante la interpretación. Los factores típicos que producen variación en los efectos son: la rugosidad superficial, la curvatura de la pieza, variaciones en la estructura, la forma irregular de las discontinuidades y las características no uniformes del haz ultrasónico. Interface acústica. Es el límite entre dos materiales o medios con diferente impedancia acústica. Reflexión Uno de los efectos que se presenta durante la propagación del ultrasonido, y en el cual se basa en gran medida el método de inspección por ultrasonido, es la “reflexión”; cuando el ultrasonido encuentra un cambio en el material en el que se propaga, una interface acústica, será “reflejado”. A continuación se establecen dos situaciones relacionadas con la reflexión: • Cuando el ultrasonido que incide es

perpendicular a la interface acústica (conocida como “incidencia normal”), el ultrasonido es reflejado hacia la fuente desde la cual fue emitido, en la misma dirección pero en sentido opuesto, ver figura No. 22.

• Cuando el ultrasonido que incide es

oblicuo o angulado con respecto a la interface acústica (un ángulo diferente a 0° con respecto a la normal a la interface acústica, conocida como “incidencia angular”), el ultrasonido es reflejado con un ángulo igual al de incidencia, figura No. 23.

Sucede que, en muchos casos, no toda la energía del ultrasonido que incide es reflejada cuando encuentra un cambio de medio, el porcentaje de energía reflejada depende de la relación de impedancias acústicas (Z1/Z2) entre los dos medios y el ángulo de incidencia.

Figura No. 22: Reflexión

Figura No. 23: Reflexión

Ultrasonido que incide

Ultrasonido reflejado

Interface

Ultrasonido que incide Ultrasonido

reflejado

Interface



Incidencia Normal. En la incidencia normal (el caso más simple), la relación entre la intensidad del ultrasonido reflejado Ir y la intensidad del ultrasonido que incide Ii, está dada por el coeficiente de reflexión R, donde:

R = = =

La relación entre la intensidad del ultrasonido transmitido It y la intensidad del ultrasonido que incide Ii, está dada por el coeficiente de transmisión T :

T = = =

Donde: Z1 = Impedancia acústica en el medio 1, gramos / cm2-segundo Z2 = Impedancia acústica en el medio 2, gramos / cm2-segundo r = Z2/Z1 La suma de los coeficientes de reflexión y transmisión es la unidad:

R + T = 1 Para obtener el porcentaje de energía reflejada o transmitida, después de aplicar los coeficientes, el resultado debe ser multiplicado por 100. La relación de impedancias o factor r, se encuentra en el orden de 20 para interfaces líquidos-metales (posiblemente el 80% de reflexión) y cerca de 100,000 para interfaces gases-metales (virtualmente el 100% de reflexión). Los coeficientes anteriores pueden ser usados para determinar el resultado al pasar el ultrasonido a través de cualquier número de interfaces. Las posibles aplicaciones incluyen la comparación entre bloques de prueba de diferentes materiales, evaluación de las condiciones de adherencia y la calibración de instrumentos. Conversión de Modo Cuando el ultrasonido incide sobre una interface acústica, parte de su energía puede ser convertida en otros modos de vibración (o tipos de onda), ya sea en la reflexión o en la refracción; este efecto es causado porque el ultrasonido incida con un ángulo diferente a cero grados con respecto a la normal a la interface acústica, figura No. 24.

Ir Ii

Z2 - Z1 Z2 + Z1 ( ) 2 ( ) r - 1

r + 1

2

It Ii

4Z2Z1 (Z2 + Z1)2

4r (r + 1)2

Figura No. 24: Conversión de modo


1er Ultrasonido refractado

(Longitudinal)

v1 v2

α

θ L θ T

2o Ultrasonido refractado (Corte)



Un ejemplo de la conversión de modo es en la reflexión de una onda longitudinal que incide sobre una superficie dentro de un sólido, como se ilustra en la figura No. 25, se refleja una onda longitudinal y otra transversal. En la práctica, esta condición ocurre frecuentemente como resultado de la divergencia del haz y produce indicaciones conocidas como fantasmas.

Figura No. 25: Conversión de modo Varios son los casos de incidencia oblicua, en la práctica los comunes son: • Interface sólido-sólido: inciden ondas longitudinales (contacto). • Interface líquido-sólido: inciden ondas longitudinales solamente (inmersión). En cada caso el ultrasonido reflejado y transmitido puede incluir ondas longitudinales y transversales. Refracción La refracción es otro efecto que puede presentarse durante la propagación del ultrasonido, se define como “el cambio de dirección del ultrasonido cuando pasa de un medio a otro medio con diferente velocidad y con un ángulo de incidencia diferente a cero grados con respecto a la norma de la interface”, figura No. 26.

Figura No. 26: Refracción

Transductor

Ultrasonido Transversal

Ultrasonido Longitudina

Ultrasonido Longitudinal

α

θ


Ultrasonido refractado

v1 v2

Normal



Atenuación La teoría elemental de la propagación de las ondas planas normalmente asume que no existen otros efectos además de las pérdidas por transmisión, sin embargo, la pérdida de energía ocurre en todos los materiales, en algunos casos en gran proporción, por lo que se debe considerar en ciertos aspectos de la inspección ultrasónica. Atenuación se define como “la disminución o pérdida gradual de la intensidad o energía del ultrasonido al propagarse a través de un medio”. En la figura No. 27 son mostrados los efectos que se presentan durante la inspección por ultrasonido debido a las pérdidas de energía, la figura representa lo que podría observarse en la pantalla del instrumento ultrasónico; se considera la presencia de discontinuidades con las mismas características (forma, dimensiones, etc.) pero localizadas a diferente profundidad por lo cual las indicaciones varían en su amplitud.

Figura No. 27: Atenuación Debido a que existen varios factores que afectan la señal que regresa, al aplicar la técnica pulso-eco, el valor directo y exacto de la atenuación en un material es difícil de determinar. La atenuación se mide en términos de la relación de pérdida de energía por unidad de longitud, decibeles/metro o decibeles/pulgada. La señal detectada depende ampliamente de una variedad de factores como frecuencia, geometría de la onda (plana u otra) y de la naturaleza de los materiales que estén siendo evaluados, en este caso los materiales son ampliamente variados debido a diferentes circunstancias como su historia térmica, de la aleación, proceso mecánico.

Discontinuidad



La atenuación se debe a varios mecanismos de pérdida, mencionados a continuación: • El acoplamiento. Hemos mencionado que en una interface acústica parte de la

energía que incide se refleja y parte se transmite debido a la diferencia de impedancias acústicas, además, existen pérdidas debido a la condición o acabado superficial, también, por la presión que se aplique sobre el transductor se puede variar la cantidad de acoplante que exista entre él y la pieza inspeccionada.

• La divergencia del haz ultrasónico. En materiales homogéneos, de grano fino y

con propiedades elásticas isotrópicas, la energía del ultrasonido es afectada principalmente por la naturaleza de su fuente y sus patrones de directividad. Patrones cerrados (ángulos de divergencia pequeños) viajan más allá que patrones muy divergentes (la energía de un haz que tiene un ángulo de divergencia grande está distribuida en un área mayor), ver figura No.28.

Figura No. 28: Divergencia del haz • La dispersión del medio. Cuando el ultrasonido pasa a través de materiales de

ingeniería, que generalmente son homogéneos pero que contienen elementos distribuidos al azar (tales como porosidad, inclusiones y bordes de grano), es parcialmente reflejado por ellos, por lo cual se dice que la energía es dispersada en diferentes direcciones. La figura No. 29 ilustra las pérdidas por dispersión.

El impacto que produce la presencia de fuentes de dispersión depende de su tamaño en comparación con la longitud de onda. Los efectos de la atenuación sobre las indicaciones en la pantalla pueden ser parcialmente compensados utilizando longitudes de onda más largas (frecuencias menores), teniendo como consecuencia adversa la disminución en la sensibilidad y la resolución. Algunos dispersores, como los granos columnares en aceros inoxidables y compuestos laminados, exhiben alta anisotropía elástica, en tales casos el ultrasonido cambia de dirección (se propaga mejor en ciertas direcciones preferentes) en respuesta a la condición del material. Por lo anterior, el examen por ultrasonido puede ser inútil para realizar la evaluación de esos materiales.

Ángulo de Divergencia



Figura No. 29: Dispersión del medio • La absorción del medio. En algunos materiales el ultrasonido puede ser absorbido

por diferentes procesos como la fricción interna, estos ocurren en materiales no elásticos como plásticos, hules y plomo. Mientras el ultrasonido intenta propagarse a través de estos materiales, parte de su energía se convierte en calor y no es recuperable. Este mecanismo de atenuación es una de las razones por las cuales la inspección por ultrasonido de tales materiales está limitada a espesores delgados.

En la mayoría de trabajos de inspección para la detección de discontinuidades, es de gran ayuda conocer la “penetración” aproximada en los materiales, en términos de una muestra similar de referencia del material conocido. Grandes diferencias en atenuación son indicadas como cambios en las reflexiones obtenidas desde la cara posterior de una pieza plana, en la práctica, esta técnica es conocida comúnmente como “método de la pérdida de la reflexión de pared posterior”.



CAPITULO DOS: EQUIPO ULTRASÓNICO Y MATERIALES II

i. Instrumentos ultrasónicos

Básicamente todos los instrumentos ultrasónicos realizan las funciones de generar, recibir, medir la amplitud y determinar el tiempo de viaje de pulsos eléctricos, aunque los controles y funciones usadas en un instrumento ultrasónico pueden variar en características y capacidades. En la actualidad existen instrumentos ultrasónicos medidores de espesores, medidores de espesores con presentación tipo “A” y detectores de fallas completamente digitales; sin embargo, en cualquier instrumento ultrasónico se encuentran los mismos controles básicos sin importar el modelo o marca. Los instrumentos ultrasónicos son básicamente equipos de comparación contra un estándar de referencia, consecuentemente, un instrumento ultrasónico debe ser calibrado antes de ser utilizado. Siendo así, se puede decir que la calibración es el proceso de ajustar el instrumento utilizando un estándar de referencia. La mayoría de los instrumentos ultrasónicos medidores de espesores y detectores de fallas, considerados para usarse en la industria, son unidades que operan por la técnica pulso-eco; como mencionamos, algunos modelos de medidores de espesores, igual que los detectores de fallas, cuentan con presentación tipo “A”, los cuales, incluyen una gran variedad de configuraciones que difieren en cuanto al grado de complejidad, portabilidad, tipo de pantalla, capacidad de almacenamiento de datos en la memoria integrada, etc. En el funcionamiento de un instrumento ultrasónico se incluye la determinación del tiempo de aparición y de la amplitud de la señal; como accesorios que pueden encontrarse integrados, dependiendo el tipo de instrumento, se puede mencionar a la curva DAC electrónica, compuertas, monitor, medición de espesores digitalmente y cálculos matemáticos de distancias, también en forma digital cuando se utiliza haz angular.

ii. Instrumentos ultrasónicos medidores de espesores

Los instrumentos ultrasónicos medidores de espesores son similares en concepto con los detectores de fallas ultrasónicos, una diferencia es que en un medidor de espesores ultrasónico los datos de la inspección (los valores de espesor) son presentados en una pantalla digital, aunque recordemos que en la actualidad existen instrumentos que además cuentan con presentación “A”, en tanto en el caso de un detector de fallas los datos de la inspección no se limitan a la medición del espesor, son considerados más versátiles que los medidores de espesores, ya que, entre otras aplicaciones, se puede detectar y estimar el tamaño de discontinuidades, también, porque pueden usar usados en combinación con una variedad de transductores de diferentes tipos y características.



a) Principios de la medición de espesores de pared por ultrasonido En primer lugar, el instrumento ultrasónico genera un pulso eléctrico inicial que envía al transductor (elemento) transmisor, en donde es convertido en un pulso ultrasónico, un pulso mecánico. Por medio de un acoplante, el pulso ultrasónico es transmitido desde el transductor al material inspeccionado, a través del cual viaja con una velocidad típica para el material (velocidad del ultrasonido en el material), hasta que encuentra un cambio en el material. En este punto, una parte de la energía del pulso se puede reflejar y regresa al transductor (eco). Si el pulso llega primero a la superficie posterior de la pieza inspeccionada, el pulso reflejado se denomina eco de pared posterior. Un transductor puede tener uno (transductor con elemento sencillo o emisor-receptor) o varios elementos transductores (transductor dual o con doble elemento). Los transductores duales son particularmente adecuados para: Detección de fallas cercanas a la superficie de entrada del ultrasonido, Medición del espesor, especialmente usados donde existe corrosión y erosión

profundas. b) Métodos para la medición de espesores de pared por ultrasonido Método de medición con transductor dual En el método de medición con transductor dual (doble elemento), las funciones de transmitir o emitir (T) y recibir (R) se realizan por medio de un arreglo de dos elementos transductores separados mecánicamente. En el elemento emisor se genera un pulso inicial que es transmitido al objeto inspeccionado. Los ecos se reciben en el receptor y se convierten en pulsos eléctricos (muy débiles). El instrumento ultrasónico mide el tiempo entre la emisión y la recepción del pulso ultrasónico (tiempo de vuelo). Con base en este tiempo medido y la velocidad del ultrasonido en el material, el instrumento ultrasónico determina el espesor del material. El principio de funcionamiento de un transductor dual se muestra en la figura No. 30.

Figura No. 30: Principio de funcionamiento de un transductor dual

Transductor de doble elemento o dual



Los transductores duales siempre serán más sensibles que los transductores de un solo cristal a ecos producidos en la base de picaduras, que representan el espesor de pared mínimo remanente. También, son más efectivos sobre superficies externas rugosas o corroídas, ya que el acoplante atrapado en zonas de medición bastante irregulares puede producir ecos de entrada anchos que pueden interferir con la resolución cercana a la superficie, como sucede al utilizar transductores de un solo cristal, además, el elemento receptor difícilmente recogería esas señales falsas. Método de medición con transductor de elemento sencillo (SIP) En este método de medición, para la emisión y recepción del eco, se utiliza un transductor de elemento sencillo (emisor-receptor), figura No. 31.

Figura No. 31: Transductor de elemento sencillo

Para la medición del espesor de pared, el instrumento ultrasónico determina el tiempo de vuelo entre el eco de entrada y el primer eco que rebase la compuerta, o umbral de detección. El eco de entrada es producido durante el tránsito del pulso acústico entre el transductor y el objeto inspeccionado. Método de medición con eco múltiple (DUAL-MULTI) El método de medición con eco múltiple ofrece la posibilidad de medir exactamente el espesor de pared del metal debajo de recubrimientos adheridos (recubrimientos de pintura, recubrimientos plásticos, etc.). Si tales recubrimientos no son tomados en cuenta en la medición del espesor de pared, el resultado puede ser considerado un error de la medición, dependiendo del espesor del recubrimiento. El método de medición con eco múltiple evita estos errores de medición sin que se deba remover el recubrimiento.



En este método de medición se usan dos (o más) ecos de pared posterior, para determinar el espesor de pared. El método de medición de eco múltiple puede usarse tanto con transductores de elemento sencillo como con transductores de doble elemento. Como en el método anterior de medición, un pulso ultrasónico se transmite desde el transductor (elemento) al material inspeccionado, sin embargo, en el método de medición con eco múltiple, una parte de la energía del pulso ultrasónico se refleja en la interface entre el recubrimiento (capa de pintura) y el material inspeccionado. El resto de la energía del pulso transmitido continua su viaje a través del material inspeccionado y regresa como eco de pared posterior. El tiempo de vuelo entre dos ecos sucesivos de pared posterior se utiliza, junto con la velocidad del ultrasonido en el material, para determinar el espesor del material. Los ecos procedentes del recubrimiento son ignorados. El principio de funcionamiento del modo de medición con eco múltiple utilizando un transductor de elemento sencillo (emisor-receptor) se muestra en la figura No. 32.

Figura No. 32: Principio de funcionamiento del método de medición con eco múltiple Método de medición de espesores TopCOAT El método de medición de espesores TopCOAT optimiza la medición de espesores en donde se encuentra corrosión en la superficie posterior y a través de recubrimientos de pintura. En este método, el objeto inspeccionado y la capa de pintura son medidos simultáneamente y ambos valores son mostrados en la pantalla del instrumento ultrasónico. Con este método, las mediciones pueden realizarse aún con paredes posteriores muy corroídas. Para este método se utiliza un transductor especial con dos pares de elementos emisores-receptores, colocados a diferentes distancias de la cara de acoplamiento del transductor.

Transductor de elemento sencillo



El primer par de elementos (los cercanos a la superficie de acoplamiento) determina el espesor del recubrimiento por medio de una onda longitudinal que se propaga por debajo de la superficie del recubrimiento. Al mismo tiempo, el segundo par de elementos determina el espesor total de pared y a este valor se le resta el espesor del recubrimiento, de este modo el instrumento ultrasónico muestra el valor del espesor de pared correcto del objeto. Solo los ecos del segundo par de elementos están visibles en el barrido A. En la figura No. 33 es mostrado el principio de funcionamiento del método TopCOAT usando un transductor especial y el ejemplo del barrido A correspondiente. Las mediciones con el método TopCOAT sólo son posibles con el instrumento ultrasónico modelo DMS 2TC de General Electric Inspection Technologies. Este método de medición siempre permite determinar el espesor de pared basándose en el primer eco de pared posterior. De este modo, el método TopCOAT es adecuado para la medición del espesor de pared remanente con superficies de pared posterior muy irregulares, cuando no es posible efectuar la medición entre dos ecos de pared posterior (modo de medición con eco múltiple).

Figura No. 33: Principio de funcionamiento del método de medición TopCOAT Este método de medición requiere que siempre se lleve a cabo la calibración del DMS 2TC junto con el transductor que está siendo utilizado. La calibración permite determinar el recorrido del ultrasonido del primer par de elementos emisor-receptor, que constituye la base para todos los cálculos posteriores. La calibración incluye también introducir la velocidad del ultrasonido de un estándar de referencia de cobre para la velocidad del ultrasonido utilizada en el DMS 2TC. Método de medición de la Trayectoria en “V” Automática (Auto-V) El método de medición Auto-V permite la medición del espesor de pared en objetos que no tengan recubrimiento, sin que sea conocida la velocidad del ultrasonido en el material. Con esta función se determina la velocidad del ultrasonido simultáneamente con la medición del espesor de pared. Lo que hace posible medir espesores de pared en materiales que no tengan recubrimiento, sin que se deba recurrir a una calibración adicional y sin usar bloques de referencia.

Transductor



Para este método también se usa el transductor especial que cuenta con dos pares de elementos. Un par de elementos calcula la velocidad del ultrasonido en el material por medio de una onda longitudinal que se propaga por debajo de la superficie del objeto inspeccionado junto con el recorrido conocido del ultrasonido (que corresponde a la distancia entre el emisor y el receptor). Al mismo tiempo, el segundo par determina el tiempo de vuelo del pulso ultrasónico dentro del objeto inspeccionado, y calcula el espesor de pared utilizando este valor y la velocidad del ultrasonido en el material, que ha sido determinada por el primer par de elementos. De este modo, los cambios en la velocidad del ultrasonido, debido a variaciones en la temperatura o a heterogeneidades locales dentro del material, también se tienen en cuenta para el cálculo del espesor de pared. Las mediciones con el método Auto-V sólo son posibles con el instrumento ultrasónico modelo DMS 2TC. Un requisito previo para obtener resultados de medición correctos es que el material sea homogéneo en el lugar donde se realice la medición. Por el contrario, las heterogeneidades grandes son consideradas en el cálculo del espesor de pared. La figura No. 34 muestra el método Auto-V y un barrido A correspondiente.

Figura No. 34: Método de medición Auto-V Tanto en el método TopCOAT como en el método Auto-V, el instrumento ultrasónico DMS 2TC usa un bloque de referencia especial para la velocidad del ultrasonido, fabricado de cobre. Los datos del bloque están guardados en el DMS 2TC. Se debe comprobar que los datos, correspondientes a la velocidad del ultrasonido y al número de serie, coinciden con los del bloque de referencia. Si es necesario se pueden introducir nuevos datos, como en el caso de la pérdida del bloque de referencia original. Método de medición con presentación “B” El barrido “B” es una representación especial, en función del recorrido del ultrasonido en el objeto inspeccionado. Esta representación es ideal para mostrar secciones corroídas. Para obtener esta representación, se hace un barrido sobre la superficie del objeto inspeccionado. La sección transversal de la pared, representada en la pantalla del instrumento ultrasónico, proporciona al inspector una vista general rápida de la distribución de los espesores en el objeto.

Transductor



De ese modo, son visibles claramente, de forma especial, los espesores de pared mínimos. La figura No. 35 muestra un barrido “B” típico en la pantalla de un medidor de espesores ultrasónico.

Figura No. 35: Presentación “B” típica c) Límites de la medición de espesores por ultrasonido La información obtenida de una inspección ultrasónica únicamente se refiere a aquellas porciones o partes del objeto inspeccionado cubiertas por el haz ultrasónico generado por el transductor utilizado. Por ello, se debe tener el máximo cuidado al intentar aplicar conclusiones de los resultados obtenidos de las áreas inspeccionadas sobre áreas no inspeccionadas del objeto. Normalmente, tales conclusiones sólo son permitidas cuando existe amplia experiencia con respecto a las piezas inspeccionadas y se encuentran disponibles métodos de adquisición de datos estadísticos. Las interfaces acústicas dentro del objeto inspeccionado pueden reflejar completamente el ultrasonido, por lo que las zonas de reflexión más profundas, por ejemplo, la superficie posterior del objeto inspeccionado, no pueden ser alcanzadas por el ultrasonido. Por este motivo, se debe asegurar que las áreas que serán inspeccionadas son adecuadamente cubiertas por el ultrasonido. d) Medición de espesores de pared por ultrasonido Cada medición del espesor de pared con ultrasonido se basa en la medición del tiempo de vuelo de pulsos ultrasónicos dentro del objeto que está siendo inspeccionado. Por lo tanto, el requisito para obtener resultados precisos de la medición es que exista una velocidad uniforme del ultrasonido dentro del objeto inspeccionado. Cuando las piezas son de acero, aún con diferentes componentes de aleación, normalmente se cumple este requisito. La velocidad del ultrasonido cambia tan ligeramente que sólo tiene importancia para las mediciones que requieren alta precisión. Sin embargo, en otros materiales como por ejemplo metales no ferrosos o plásticos, la velocidad del ultrasonido está sujeta a grandes cambios. De este modo, puede verse afectada la exactitud de la medición.



e) Medición del espesor de pared residual o remanente La medición del espesor de pared residual o remanente en piezas erosionadas o corroídas internamente, tales como tuberías, recipientes, contenedores o reactores de todo tipo, requiere un instrumento de medición apropiado, así como un manejo especialmente cuidadoso del transductor. En cualquier caso, el inspector siempre debe estar informado sobre el espesor de pared nominal correspondiente, así como de las pérdidas previstas del espesor de pared.

iii. Instrumentación pulso – eco

En general, hoy en día las inspecciones por ultrasonido, ya sea para la medición de espesores o la detección de fallas, se realizan por la técnica pulso–eco. La técnica pulso–eco consiste en enviar un “pulso” eléctrico, el cual es convertido posteriormente en un pulso acústico que viaja a través del material hasta que un cambio en la impedancia acústica provoca que sea “reflejado”, ocasionando que regrese para que posteriormente sea recibido. Normalmente, la señal recibida indica el borde del material o la presencia de discontinuidades y contiene información sobre la distancia recorrida por el pulso, que es proporcional al tiempo de arribo del pulso, y la intensidad de la presión acústica en ese punto reflector. a) Descripción de circuitos La unidad básica en un instrumento ultrasónico contiene una fuente de alimentación, un circuito de reloj (también conocido como sincronizador), el tiempo base (llamado generador de barrido en instrumentos analógicos), un pulsador (llamado transmisor), un receptor (llamado receptor/amplificador) y finalmente el modulo digital y/o la pantalla. A continuación se describen los circuitos. Circuito reloj o sincronizador (timer) Este circuito inicia una cadena de eventos en un ciclo completo, en la inspección ultrasónica envía una señal a intervalos regulares, por un lado al circuito generador de barrido o tiempo base, y por otro lado al pulsador. Esta señal se repite a una frecuencia dada, en ciertos instrumentos se identifica como “control de frecuencia de repetición de pulsos” (su nombre en inglés pulse repetition frecuency), en algunos instrumentos la función es controlada externamente y otros lo hacen automáticamente. El control de repetición de pulsos establece el número de pulsos generados por segundo. También se conoce como “rep rate”. Cuando el ultrasonido realiza recorridos considerables se requiere que los pulsos sean generados en menor cantidad, por lo tanto, un valor de repetición de pulsos menor que permita un ciclo de prueba mayor.



Fuente de alimentación La fuente de alimentación proporciona el voltaje necesario a otros circuitos dentro del instrumento. Convierte el voltaje común de corriente alterna a voltajes menores, usados en la mayoría de los circuitos del instrumento. La fuente de poder debe incluir baterías y cargador/adaptador, en cuanto a las baterías deben tenerse ciertas precauciones. a. Baterías de Níquel–Cadmio Este tipo de baterías cuenta con memoria, por lo cual, la primera carga es de suma importancia. Al cargarlas a su máxima capacidad, su carga siempre será igual. Como limitante podemos mencionar que dejan de funcionar aproximadamente 2 horas antes de perder totalmente su carga. b. Baterías de Ion de Litio Las baterías de Ion de litio tienen la más alta capacidad de carga y consecuentemente aseguran un tiempo más prolongado de operación del instrumento. Tiempo base La función del tiempo base, también llamado “generador de barrido”, es la de establecer en la pantalla del instrumento el viaje del ultrasonido sobre la escala horizontal, para que este pueda ser “leído”. Con el control de “rango” se ajusta esta escala en función del espesor inspeccionado. El valor relativo de la escala horizontal es dado para el material, que es también solo para el modo de vibración en particular. Esta escala es ajustada para materiales con velocidades diferentes usando el control de “velocidad”, también llamado “control de rango fino” (o longitud de barrido fino). Para instrumentos digitales no existe el generador de barrido en el sentido análogo. La escala horizontal se compone de una serie de puntos llamados píxeles (con una cantidad aproximada de 240), cada píxel representa un incremento en tiempo. La cantidad de tiempo representada por cada pixel es controlada por una combinación compleja de software y hardware. Con la finalidad de establecer un rango calibrado para una inspección en particular, la velocidad del ultrasonido, en el material bajo inspección, debe ser conocida, para que así, cuando el ajuste apropiado del “cero del transductor” se ha realizado en el instrumento, las unidades obtenidas dentro del instrumento sean absolutas. Cuando el rango es incrementado, el intervalo de tiempo representado en cada píxel horizontal se vuelve más grande. En caso de rangos muy grandes, un píxel puede representar una onda completa, o en caso de rangos muy pequeños, la onda completa puede ser representada por varios píxeles, en cuyo caso la onda completa será más evidente.



Pulsador (pulser) El pulsador emite la señal eléctrica que activa el transductor. La señal conocida como “pulso inicial o disparo principal” es corta en duración, generalmente de solo algunos nanosegundos (la millonésima parte de un segundo). El voltaje de salida del pulso inicial es del orden de varios cientos de voltios, y por su breve duración proporciona un tiempo de levantamiento rápido del pulso. El pulsador es controlado mediante los controles frontales del instrumento. Cuando el transductor es conectado, y por lo tanto, el pulso inicial aparece, el pulso inicial incluye la vibración del cristal y luego el reposo del mismo para analizar las señales de regreso. Este tiempo determina la longitud de la zona muerta. En la pantalla podemos determinar esta duración al terminar el pulso inicial. El pulsador puede incluir una o más funciones, típicamente identificados como “damping” (amortiguamiento) y “power o intensity” (poder o intensidad del pulso). Estas funciones son utilizadas para ajustar el pulso inicial e igualar el pulso de salida para cierto transductor. Además de proporcionar una amplitud mayor al pulso inicial y una duración de vibración para el análisis. Por lo tanto, mayor amplitud al pulso normalmente incrementa la sensibilidad y penetración, mientras que una duración más corta del pulso mejorará la resolución. Receptor (receiver) El circuito receptor procesa y amplifica la señal en ruta hacia la pantalla. El procesado de la señal lo hace mediante el detector y filtros. a. Detector – Dependiendo de la flexibilidad del instrumento, el detector puede proporcionar una selección de la señal para pasar a través del receptor, incluyendo: sin rectificación (de radio-frecuencia, RF), rectificación de onda completa, rectificación de media onda negativa y positiva. En la opción RF, la señal del transductor es tal cual. b. Filtros – El tipo y grado de filtración varía de un instrumento a otro. Por ejemplo, existen los filtros de video, los cuales, permiten observar la señal de forma más uniforme ya que, hasta donde sea posible, eliminan el ruido. c. Filtros de frecuencia – Este tipo de filtros permite la selección de pantalla para bandas angostas o para bandas anchas en ciertas frecuencias. La banda angosta proporciona una mejora en la relación señal–ruido a una frecuencia dada, lo que evidentemente mejora la sensibilidad. En general, podemos decir que este tipo de filtros son preferidos en la detección de fallas. Los filtros en frecuencia de banda ancha son preferidos en inspecciones donde se requiera alta resolución, principalmente con el uso de transductores altamente amortiguados, de banda ancha, diseñados para este propósito.



Amplificador El instrumento se ajusta de tal forma que la altura de una señal represente la amplitud producida por un reflector de tamaño conocido en un bloque o estándar de referencia. Para determinar la diferencia entre la señal producida por la discontinuidad detectada y la señal producida por el estándar de referencia, el operador ajusta la parte más alta de la señal producida por la discontinuidad usando el control de amplificación, para producir la misma amplitud que la señal de referencia. Se deben observar las señales producidas a diferentes distancias y con diferencias en condición superficial. Los instrumentos ultrasónicos cuentan con un control de amplificación o ganancia, el cual multiplica el voltaje de la señal que regresa a una amplitud adecuada para su análisis, este control está calibrado en “decibeles” (dB), que es una unidad logarítmica, ya que las amplitudes de las señales cambian sobre un rango bastante grande. Los decibeles son usados para comprimir el rango y así medir convenientemente las diferencias en amplitud. Para convertir una relación de amplitudes a decibeles se utiliza la fórmula:

NdB = 20 log10 (A2 / A1) La ecuación inversa resulta en otra expresión útil:

A2 / A1 = 10N/20 En los instrumentos ultrasónicos detectores de fallas, el control de amplificación está diseñado, básicamente, para que puedan realizarse comparaciones de amplitud entre señales de referencia contra señales de regreso en el material que está siendo inspeccionado, y en los instrumentos ultrasónicos medidores de espesores se utiliza para incrementar la altura de las indicaciones y facilitar la determinación del espesor. Pantalla (pantalla de cristal líquido, LCD, pantalla de video, pantalla electroluminiscente, o tubo de rayos catódicos, TRC o CRT) La pantalla proporciona la información de la inspección. En los instrumentos ultrasónicos detectores de fallas los tubos de rayos catódicos fueron los más usados hace algunos años, estos usaban un haz de electrones controlado por placas de deflexión sobre una pantalla fosforescente. Hoy en día se utilizan en forma generalizada las pantallas de cristal líquido (LCD), una de las razones por las que se ha permitido reducir el tamaño de los detectores de fallas ultrasónicos.

iv. Métodos de presentación de la información

a) Presentación Tipo “A” (A-Scan) La mayoría de instrumentos en uso cuentan con una presentación básica tipo “A”, también conocida como barrido tipo “A”, como se muestra en la figura No. 36.



Figura No. 36 Instrumento ultrasónico con presentación tipo “A”

La presentación o barrido “A” se basa en una relación tiempo-amplitud. La información que registra el instrumento es mostrada por medio de “ecos, picos, reflexiones o indicaciones” sobre la pantalla, los cuales pueden ser producidos por el reflejo del ultrasonido en la pared posterior o por la presencia de discontinuidades. Con esta presentación se puede determinar: El espesor de un objeto o la profundidad o posición en la que se encuentra una

discontinuidad, y La magnitud de una discontinuidad. La presentación tipo “A” está compuesta por dos escalas: EHP – Escala horizontal de la pantalla. Está compuesta por 10 divisiones equidistantes, y cada división se compone por 5 subdivisiones. En esta escala se mide el tiempo de recorrido del ultrasonido dentro del material, desde la superficie de entrada y hasta la superficie posterior y/o alguna discontinuidad. En situaciones prácticas de inspección se usa como escala de distancia para: 1. Medir espesores de pared, 2. Determinar la profundidad a la que se encuentra una discontinuidad, y 3. Medir la distancia recorrida por el ultrasonido. EVP – Escala vertical de la pantalla. Está compuesta por 100 divisiones repartidas ya sea en 5 o 10 partes equidistantes; expresa porcentaje (%) de altura o amplitud. En general, la amplitud de las señales representa la intensidad del ultrasonido transmitido o reflejado desde superficies de pared o por discontinuidades. En situaciones prácticas de inspección se usa para estimar y evaluar la magnitud de las discontinuidades, la atenuación en materiales, la divergencia del haz y otros factores.



B) Presentación Tipo “B” (B-Scan) Para observar el perfil de la pared posterior o la forma a lo largo de una discontinuidad o su distribución a través de la sección transversal de una pieza, la presentación tipo “B” puede ser utilizada. La presentación tipo “B” muestra la sección transversal del objeto que está siendo inspeccionado. La figura No. 37 muestra un instrumento ultrasónico portátil con presentación “B”. Además de los componentes básicos de la unidad con presentación tipo “A”, se debe contar con algunas funciones adicionales: Modulación de la intensidad o brillantez por puntos en la pantalla, en proporción a la

amplitud de la señal de la discontinuidad. Deflexión del trazo en la pantalla en forma sincronizada con el movimiento del

transductor a lo largo de la pieza inspeccionada. Retención de la imagen sobre la pantalla.

Figura No. 37: Presentación “B” típica En la pantalla se tiene como referencia la superficie frontal y posterior de la pieza y se obtienen los datos de longitud y profundidad de las discontinuidades. Como se muestra en la figura No. 36, el tiempo de arribo de un pulso, en dirección vertical, se representa por una línea punteada en función de la posición del transductor, en dirección horizontal. Generalmente, la inspección se realiza por inmersión y el movimiento del transductor es automático o manual pero controlando la velocidad. b) Presentación Tipo “C” (C-Scan) Esta presentación es una vista de planta, o sea, una vista superior en forma de mapa, similar a una imagen radiográfica. En la pantalla se muestra la proyección de los detalles internos, si existe una discontinuidad se obtiene el contorno de la misma. La figura No. 57 muestra la presentación tipo “C”. En este barrido no se utilizan las reflexiones frontal y posterior, solo las reflexiones de las discontinuidades, la presentación tipo “C” es desarrollada utilizando un patrón de barrido X contra Y.



v. Material

a) Acoplante Para realizar una inspección por ultrasonido en forma satisfactoria es necesario que exista la transmisión de las ondas ultrasónicas desde el transductor a la pieza inspeccionada, para lograrlo se recurre al uso de un medio líquido o semilíquido que sirve como puente, este medio es conocido como “acoplante”. Con anterioridad se ha mencionado que el aire es un transmisor muy pobre del ultrasonido. Debido a que la diferencia de impedancias acústicas entre él y la mayoría de sólidos es muy grande, una capa muy delgada de aire evita severamente la transmisión del ultrasonido. Basándose en lo anterior, el objetivo principal del uso del acoplante es “eliminar el aire atrapado en el espacio entre las superficies del transductor y de la pieza inspeccionada”; además, sirve como lubricante para reducir la fricción entre las superficies de ambos, con lo que se reduce el desgaste del transductor y se facilita su desplazamiento sobre la superficie de la pieza. Los materiales utilizados como acoplantes podrían contar con una serie de características deseables, dentro de las que sé incluyen a: Buena humectabilidad que ayude al acoplante a “mojar” las superficies del

transductor y la pieza, Viscosidad apropiada para que el acoplante permanezca sobre la superficie de la

pieza y no se escurra fácilmente, Costo lo más bajo para que sea de fácil adquisición, Que sea fácilmente aplicado y de fácil y rápida remoción para eliminar a un grado

adecuado los residuos, No corrosivos para que no reaccione con el material inspeccionado y evitar con esto

que ciertos materiales que son susceptibles a corrosión o agrietamiento, sean afectados por la presencia de contaminantes,

No tóxico para evitar que el personal técnico sufra de intoxicación por su manejo, Que provoque atenuación lo más baja posible para reducir pérdidas de la energía

del ultrasonido dentro del propio acoplante, y Que la impedancia acústica sea similar a la de los diferentes materiales, para que

sea transmitida la mayor cantidad de energía posible del ultrasonido. Para realizar la inspección por el método de contacto, los materiales comúnmente usados como acoplantes incluyen gel, agua, aceites con varios grados de viscosidad, glicerina, pastas especiales, goma de celulosa y grasa. Para la inspección por inmersión, el agua es el acoplante ampliamente utilizado, es económica, abundante y relativamente inerte. En algunos casos es necesario agregar agentes humectantes, aditivos anticorrosivos (para prevenir la corrosión) y agentes antiespumantes (para asegurar la ausencia de burbujas y evitar el crecimiento de bacterias y algas).



El acoplante debe ser aplicado y/o dispersado sobre la superficie de la pieza inspeccionada para formar una capa uniforme y delgada. En la selección del acoplante, el técnico debe considerar todos o casi todos los factores siguientes: El acabado o condición de la superficie de la pieza, El tipo de material del objeto inspeccionado, La temperatura de la pieza, La orientación de la superficie, La disponibilidad del acoplante, y La posibilidad de reacciones químicas con la superficie. b) Bloques de calibración El ajuste de los controles del instrumento ultrasónico se facilita por el uso de bloques estándar, usados para representar características específicas del material que será inspeccionado y del sistema de inspección. Algunos bloques son utilizados para determinar las condiciones de funcionalidad del sistema de inspección. Los bloques estándar de referencia son esenciales para establecer procedimientos de inspección, para que la calibración del instrumento ultrasónico pueda realizarse repetidamente de la misma forma. El uso adecuado de bloques estándar de calibración permite la conformidad con criterios uniformes de inspección, sin importar el instrumento especifico, los transductores o las ubicaciones. Las siguientes precauciones son recomendadas para el uso de bloques de referencia: 1. Todos los procedimientos de inspección ultrasónica deberían estar basados en un

bloque estándar de referencia. Sin un estándar apropiado, la inspección puede producir eventualmente resultados inválidos,

2. Cuando se realiza la inspección en dos o más instalaciones, en todas debería haber estándares de referencia iguales (los estándares en cada una de las instalaciones deben exhibir las mismas características de respuesta ultrasónica), y

3. El funcionamiento del instrumento ultrasónico debería ser verificado con el estándar de referencia a intervalos regulares de tiempo durante los periodos de inspección.

Como muchos otros procesos de control de calidad, la inspección ultrasónica compara lo desconocido con lo conocido. En la inspección ultrasónica las propiedades desconocidas de los materiales o las características de componentes son comparadas con características conocidas y normalmente calibradas de un estándar de referencia. Las características conocidas de un estándar ultrasónico de referencia incluyen dimensiones calibradas y sus características geométricas. La selección y uso apropiado de estándares de referencia son la clave para el éxito de inspecciones ultrasónicas y permiten el uso de términos y valores que tienen significado importante cuando son usados para describir resultados de inspecciones.



Los estándares ultrasónicos de referencia son usados para muchos propósitos prácticos, incluyendo los siguientes: 1. Establecer procedimientos apropiados de inspección ultrasónica y asegurar su

validez, 2. Proporcionar mediciones de comparación reproducibles, con las cuales la calidad o

condición de un objeto pueda describirse, 3. Asegurar repetitividad de las inspecciones ultrasónicas para garantizar que la

inspección es válida, 4. Verificar el instrumento ultrasónico y el desempeño de las características de los

transductores, 5. Proporcionar mediciones de comparación para determinar la velocidad en

materiales para medir espesores de pared y/o localizar discontinuidades. Un solo estándar ultrasónico de referencia no es adecuado para todos los procedimientos de inspección ultrasónica, el tipo de estándar varia con el tipo de objeto que será inspeccionado y con el objetivo de la inspección. Aunque algunos bloques de referencia son adaptables a una variedad amplia de inspecciones ultrasónicas por la naturaleza general de su diseño. El documento E 797 Práctica Estándar para Medición de Espesores por el Método Ultrasónico Pulso-Eco de Contacto Manual, editado por ASTM, establece las siguientes condiciones generales con respecto a los bloques ultrasónicos de referencia: Se requiere uno o más bloques de referencia que tengan velocidad conocida, o que

sean del mismo material a ser examinado, además, que tengan espesores medidos con precisión y que se encuentren dentro del rango de espesores a ser medido. En general, es deseable que los espesores sean de "números redondos " en lugar de varios valores impares. Un bloque debería tener un valor de espesor cercano al máximo espesor del rango de interés y el otro bloque cercano al espesor mínimo.

El tipo de bloque que el documento E 797 de ASTM considera como el bloque que puede ser utilizado para llevar a cabo los procedimientos de calibración o estandarización son los bloques de pasos múltiples (también conocidos como de escalera) mostrados en la figura No. 38.

Figura No. 38 Bloques de pasos múltiples o de escalera



CAPITULO TRES: VARIABLES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN III

i. Selección del instrumento ultrasónico

Al llevar a cabo la medición de espesores con ultrasonido, dependiendo del tipo de industria, instalación, etc., se pueden encontrar diferencias en los tipos de componentes que requieran ser inspeccionados (como tubería, recipientes a presión, etc.) y condiciones en las que ellos se encuentren operando (con recubrimiento, con corrosión superficial, ambiente húmedo, etc.), por lo que se puede presentar debate en cuanto a la selección del instrumento ultrasónico que deba ser usado, esto es, si puede recurrirse a un medidor de espesores que cuente solo con presentación digital o debe ser usado un medidor de espesores con presentación tipo “A”. Sobre superficies protegidas con recubrimientos en buenas condiciones o sin recubrimiento, pero libres de irregularidades o contaminantes superficiales, un medidor de espesores con presentación digital es apropiado para la mayoría de procedimientos de medición, inclusive las realizadas con transductor dual. En casos en los que está presente corrosión, en donde el mejor procedimiento pudiera ser una combinación de mediciones ultrasónicas directas en áreas con superficies lisas y sin recubrimiento, complementada con la medición física directa de la profundidad de picaduras, puede ser usado un medidor de espesores con presentación digital. Pero en la gran mayoría de casos en donde la corrosión superficial es moderada o la superficie tiene un recubrimiento como pintura, es preferible usar un medidor de espesores con presentación tipo “A”. Con la presentación tipo “A” el inspector puede interpretar con gran exactitud los patrones en la pantalla comúnmente encontrados en esas condiciones y puede determinar el espesor con mayor confiabilidad. Como ejemplo, la figura No. 39 muestra las señales producidas durante la medición de espesores; la figura No. 39a muestra un patrón normal de ecos en la pantalla, generados por una superficie sin corrosión al realizar la medición del espesor sobre una placa de acero de 13 mm (0.5 pulgadas) de espesor, corresponde a una serie de ecos claros de pared posterior; el patrón en la figura No. 39b muestra ecos múltiples de pared posterior grandemente atenuados por la presencia de picaduras en la superficie posterior; finalmente, en la figura No. 39c la presencia de picaduras en la superficie frontal cambia la forma del eco de interface a la derecha (muestra el tiempo adicional en el agua entre el transductor y la superficie frontal) y reduce la amplitud de los ecos de pared posterior.



a) Superficie de acoplamiento sin corrosión, patrón de ecos normales

b) Superficie posterior con picaduras, fuerte reducción de las señales

c) Efecto de la presencia de picaduras en la superficie de acoplamiento

Figura No. 39 Efecto de la presencia de picaduras en la superficie de acoplamiento



ii. Variaciones en el objeto inspeccionado

a) Influencia del material inspeccionado Si el material no es homogéneo, pueden existir diferentes velocidades del ultrasonido en distintas zonas del objeto inspeccionado, por lo que, al realizar la calibración del instrumento, se debe tener en cuenta una velocidad promedio del ultrasonido. Sin embargo, los mejores resultados se obtienen si el instrumento se calibra con la ayuda de un bloque de referencia fabricado con el mismo material que el del objeto inspeccionado. El bloque de calibración debe tener superficies planas y paralelas, y un espesor que corresponda con el espesor máximo del objeto inspeccionado. También, el inspector debe tener presente que los tratamientos térmicos producen cambios fundamentales en la velocidad del ultrasonido, lo que debe tenerse en cuenta para la evaluación de la precisión en el espesor de pared medido por el instrumento. Si se sospecha que puedan existir modificaciones substanciales en la velocidad del ultrasonido, entonces la re calibración del instrumento debe efectuarse a intervalos cortos de tiempo, para adaptarse a los valores existentes de velocidad. Si lo anterior no se hace, pueden obtenerse valores de medición de espesores de pared incorrectos. b) Discontinuidades en el interior del material Si durante una serie de mediciones, el instrumento ultrasónico medidor de espesores repentinamente indica un valor que es considerablemente menor que el punto cercano previamente medido, la causa podría ser la presencia de una discontinuidad o falla dentro del material (por ejemplo una inclusión) desde la cual el ultrasonido ha sido reflejado en lugar de haber alcanzado y ser reflejado por la pared posterior. Si durante la medición del espesor se presenta el caso considerado en el párrafo anterior, esa zona debería ser verificada por medio de otro método adecuado de END, o recurriendo a un detector de fallas ultrasónico, con el fin de determinar la causa de ese valor extraño que haya sido medido. c) Influencia de las modificaciones en la temperatura La velocidad del ultrasonido dentro del objeto inspeccionado cambia con la temperatura del material, por ello, bajo ciertas condiciones, pueden producirse errores de medición mayores si la calibración del instrumento se realiza en un bloque de referencia frío y la medición del espesor de pared, por el contrario, se efectúa en el objeto caliente. Estos errores de medición pueden evitarse si la calibración se realiza con un bloque de referencia que se haya calentado a la misma temperatura que el objeto inspeccionado o cuando el efecto de la temperatura, sobre la velocidad del ultrasonido, se toma en cuenta utilizando un factor de corrección.



d) Aplicación del acoplante El inspector debe estar familiarizado con la aplicación del acoplante, de tal forma que sea aplicado del mismo modo en cada medición, de esta forma se evitan variaciones en el espesor del acoplante y los errores derivados en los resultados de las mediciones. La calibración del instrumento y la medición del espesor de pared deben realizarse en las mismas condiciones de acoplamiento. Para ello, se deberían utilizar pequeñas cantidades de acoplante y se debería aplicar presión uniforme sobre el transductor. e) Limpieza y condición de la superficie Muchos contaminantes tales como óxido o herrumbre, corrosión, salpicaduras de soldadura o fundente, costras, etc., que estén presentes en la superficie exterior de una pieza que deba ser inspeccionada pueden interferir con el acoplamiento del transductor y la transmisión del ultrasonido a la pieza. Por lo anterior, puede ser necesaria la limpieza de la superficie y remoción total de los contaminantes. Aunque generalmente es posible realizar mediciones de espesor a través de capas finas de óxido, como cuando el óxido es liso y se encuentra bien adherido a la superficie. También, la condición de la superficie de los objetos inspeccionados puede producir errores de medición debido a la rugosidad excesiva, por ejemplo las marcas de maquinado en la superficie de acoplamiento, pero en este caso, si la barrera acústica del transductor se orienta en ángulo recto con respecto a las marcas, no se produce este efecto. En algunos casos, se producen valores erróneos de las mediciones debido a superficies demasiado rugosas, esto se debe al exceso de acoplante que se acumula entre el transductor y la superficie del objeto inspeccionado. Las superficies muy rugosas pueden impedir el acoplamiento completo y/o adecuado (no aparecen indicaciones en la pantalla); en tales casos, se requiere el acondicionado o maquinado de la superficie. f) Superficies curvas Cuando se realicen mediciones sobre superficies curvas convexas, por ejemplo en tubería o contenedores cilíndricos, es necesario acoplar el transductor dual al centro de la superficie para que el ultrasonido sea radial. Además, La barrera acústica del transductor debe orientarse en ángulo recto con respecto al eje longitudinal del objeto inspeccionado, ver la figura No. 40. Los transductores con superficies de contacto con diámetros muy pequeños generalmente permiten un mejor acoplamiento sobre superficies curvas convexas.



Figura No. 40: Orientación de un transductor dual sobre una superficie curva convexa g) Medición de espesores de pared en objetos calientes El instrumento ultrasónico puede ser usado para la medición de espesores en materiales que se encuentren con alta temperatura superficial, cuando es utilizado junto con un transductor especial para alta temperatura (como el transductor modelo DA305, para temperaturas de hasta 600°C). También, se requiere un acoplante especialmente desarrollado para tales aplicaciones. Se recomienda proceder como se indica a continuación: Calibrar el instrumento ultrasónico medidor de espesores, como sea requerido y de

acuerdo con las instrucciones del fabricante. Limpiar completamente la superficie del objeto que será inspeccionado con un

cepillo de alambre (escobilla), si es necesario, y remover cualquier capa oxidada. Antes de usarlo y encontrándose dentro del tubo, amasar el acoplante para alta

temperatura. Aplicar una gota pequeña del acoplante (de aproximadamente 5 mm de diámetro) sobre la superficie de contacto del transductor, no sobre el objeto inspeccionado.

Acoplar el transductor cuidadosamente sobre la superficie del objeto. No mantener acoplado el transductor por más de 5 segundos. Si una lectura de

espesor no aparece en pantalla dentro de esos 5 segundos, remueva el transductor y enfríelo. Sobre superficies curvas, un buen acoplamiento puede lograrse oscilando ligeramente el transductor.

Remover cuidadosamente cualquier acoplante remanente del transductor antes de llevar a cabo cualquier medición adicional.

En el uso de transductores diseñados para alta temperatura deben tenerse en cuenta las recomendaciones del fabricante en cuanto a los tiempos de acoplamiento y enfriamiento. Enfriar con agua el transductor podría causarle daño y su destrucción.

Para evitar daños de la superficie de contacto del transductor, no se debe girar mientras se encuentre en contacto con la superficie del objeto inspeccionado.

Transductor



Con superficies curvas, debe asegurarse que la barrera acústica del transductor se encuentra alineada como se describe anteriormente. Para lograr un buen acoplamiento, se debe permitir que el acoplante se derrita durante un periodo de 2 a 3 segundos. Con temperaturas superiores a 550 ºC, el acoplante puede producir flama repentinamente. Sin embargo, esto no influye en la calidad del acoplamiento en ninguna forma. Existen aplicaciones que van más allá de las posibilidades de aplicación del instrumento ultrasónico, por lo que, si las mediciones a alta temperatura no son satisfactorias después de varios intentos usando este método, se recomienda que sea usado un transductor para alta temperatura conectado a un detector de fallas ultrasónico. Se debe utilizar un acoplante adecuado para la temperatura a la que se debe realizar la inspección, esto se debe a que los acoplantes para altas temperaturas hierven a determinada temperatura dejando un residuo duro que no es capaz de transmitir la señal ultrasónica.

iii. Variaciones del transductor

El transductor que sea usado para la medición debe encontrarse en buen estado, por lo que no debería mostrar ningún desgaste de la superficie de acoplamiento o sobre la línea de retardo. El rango de medición (campo de aplicación), indicado en las hojas de datos del transductor correspondiente, debería comprender el rango total de espesores de pared que será medido. Además, la temperatura del objeto inspeccionado debe encontrarse dentro del rango de temperaturas permitidas para el transductor seleccionado. Las tablas siguientes incluyen características importantes de operación, y los rangos de medición de una variedad de transductores de General Electric Inspection Technologies, utilizados en conjunto con la variedad de sus instrumentos ultrasónicos medidores de espesores. Los valores son aproximados y pueden variar ligeramente, la exactitud de la medición depende de la velocidad del material, condición de la superficie, temperatura y geometría del objeto, de tal forma que los valores reales deberían determinarse experimentalmente por el usuario. Transductor No. de Rango de Diámetro Frecuencia Rango de Cable Ajuste Características Uso Modelo parte medición en mm MHz Temperatura del cero especiales en mm en ºC Condiciones Para aplicaciones estándar

DA 301 56904 1.2 – 200 12.5 5 -20 – +60 DA 231 ON-Block 2,4 DA 311 57566 1.2 – 200 12.5 5 -20 – +60 DA 233 ON-Block Conector sup. 2,4 DA 401 58637 1.2 – 200 12.5 5 -20 – +60 DA 231 OFF-Block 1,2,5,6 DA 411 58857 1.2 – 200 12.5 5 -20 – +60 DA 233 OFF-Block Conector sup. 1,2,5,6 DA 451 59167 1.2 – 200 12.5 5 -20 – +60 DA 231 ON-Block 1,2,3,4 DA 461 59170 1.2 – 200 12.5 5 -20 – +60 DA 233 ON-Block Conector sup. 1,2,3,4



Transductor No. de Rango de Diámetro Frecuencia Rango de Cable Ajuste Características Uso Modelo parte medición en mm MHz Temperatura del cero especiales en mm en ºC Condiciones Para espesores de pared delgados

DA 312 56906 0.6 – 50 7.5 10 -20 – +60 DA 235 ON-Block Pared delgada 2,4 DA 412 58638 0.6 – 50 7.5 10 -20 – +60 DA 235 OFF-Block Pared delgada 1,2,5,6 DA 462 59171 0.6 – 50 7.5 10 -20 – +60 DA 235 ON-Block Pared delgada 1,2,3,4 Para espesores de pared muy gruesa

DA 303 56905 5 – 300 16.1 2 -20 – +60 DA 231 ON-Block Atenuación prom. 4 DA 403 58639 5 – 300 16.1 2 -20 – +60 DA 231 OFF-Block Atenuación prom. 1,5,6 DA 453 59168 5 – 300 16.1 2 -20 – +60 DA 231 ON-Block Atenuación prom. 1,3,4 Para materiales con alta atenuación del ultrasonido

DA 0.8G 66501 5 – 60 28.5 0.8 -10 – +60 DA 231 ON-Block Alta atenuación 4 DA 408 58644 5 – 60 28.5 0.8 -10 – +60 DA 231 OFF-Block Alta atenuación 1,5,6 DA 458 59169 5 – 60 28.5 0.8 -10 – +60 DA 231 ON-Block Alta atenuación 1,3,4 Para aplicaciones con requisitos especiales

DA 312 B16 66934 0.7 – 12 3.0 10 -20 – +60 Fijo 1.5 m ON-Block Alta corrosión 2,4 DA 312 B29 68120 0.7 – 12 3.0 10 -10 – +55 Fijo 1.5 m ON-Block Alta corrosión 2,4 KBA 525 100058 0.6 – 25 5.0 10 -10 – +55 Fijo 1.2 m OFF-Block Alta corrosión 6 FH 2 ED REM 100059 0.75 – 50 9.6 7.5 -10 – +55 Fijo 1.2 m OFF-Block Integrado a SEND 1,3,6 TC 560 100619 1.5 –200 15.9 5 -10 – +55 KBA 531 A OFF-Block Auto-C y TopCOAT 5,6 Para componentes con alta temperatura

DA 305 56911 4 – 60 16.0 5 +10 – +600 DA 235 ON-Block Temp. extrema 4 DA 315 57167 5 – 150 16.0 2 +25 – +300 DA 233 ON-Block Temp. alta 4 DA 317 57168 2 – 80 12.5 5 +25 – +300 DA 233 ON-Block Temp. alta 4 DA 319 57169 1.0 – 15 7.5 10 +25 – +300 DA 233 ON-Block Temp. alta 4 HT 400 14774 1.2 – 250 12.7 5 +10 – +530 KBA 535/536 OFF-Block Rang amp./Temp ext. 6 HT 400 A 14775 1.0 – 300 12.7 5 +10 – +530 KBA 535/536 OFF-Block Rang amp./Temp ext. 6 USO 1 Aplicaciones que incluyen documentación (transductor de diálogo inteligente, con número de serie

individual y corrección de la trayectoria en “V”) 2 Medición de espesores de pared a través de recubrimientos de pintura (medición con eco múltiple

DUAL MULTI) 3 Requisitos de exactitud en la medición a pesar del desgaste inclinado de la superficie de acoplamiento

(ajuste del cero del transductor en ambos lados) 4 Requisitos de repetitividad en la medición y exactitud (compensación de la linealidad y temperatura) 5 Mediciones sobre plásticos (ajuste del cero con el transductor desacoplado) 6 Superficies de acoplamiento rugosas o curvas (ajuste del cero con el transductor desacoplado) A continuación se describen características de otros transductores compatibles con equipos medidores de espesores marca General Electric Inspection technologies, y condiciones de la inspección que deben considerarse para su selección: Transductor Rango de Frecuencia Diámetro Rango de Cable Símbolo Principales Modelo medición MHz mm pulgadas Temperatura aplicaciones mm pulgadas en ºC FH2E-M 0.75 – 25 0.030 – 0.984 7.5 7.1 0.280 menor a 54 Incluido 1 FH2E 0.75 – 50 0.030 – 1.969 7.5 9.6 0.378 menor a 54 Incluido 1 FH2E-D 0.75 – 50 0.030 – 1.969 7.5 9.6 0.378 menor a 54 Incluido α 1, 2 FH2E-WR 0.75 – 50 0.030 – 1.969 7.5 14 0.551 menor a 54 Incluido 1, 3



Transductor Rango de Frecuencia Diámetro Rango de Cable Símbolo Principales Modelo medición MHz mm pulgadas Temperatura aplicaciones mm pulgadas en ºC FH2E-D-WR 0.75 – 50 0.030 – 1.969 7.5 14 0.551 menor a 54 Incluido α 2, 3, 8 DP 104 hasta 500 hasta 19.685 1 31.8 1.252 menor a 54 KBA-532 4 KB550FH 1.5 – 50 0.059 – 1.969 5 9.6 0.378 menor a 54 Incluido 1, 5 KBA560 1.5 – 203 0.059 – 7.992 5 15 0.591 menor a 121 KBA 531 1 KBA560-D 1.5 – 203 0.059 – 7.992 5 15 0.591 menor a 121 KBA 531 α 2, 8 KBA-560-WR 1.5 – 203 0.059 – 7.992 5 17.8 0.701 menor a 232 KBA 531 1, 3 KB550BTH 1.5 – 50 0.059 – 1.969 5 9.5 0.374 menor a 54 C-BTH 1, 5 D 560 hasta 500 hasta 19.685 5 12 0.472 menor a 60 Incluido 1 D 525 hasta 500 hasta 19.685 2.25 17 0.669 menor a 70 Incluido β 1, 6 PAN799 hasta 500 hasta 19.685 5 10 0.394 menor a 70 Incluido β 1, 6 L-708-MX-L hasta 250 hasta 9.843 5 21 0.827 menor a 60 Incluido 1 DA 301 1.2 – 200 0.047 – 7.874 5 12.5 0.492 –20 a 60 DA 231 β 1, 6 DM-401-GP 1.5 – 200 0.059 – 7.874 5 17.8 0.701 menor a 148 KBA 533 α 1, 7 PRINCIPALES APLICACIONES 1 Mediciones de precisión en materiales de acero comercial en componentes como tubería, tanques,

recipientes, calderas, etc. Niples, codos y tubería en general 2 Reconocimiento automático (cuenta con chip de diálogo inteligente) 3 Alta resistencia al desgaste 4 Componentes fundidos, materiales atenuantes y espesores muy grandes 5 Poca área de acceso 6 Medición de espesores a través de recubrimientos como pintura (con eco múltiple DUAL MULTI) 7 Medición de espesores en acero al carbono, acero inoxidable y otros; precisión en la medición 8 Tubería en general ESPECIALMENTE RECOMENDADOS CON: α Sensores de diálogo con número de serie individual y corrección del viaje en V. β Medición de espesores de pared a través de capas de pintura (Dual Multi) a) Duplicando las lecturas de la medición En la medición de espesores de pared por ultrasonido puede producirse un error peligroso si se realiza la medición del espesor de pared por debajo del rango de aplicación (rango de trabajo) indicado para el transductor que sea utilizado. En este caso, el primer eco de pared posterior normalmente es demasiado pequeño para que sea registrado por el instrumento, pero el segundo, por el contrario, tiene una amplitud suficientemente alta, por lo que es el eco registrado por el instrumento. De tal forma que resulta en la presentación de un valor de espesor de pared que corresponde al doble del espesor real; para evitar estos errores de medición, cuando el espesor que será medido se encuentre en el límite inferior del rango de aplicación de un transductor, el inspector debe realizar una medición adicional de prueba con otro transductor. En casos críticos, es recomendable efectuar las mediciones usando un instrumento que cuente con presentación “A”, ya que al observar la forma del eco se obtiene información adicional importante y se puede ajustar el instrumento para registrar el eco adecuado.



b) Precisión en la medición La precisión en la medición no es idéntica a la resolución de la pantalla del instrumento. La precisión con la que se cuenta durante la medición de espesores depende de factores tales como: La temperatura La línea de retardo del transductor La velocidad en el material La condición superficial del objeto inspeccionado c) Corrección de la trayectoria en “V” (recorrido del ultrasonido) Los transductores que tienen un solo elemento emisor y receptor (transductor sencillo) no necesitan una corrección de la trayectoria en “V” (recorrido del ultrasonido). En cambio, todos los transductores que cuentan con dos elementos, uno emisor y uno receptor (transductores duales o dobles), debido a la inclinación de los elementos, necesitan una corrección de la trayectoria en “V” (recorrido del ultrasonido) para espesores de pared menores de 60 mm en acero. De acuerdo con el documento E 797 Práctica Estándar para Medición de Espesores por el Método Ultrasónico Pulso-Eco de Contacto Manual, editado por ASTM, en la medición de espesores por debajo de 3 mm (0.125 de pulgada) hay un error inherente en la medición debido a la trayectoria en “V” que el ultrasonido recorre. El tiempo de tránsito no es linealmente proporcional a todo lo largo del espesor, y la condición se deteriora hacia el espesor más bajo del rango de medición (campo de aplicación). La variación se muestra esquemáticamente en la figura No. 41, y los valores de error típicos se muestran en la figura No. 42.

Figura No. 41: Variación del recorrido del ultrasonido por la trayectoria en “V”

Para algunos transductores, las correcciones de la trayectoria en “V” (recorrido del ultrasonido) son almacenadas en el instrumento ultrasónico medidor de espesores. En otros transductores, durante su fabricación la trayectoria en “V” (recorrido del ultrasonido) se corrige individualmente, y la corrección se almacena en el propio



transductor. Para algunos de estos transductores esta corrección también aplica para el método de medición con eco múltiple (DUAL-MULTI).

Espesor actual

Figura No. 42: Valores de error típicos por la trayectoria en “V”

d) Ajuste del cero (retardo) del transductor El ajuste del cero, retardo del cero o retardo del transductor, corresponden a la diferencia en tiempo entre el cero eléctrico y el cero acústico del transductor, lo cual es muy importante para la exactitud en la medición con transductores duales o dobles. El cero eléctrico corresponde a la superficie del o de los cristales piezoeléctricos, en donde se genera el ultrasonido, y el cero acústico corresponde a la superficie de la pieza que es el punto de entrada del ultrasonido, esto es la superficie de acoplamiento. El ajuste del cero del transductor puede cambiar bajo ciertas condiciones, como se menciona a continuación: Cambios con altas temperaturas – Si existen diferencias considerables en la temperatura ambiente entre el lugar donde se almacena el instrumento y el lugar donde se llevará a cabo la inspección, es necesario esperar aproximadamente 2 minutos después de conectar el transductor y antes de efectuar cualquier medición. Temperaturas por debajo de –10ºC – El ajuste del cero (retardo) del transductor con temperaturas ambiente por debajo de –10ºC no siempre es correcto. Para asegurar una medición correcta se recomienda realizar la calibración con 2 puntos y repetirla en el caso que se presenten cambios considerables de temperatura. Rastros de acoplante – Para asegurar un correcto ajuste del cero (retardo) del transductor, se debe remover de la superficie de acoplamiento del transductor cualquier cantidad remanente de acoplante antes de efectuar una medición adicional.

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Para efectuar el ajuste del cero del transductor existen dos métodos:

1. Ajuste del cero antes de acoplar el transductor (OFF-Block-Zeroing) Después de encender el instrumento ultrasónico, la longitud de la línea de retardo, del transductor, se determina a intervalos regulares cuando el transductor no está acoplado para medir espesores de pared. Para este método es importante que la superficie de acoplamiento del transductor se encuentre adecuadamente libre de acoplante con el fin evitar mediciones incorrectas. Este método es ventajoso donde existen superficies rugosas o curvas que puedan dificultar el acoplamiento. Para medir espesores de pared en plásticos, debe recurrirse exclusivamente a transductores con ajuste del cero antes del acoplamiento. 2. Ajuste del cero durante el acoplamiento del palpador (ON-Block-Zeroing) Después de acoplar el transductor (pero antes de cada medición del espesor), en primer lugar, se determina la longitud de la línea de retardo que le corresponde al transductor o elemento emisor, y hasta después se efectúa la medición del espesor de pared. Este método es ventajoso cuando se requiere una gran estabilidad y reproducibilidad de los valores medidos. Por ejemplo, si la temperatura de la pieza inspeccionada difiere considerablemente de la temperatura del transductor, las líneas de retardo se pueden enfriar, con lo que se reduce en tamaño o cuando se calientan se alargan. Por lo tanto, cuando se utiliza este método, para el transductor que esté siendo usado, deriva en que cada punto del cero es compensado inmediatamente antes de cada medición del espesor de pared. Para ciertos transductores, el ajuste del cero se determina como la media aritmética de ambas líneas de retardo del transductor. Así, por ejemplo, los transductores que se desgastan oblicuamente pueden mantener su tolerancia original a un grado considerablemente alto en los valores medidos.

iv. Revisión del funcionamiento de un instrumento ultrasónico medidor de espesores

A continuación se describen en forma general los controles y funciones del instrumento ultrasónico medidor de espesores modelo DMS 2 de General Electric Inspection Technologies. El instrumento ultrasónico DMS 2 es un medidor de espesores portátil con Registrador de Datos integrado. Este instrumento puede ser usado para medir el espesor de pared en una variedad de componentes diferentes, por ejemplo en tubos, tubería, recipientes a presión y otros componentes de equipos sujetos a una reducción gradual del espesor.



Esto hace que el DMS 2 sea especialmente adecuado para trabajos de medición en donde se requiere que la inspección de componentes expuestos a la corrosión sea documentada.

a. Características especiales del DMS 2 Pantalla LCD grande para visualizar el valor del espesor medido y del barrido “A”. Presentación en tamaño grande del valor del espesor medido. Rango de medición de 0.2 a 635 mm (en acero), dependiendo del transductor, el

material y la superficie. Resolución digital de 0.01 mm ó 0.1 mm (que puede seleccionarse). Unidades de medición intercambiables entre pulgadas y mm. Puede funcionar utilizando cargador para el suministro de corriente o con baterías. Protección contra el polvo y la humedad (IP54). Registrador de datos integrado para almacenar valores de espesor, barridos A ó

barridos B. Almacenamiento opcional de información adicional para cada punto de medición

(como datos del transductor, velocidad del ultrasonido, fecha, hora y calibración). Almacenamiento de hasta 20 calibraciones. Inserción de textos de comentarios de hasta 64 caracteres. Reconocimiento automático del transductor con los transductores con diálogo

inteligente o identificado, ajuste y funcionamiento óptimos, especialmente con la más alta exactitud de las mediciones gracias a los datos almacenados de la corrección individual de la trayectoria en “V” almacenada en el transductor.

Ajuste automático del cero del transductor para la calibración rápida. Corrección automática de la trayectoria en “V” para la linealidad de las mediciones a

través del rango completo de las mediciones. Función Microgrid (micro-matrices) para la inspección del entorno del punto de

medición. Método de medición dual con medición en el flanco del eco o en el pico del eco. Modo de medición de captura MINIMO con el incremento de la frecuencia de

repetición de pulsos para detectar el valor de medición más pequeño dentro de una serie de mediciones.

Método de medición con eco múltiple (DUAL-MULTI), para la medición a través de recubrimientos.

Límites mínimo y máximo programables con señales de alarma mediante LED y bocina (que puede desconectarse).

Interface RS-232 para la transmisión de datos de barridos A y B a una impresora o una PC.

Función de bloqueo para evitar modificaciones involuntarias de los valores de la calibración o ajuste.

Algunas características de funcionamiento no están disponibles en el modelo DMS 2E. Entre estas funciones y opciones no disponibles se incluyen a: Presentación del barrido B Modos de operación con transductor de elemento sencillo (SIP, pico, flanco) Modo RF (radiofrecuencia)



Descarga de mapas de bits ISO

Estructuras de archivos con 3 y 4 niveles para Caldera (Boiler), punto del usuario

(cliente), matriz del usuario (cliente) y archivos del usuario (cliente) con el programa UltraMATETM.

Algunas características de funcionamiento sólo están disponibles en el modelo DMS 2TC. Entre ellas se incluyen a: Mediciones utilizando el método TopCOAT Función Auto-V b. Controles para la operación del DMS 2

Figura No. 43: Instrumento ultrasónico medidor de espesores DMS 2 Revisión general 1- Interface serial – Para la transferencia de datos a una PC o impresora 2- Conexión para el suministro externo de corriente (+5 V de DC)



3- Conexión del transductor para conectar transductores de Krautkramer 4- Pantalla LCD – Para la presentación de valores medidos, barridos A, barridos B,

funciones, parámetros de calibración o ajuste y datos

5- LED verde – Señal de confirmación para las funciones de la tecla SEND (guardar los valores medidos)

6- Teclas con flecha – Para ajustar parámetros, seleccionar opciones y bloquear el teclado

7- Tecla SEND – Para guardar resultados de las mediciones y para iniciar el proceso de transferencia de datos a través de la interface serial

8- Teclas especiales – Para cambiar entre diferentes presentaciones de la pantalla 9- Bloque de calibración – Para realizar la calibración o ajuste del cero del transductor 10- Teclas con flechas para navegación 11- LED rojo – Señal de alarma para cuando no se ha alcanzado el valor mínimo y

cuando se ha excedido el valor máximo Teclado

Figura No. 44: Teclado del instrumento ultrasónico medidor de espesores DMS 2 Teclas con flecha Las teclas con flecha directamente debajo de la pantalla son las más utilizadas, entre todas, para el ajuste de las funciones. Estas teclas generalmente actúan sobre el parámetro mostrado arriba de ellas en la pantalla, en cada caso. Se usan para modificar el valor correspondiente o se selecciona otra opción presionando una de las teclas con flecha. Las teclas con flecha en el centro del teclado, en primer lugar sirven para la navegación. Se puede cambiar a otra función diferente a la seleccionada en la pantalla, por ejemplo, para seleccionar otro grupo de funciones o un campo de entrada. Teclas especiales



Las teclas etiquetadas como especiales tienen en parte varias funciones, que son independientes del estado actual del instrumento y de la presentación actual de la pantalla.

A continuación se describen en forma y general las teclas especiales. Tecla Función SEND Guardar los valores de las mediciones realizadas, inicia la

impresión y el proceso de transferencia de datos a la PC TEST Cambia la operación del instrumento entre el modo de medición y

el modo para la calibración o ajustes del instrumento CLR/OBST Para interrumpir procesos, insertar la nota OBST. en archivos de

mediciones PRB ZERO Inicia la calibración o ajuste manual del cero del transductor CAL/ON Para encender y apagar el instrumento, para iniciar la calibración ABC/123 Activa la pantalla para la entrada de textos NOTE Edita la lista de comentarios TG/DR Cambia entre la función para la calibración del instrumento, el

registrador de datos y el administrador de datos FILE Para crear archivos y matrices Microgrid para guardar los valores

de las mediciones realizadas Bloqueo del teclado El teclado del DMS 2 puede bloquearse para evitar cualquier cambio o modificación accidental o involuntaria de la calibración o ajustes del instrumento. Después que el teclado ha sido bloqueado, la mayoría de las funciones o parámetros ya no pueden ser modificados al presionar una tecla. Si el teclado ha sido bloqueado, aparece un icono en forma de candado cerrado en el borde superior de la pantalla. El bloqueo y desbloqueo del teclado sólo son posibles en el modo de medición (tecla TEST), no durante las operaciones con el registrador de datos o con el administrador de datos. Pantalla El DMS 2 tiene una pantalla LCD de alta resolución para la presentación de los barridos A o B, para la presentación de los valores de las mediciones, de los parámetros de calibración o ajuste importantes y símbolos o iconos, así como para la presentación de los diferentes menús. A continuación se describen en forma general las presentaciones en pantalla más importantes.



Símbolos o iconos Durante la operación normal, en el borde superior de la pantalla y a un lado de la velocidad actual del ultrasonido se encontrarán presentes diferentes símbolos o iconos relacionados con ciertas funciones o modos de operación activos, además del estado actual de funcionamiento del instrumento, ver la figura No. 45.

Figura No. 45: Presentación de símbolos o iconos Pantalla de la calibración o ajustes del instrumento Después que el DMS 2 ha sido encendido, se tiene acceso inmediatamente a los parámetros para la calibración o ajuste del instrumento. Los nombres de los diferentes grupos de funciones son mostrados directamente debajo del barrido A, las funciones del grupo de funciones seleccionado actualmente (nombre mostrado en modo invertido) pueden verse en el borde inferior de la pantalla junto con el valor de ajuste actual. La figura No. 46 muestra la pantalla después de encender el instrumento.

Figura No. 46: Presentación de los parámetros de calibración Se debe presionar la tecla TEST para cambiar al modo de medición. Esta presentación de pantalla sólo permite ajustar directamente las funciones más importantes para efectuar las mediciones. Los nombres de las funciones pueden verse en el borde inferior de la pantalla junto con el valor de ajuste actual. La figura No. 47 muestra la pantalla al seleccionar el modo de medición, después de presionar la tecla TEST.



Figura No. 47: Presentación en pantalla del modo de medición Pantalla del registrador de datos Al presionar la tecla TG/DR se cambia a la pantalla del registrador de datos. Con el registrador de datos se puede organizar mediciones, crear archivos para guardar los datos de las mediciones, administrar los datos de las mediciones y editar los valores guardados de las mediciones (por ejemplo, por medio de comentarios). En la figura No. 48 se muestra la pantalla del registrador de datos.

Figura No. 48: Presentación en pantalla del registrador de datos Pantalla de la entrada de textos Para facilitar la entrada de textos, se tiene una presentación en la pantalla con una tabla que contiene todos los caracteres disponibles. La selección de un carácter se realiza muy fácilmente con las teclas con flecha del teclado. El texto introducido puede verse directamente arriba de la tabla. La figura No. 49 se muestra la pantalla de las entrada de textos.



Figura No. 49: Pantalla de las entrada de textos Presentación en tamaño grande del valor del espesor medido Si no hay cargado ningún archivo para guardar los valores de las mediciones, el área por arriba del barrido A se utiliza para presentar en tamaño grande el valor del espesor medido actual y de la velocidad actual del ultrasonido, ver figura No. 50.

Figura No. 50: Presentación en tamaño grande del valor del espesor medido



CAPITULO CUATRO: EJERCICIOS PRÁCTICOS IV

i. Ejercicios prácticos utilizando el instrumento ultrasónico medidor de espesores.

Práctica No. 1 1. Objetivo Obtener el conocimiento para el manejo de un instrumento ultrasónico medidor de espesores del tipo pulso-eco con barrido “A” y barrido “B”, efectuando calibraciones en distancia con palpador dual por la técnica de contacto. 2. Introducción Siendo el equipo ultrasónico un instrumento de precisión, requiere un ajuste previo a cualquier trabajo de inspección para obtener respuestas cercanas a las dimensiones reales, por esta razón es importante calibrar el instrumento ultrasónico antes de realizar cualquier inspección. Por lo anterior la importancia de las prácticas de calibración. 3. Alcance Calibración en distancia con un punto Calibración en distancia con dos puntos Calibración con velocidad 4. Documentos de referencia Manual de instrucción de ultrasonido para medición de espesores. Manual de operación del instrumento ultrasónico. 5. Equipo Instrumento ultrasónico medidor de espesores modelo DMS2 o DMS Go de GE

Inspection Technologies. Cable coaxial con conectores lemo 00 a Microdot. Transductores duales o de doble cristal, de 5 MHz y 0.375”, 0.500”, 0.750” ó 1.0” de

diámetro. Cualquier bloque o juego de bloques de calibración que proporcionen dos o más

espesores diferentes. • Bloque de calibración de tipo 4 ó 5 pasos. • Acoplante.



Práctica No. 2 1. Objetivo Obtener el conocimiento para el manejo de un instrumento ultrasónico medidor de espesores del tipo pulso-eco con barrido “A” y barrido “B”, efectuando calibraciones en distancia con palpador de un solo elemento por la técnica de contacto. 2. Introducción Siendo el equipo ultrasónico un instrumento de precisión, requiere un ajuste previo a cualquier trabajo de inspección para obtener respuestas cercanas a las dimensiones reales, por esta razón es importante calibrar el instrumento ultrasónico antes de realizar cualquier inspección. Por lo anterior la importancia de las prácticas de calibración. 3. Alcance Calibración en distancia con un punto Calibración con velocidad 4. Documentos de referencia Manual de instrucción de ultrasonido para medición de espesores. Manual de operación del instrumento ultrasónico. 5. Equipo Instrumento ultrasónico medidor de espesores modelo DMS2 o DMS Go de GE

Inspection Technologies. Cable coaxial con conectores lemo 00 a Microdot. Transductores de un solo elemento, de 2.0, 2.25 o 5 MHz y 0.375”, 0.500”, 0.750” ó

1.0” de diámetro. Cualquier bloque o juego de bloques de calibración que proporcionen dos o más

espesores diferentes. • Bloque de calibración de tipo 4 ó 5 pasos. • Acoplante.



Práctica No. 3 1. Objetivo

Obtener el conocimiento para el manejo de un instrumento ultrasónico medidor de espesores del tipo pulso-eco con barrido “A” y barrido “B”, efectuando calibraciones en distancia con un palpador de cuatro cristales de haz recto por la técnica de contacto. 2. Introducción

Siendo el equipo ultrasónico un instrumento de precisión, requiere un ajuste previo a cualquier trabajo de inspección para obtener respuestas cercanas a las dimensiones reales, por esta razón es importante calibrar el instrumento ultrasónico antes de realizar cualquier inspección. Por lo anterior la importancia de las prácticas de calibración. 3. Alcance Calibración en distancia con un punto Medición Top Coat Medición utilizando la función Auto V. 4. Documentos de referencia Manual de instrucción de ultrasonido para medición de espesores. Manual de operación del instrumento ultrasónico. 5. Equipo Instrumento ultrasónico medidor de espesores modelo DMS2 o DMS Go de GE

Inspection Technologies. Cable coaxial con conectores lemo 00 a Microdot. Transductor TopCOAT (TC560). Un bloque de referencia de calibración de cobre. Cualquier bloque o juego de bloques de calibración que proporcionen dos o más

espesores diferentes. • Bloque de calibración IIW tipo I ó II. • Bloque de calibración de tipo 4 ó 5 pasos. • Acoplante.



Práctica No. 4 1. Objetivo Obtener el conocimiento para llevar a cabo la medición de espesores en cualquier material isotrópico homogéneo con el instrumento ultrasónico medidor de espesores del tipo pulso-eco con barrido “A” y barrido “B”. 2. Introducción Utilizando el equipo ultrasónico un instrumento de precisión podemos realizar mediciones en cualquier material para determinar el grado de corrosión o desgaste que ha sufrido hasta el momento de la inspección, o poder determinar en su caso si existiera alguna laminación o perdida de material por alguna otra causa. 3. Alcance Mediciones en la probeta que el instructor le proporcione, realizando una cuadricula

de tamaño adecuado para barrer el 100 % de la superficie. Elaboración de reporte. 4. Documentos de referencia Manual de instrucción de ultrasonido para medición de espesores. Manual de operación del instrumento ultrasónico. 5. Equipo Instrumento ultrasónico medidor de espesores modelo DMS2 o DMS Go de GE

Inspection Technologies. Cable coaxial con conectores lemo 00 a Microdot. Transductores de haz recto de un solo cristal, de 2.0, 2.25 ó 5 MHz y 0.375”, 0.500”,

0.750” ó 1.0” de diámetro. Cualquier bloque o juego de bloques de calibración que proporcionen dos o más

espesores diferentes. • Bloque de calibración IIW tipo I ó II. • Bloque de calibración de tipo 4 ó 5 pasos. • Acoplante.



CAPITULO CINCO: ANEXO V

En este Capítulo se incluye la traducción (sin valor técnico) del documento con designación E 797 Práctica Estándar para Medición de Espesores por el Método Ultrasónico Pulso-Eco de Contacto Manual, edición 2005, editado por ASTM.



Designación: E 797 – 95 (Re aprobada 2001)

Práctica Estándar para Medición de Espesores por el Método Ultrasónico Pulso-Eco de Contacto Manual1

Este estándar es editado bajo la designación fija E 797; el número inmediatamente después de la designación indica el año de la adopción original o, en el caso de revisión, el año de la última revisión. Un número entre paréntesis indica el año de la última re aprobación. Una letra épsilon (∈) superíndice indica un cambio editorial desde la última revisión o re aprobación.

1. Alcance

1.1 Esta práctica2 proporciona guías para la medición del espesor de materiales usando el método de contacto pulso-eco a temperaturas que no excedan 93 °C (200 °F).

1.2 Esta práctica es aplicable a cualquier material en el cual ondas ultrasónicas se propagarán a una velocidad constante a través de la parte, y de la cual pueden ser obtenidas y resueltas reflexiones posteriores.

1.3 Los valores establecidos cualquier de las unidades pulgada-libra o bien o SI deben ser considerados como el estándar. Los valores dados entre paréntesis son sólo para información.

1.4 Este estándar no pretende considerar todas las medidas de seguridad, si las hay, asociadas con su uso. Es responsabilidad del usuario de este estándar, establecer prácticas apropiadas de seguridad y salud, y determinar la aplicabilidad de limitaciones regulatorias antes de usarlo. 2. Documentos Referenciados

2.1 Estándares ASTM: E 317 Práctica para la Evaluación del Desempeño

de las Características de Sistemas de Exámenes Ultrasónicos Pulso-Eco Sin el Uso de Instrumentos Electrónicos de Medición3

E 494 Práctica para la Medición de la Velocidad Ultrasónica en Materiales3

E 1316 Terminología para Exámenes No Destructivos3

2.2 Documentos de ASNT: Manual de Ensayos No Destructivos, Segunda

Edición, Volumen 74 3. Terminología

3.1 Definiciones–Para las definiciones de los términos usados en esta práctica, referirse a la Terminología E 1316.

1 Este práctica está bajo la jurisdicción del Comité E07 de ASTM sobre Ensayos No Destructivos y es responsabilidad directa del Subcomité E07.06 sobre Procedimientos de Ensayo Ultrasónico.

4. Sumario de la Práctica 4.1 El espesor (T), cuando se mide por el

método ultrasónico pulso-eco, es el producto de la velocidad del sonido en el material y la media del tiempo de tránsito (viaje redondo de ida y vuelta) a través del material. T = Donde: T = espesor V = velocidad, y T = tiempo de transito

4.2 El instrumento ultrasónico pulso-eco mide el tiempo de tránsito del pulso ultrasónico a través de la parte.

4.3 La velocidad en el material que está siendo examinado es una función de las propiedades físicas del material. Generalmente se supone que es una constante para una determinada clase de materiales. Su valor aproximado puede obtenerse a partir de la Tabla X3.1 en la Práctica E 494 o del Manual de Ensayos No Destructivos, o puede ser determinada empíricamente.

4.4 Se requiere uno o más bloques de referencia que tengan velocidad conocida, o que sean del mismo material al que será examinado, y que tengan espesores medidos con precisión y dentro del rango de espesores a ser medidos. En general, se desea que los espesores sean "números redondos" en lugar de valores impares. Un bloque debe tener un valor de espesor cerca del máximo del rango de interés y otro bloque cerca del espesor mínimo.

Edición actual aprobada en Diciembre 10, 1995. Publicada en Febrero 1996. Originalmente publicada como E 797 – 81. Última edición previa E 797 – 94.

2 Para la aplicación del Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas, ver la Práctica relacionada SE–797 en la Sección II de ese Código.

3 Libros Anuales de Estándares ASTM, Volumen 03/03. 4 Disponible con la Sociedad Americana para Ensayos No

Destructivos, 1711 Arlingate Plaza, Columbus, OH 43228.

Vt 2



4.5 El elemento de presentación (CRT (tubo de

rayos catódicos), medidor, o pantalla digital) del instrumento debe ser ajustado para presentar valores convenientes de espesor, que dependen del rango que sea usado. El control para esta función puede tener diferentes nombres en diferentes instrumentos, incluyendo rango, barrido, material estandarizado, o velocidad.

4.6 Los circuitos relacionados con el tiempo en los diferentes instrumentos, usan varios esquemas de conversión. Un método común es el llamado conversión analógico/tiempo, en el cual el tiempo medido por el instrumento se convierte en un voltaje proporcional de corriente continua la cual se aplica al dispositivo de lectura. Otra técnica usa un oscilador de muy alta frecuencia que es modulado o registrado por las indicaciones apropiadas del eco, la salida se usa ya sea directamente al lector digital adecuado o es convertida a un voltaje para otra forma de presentación. Una relación del tiempo de tránsito contra espesor se muestra gráficamente en la Fig. 1. 5. Significado y Uso

5.1 Las técnicas descritas proporcionan una medición indirecta del espesor de secciones de materiales que no excedan temperaturas de 93 °C (200 °F). Las mediciones se realizan de un lado del objeto, sin requerir el acceso a la superficie posterior.

5.2 La medición de espesores por ultrasonido es usada extensivamente en formas básicas y productos de muchos materiales, sobre piezas maquinadas de precisión, y para determinar la reducción del espesor de pared en equipos de proceso, causada por corrosión y la erosión.

5.3 Recomendaciones para determinar las capacidades y limitaciones de instrumentos ultrasónicos medidores de espesor para aplicaciones específicas se pueden encontrar en las referencias citadas.5,6 6. Aparatos

6.1 Instrumentos–Los instrumentos medidores de espesores son divididos en tres grupos: (1) Detectores de fallas con lectura en CRT, (2) Detectores de fallas con CRT y lectura directa de espesor, y (3) Lectura directa de espesor.

6.1.1 Los detectores de fallas con lectura en CRT muestran la información del tiempo/amplitud en una presentación “A”. Las determinaciones del espesor se hacen por medio de la lectura de la distancia entre el cero corregido del pulso inicial y el primer eco que ha regresado (reflexión posterior) o entre ecos múltiples de la reflexión posterior, sobre la línea base

estandarizada de un CRT. La línea base del CRT debería ser ajustada para los incrementos de espesor deseado.

6.1.2 Los detectores de fallas con lectura numérica son una combinación de un instrumento de detección de fallas pulsado con un CRT y circuitos adicionales que proporciona la información digital del espesor. El espesor del material puede ser medido electrónicamente y presentado sobre un lector digital. El CRT proporciona un control sobre la validez de la medición electrónica revelando variables de la medición, tales como discontinuidades internas, o variaciones fuertes del eco, las cuales podrían dar lugar a lecturas inexactas.

6.1.3 Los instrumentos con lectura de espesor son versiones modificadas del instrumento pulso-eco. El tiempo transcurrido entre el pulso inicial y el primer eco o entre ecos múltiples es convertido en un medidor o lector digital. Los instrumentos son diseñados para la medición y lectura numérica directa de rangos específicos de espesores y materiales.

6.2 Unidades de Búsqueda (Transductores)–La mayoría de transductores de tipo pulso-eco (haz recto de contacto, con línea de retardo y de doble elemento) son aplicables si son usados instrumentos detectores de fallas. Si un instrumento de lectura de espesor tiene la capacidad de leer secciones delgadas, generalmente es usado un transductor de alta frecuencia altamente amortiguado. Los transductores con línea de retardo y de alta frecuencia (10 MHz o superior) son generalmente requeridos para espesores de aproximadamente menos de 0.6 mm (0.025 de pulgada). Las mediciones de materiales a altas temperaturas requieren transductores diseñados especialmente para la aplicación. Cuando se usan transductores de doble elemento, su falta de linealidad inherente generalmente requiere correcciones especiales para secciones delgadas. (Ver Fig. 2) Para un desempeño óptimo, es necesario que frecuentemente el instrumento y el transductor se pongan en coincidencia.

6.3 Bloques de Estandarización–Los requisitos generales para los bloques de estandarización apropiados están dados en 4.4, 7.1.3, 7.2.2.1, 7.3.2, y 7.4.3. Los bloques de pasos múltiples que pueden ser utilizados para esos procedimientos de estandarización son descritos en el Apéndice X1 (Figuras X1.1 y x1.2),

5 Bosselaar, H., y Goosens, J.C.J., “Método para Evaluar los Medidores Ultrasónicos de Espesores Pulso-Eco de Lectura Directa”, Evaluación de Materiales, Marzo 1971, paginas 45–50.

6 Fowler, K.A., Elfbaum, G.M, Husarek, V., y Castel, J., “Aplicaciones Instrumentos Ultrasónicos Medidores de Espesores de Precisión”, Procedente de la Octava Conferencia Mundial sobre



Ensayos No Destructivos,Canes, Francia, Septiembre 6–11, 1976, Trabajo 3F5.

ESPESOR

NOTA 1–La inclinación de la línea de conversión de la velocidad es aproximada para el acero

FIG. 1 Relación entre el Tiempo de Transito y el Espesor 7. Estandarización de los Aparatos

7.1 Caso I–Transductor de Elemento Sencillo y Contacto Directo:

7.1.1 Condiciones–El inicio de la pantalla es sincronizado con el pulso inicial. Todos los elementos de la pantalla son lineales. El espesor total es mostrado en el CRT.

7.1.2 En estas condiciones, podemos asumir que la línea de conversión de la velocidad efectiva se encuentra sobre el origen (Figura 1). Puede ser necesario restar el tiempo de la placa de contacto, para que requiera el menor uso del control de retardo. Se recomienda que los bloques de estandarización proporcionen un mínimo de dos espesores que cubran el rango de espesores que es usado para comprobar la exactitud en el rango completo.

7.1.3 Colocar el transductor sobre un bloque de estandarización de espesor conocido con acoplante adecuado y ajustar los controles del instrumento (estandarización del material, rango, barrido o velocidad) hasta que la pantalla presente la lectura adecuado del espesor.

7.1.4 Entonces las lecturas deben ser revisadas y ajustadas sobre el bloque de estandarización con el espesor de menor valor para mejorar la precisión total del sistema.

7.2 Caso II–Transductor de Elemento Sencillo con Línea de Retardo:

7.2.1 Condiciones–Cuando este transductor es usado, es necesario que el equipo sea capaz de corregir el tiempo durante el cual el sonido pasa a través de la línea de retardo, para que el final del retardo pueda hacerse coincidir con el cero del espesor. Esto requiere un control en el instrumento llamado "retardo" o un detector electrónico automático de cero del espesor.

7.2.2 En la mayoría de instrumentos, si el circuito de estandarización del material fue ajustado previamente para una velocidad dada del material, el control de retardo debería ser ajustado hasta que sea obtenida la lectura correcta del espesor en el instrumento. Sin embargo, si el instrumento puede ser completamente estandarizado con el transductor con línea de retardo, la siguiente técnica es recomendada:

7.2.2.1 Usar al menos dos bloques de estandarización. Uno debería tener un espesor cercano al máximo del rango a ser medido y el otro bloque debería tener un espesor cercano al mínimo. Por conveniencia, es preferible que el espesor sea de "números redondos" para que la diferencia entre ellos tenga también un valor conveniente de "número redondo".

VELOCIDADES MÁS BAJAS

VELOCIDADES MÁS ALTAS

TIEM

PO D

E TR

ANSI

TO, µ

s



Espesor Actual

(a) El recorrido del ultrasonido aumenta en forma proporcional con la reducción del espesor (b) Error típico en los valores de lectura

FIG. 2 Falta de Linealidad del transductor Dual

7.2.2.2 Colocar el transductor en forma secuencial en uno y después en el otro bloque, y obtener ambas lecturas. La diferencia entre esas dos lecturas debería ser determinada. Si la diferencia entre lecturas de espesor es menor que la diferencia real entre espesores, colocar el transductor sobre el bloque más grueso, y ajustar el control para estandarizar el material para ampliar el rango de espesores. Si la diferencia entre lecturas de espesor es mayor que la diferencia real entre espesores, colocar el transductor en el bloque más grueso y ajustar el control para estandarizar el material para reducir el rango de espesores. Una cierta cantidad mayor de corrección es recomendada normalmente. Colocar nuevamente el transductor secuencialmente en ambos bloques, tener en cuenta las diferencias de lectura mientras se hacen las correcciones

adicionales adecuadas. Cuando la diferencia en las lecturas de espesor es igual a la diferencia de los espesores reales, el rango de espesor del material está ajustado correctamente. A continuación, un solo ajuste del control de retardo debe permitir lecturas correctas, tanto en el extremo bajo y alto del rango de espesores.

7.2.3 Una técnica alternativa para el transductor con línea de retardo es una variante de lo que se describe en 7.2.2. Se hace una serie de ajustes secuenciales, usando el control de "retardo" para proporcionar lecturas correctas en el bloque de estandarización más delgado, y el control de "rango" para corregir las lecturas en el bloque más grueso. A veces es útil una sobre-corrección moderada. Cuando ambas lecturas son "correctas" el instrumento está ajustado adecuadamente.

LEC

TUR

A D

EL E

SPES

OR



7.3 Caso III–Transductor Dual: 7.3.1 El método descrito en 7.2 (Caso II) también

es adecuado para equipos que usan transductores duales en rangos más grandes, por arriba de 3 mm (0.125 de pulgada). Sin embargo, por debajo de esos valores existe un error inherente debido a la trayectoria en V en la que viaja el haz de sonido. El tiempo de tránsito no es linealmente proporcional con el espesor, y la condición se deteriora hacia el espesor más delgado, al final del rango. La variación también es mostrada esquemáticamente en la Fig. 2(a). Los errores típicos de valores son mostrados en la Fig. 2(b).

7.3.2 Si las mediciones se pueden hacer a través de un rango muy limitado, cercano al extremo delgado de la escala, es posible estandarizar el instrumento con la técnica del Caso II, usando bloques apropiados de estandarización delgados. Esto producirá una curva de corrección que es aproximadamente correcta sobre ese rango limitado. Tener en cuenta que eso producirá sustancialmente un error en mediciones de espesores más gruesos.

7.3.3 Si un rango amplio de espesores será medido, para estandarizar puede ser más adecuado el Caso II, usando bloques de estandarización en el extremo superior del rango y quizás a mitad hacia el extremo inferior. Por esto, pueden ser establecidas correcciones empíricas para el límite muy delgado del rango.

7.3.4 Para una pantalla de medición de lectura directa de tipo panel, es conveniente realizar estas correcciones en la pantalla como una función no lineal.

7.4 Caso IV–Secciones Gruesas: 7.4.1 Condiciones–Para usarse cuando se

requiere un alto grado de exactitud para secciones gruesas.

7.4.2 Son usados transductores de contacto directo y la sincronización del pulso inicial. El inicio de la pantalla se retarda como se describe en 7.4.4. Todos los elementos de la pantalla deberían ser alineados. El incremento del espesor es mostrado en el CRT.

7.4.3 La estandarización básica del barrido se lleva a cabo como se describe en el Caso I. El bloque seleccionado para esta estandarización debe tener un espesor que permita la estandarización de la distancia total de barrido con una precisión adecuada, es decir, cerca de 10 mm (0.4 de pulgada) o 25 mm (1.0 pulgada) en la escala completa.

7.4.4 Después de la estandarización básica, el barrido puede ser retardado. Por ejemplo, si se espera un espesor nominal de la parte de 50 a 60 mm (2.0 a 2.4 pulgadas), y el bloque básico de estandarización es de 10 mm (0.4 de pulgada), y el

incremento de espesor mostrado también será de 50 a 60 mm (2.0 a 2.4 pulgadas), se requieren los pasos siguientes. Ajustar el control de retardo para que el quinto eco de pared posterior del bloque básico de estandarización, equivalente a 50 mm (2.0 pulgadas), esté alineado con el 0 de referencia sobre el CRT. El sexto eco de pared posterior debería presentarse en el borde derecho del barrido estandarizado.

7.4.5 Esta estandarización puede ser verificada sobre bloque conocido del espesor total aproximado.

7.4.6 La lectura obtenida en el objeto desconocido puede ser agregado al valor retardado de la pantalla. Por ejemplo, si la lectura es 4 mm (0.16 pulgadas), el espesor total será de 54 mm (2.16 pulgadas). 8. Riesgos Técnicos

8.1 Los transductores duales también pueden ser usados efectivamente en condiciones de superficie rugosa. En este caso, sólo el primer eco que regresa, tal como desde el fondo de una picadura, es usado para la medición. Generalmente, se hace un barrido de búsqueda para detectar el espesor de pared mínimo remanente.

8.2 Propiedades del Material–El instrumento debe ser estandarizado en un material que tenga la misma velocidad acústica y atenuación como el material que será medido. En donde sea posible, la estandarización debería ser confirmada por la medición directa de las dimensiones del material a ser examinado.

8.3 Barrido–La velocidad máxima de exploración o barrido debería ser establecida en el procedimiento. Las condiciones del material, el tipo de equipo, y las capacidades del operador pueden requerir un barrido más lento.

8.4 Geometría: 8.4.1 Puede ser obtenida la más alta exactitud de

materiales con superficies paralelas o concéntricas. En muchos casos, es posible obtener mediciones de materiales con superficies no paralelas. Sin embargo, la exactitud de la lectura puede ser limitada y la lectura obtenida es generalmente más delgada que la zona de la sección que está siendo inspeccionada por el haz de sonido en un instante dado.

8.4.2 Las superficies curvas en diámetros relativamente pequeños muchas veces requieren técnicas y equipos especiales. Cuando son medidos diámetros pequeños, pueden ser requeridos procedimientos especiales que incluyan especímenes adicionales, para asegurar la precisión en el ajuste y la lectura.



8.5 Los materiales que se encuentren a alta

temperatura, de hasta aproximadamente 540 °C (1000 °F), pueden ser medidos con instrumentos especialmente diseñados con compensación para alta temperatura, transductores, y acoplantes. Para temperaturas elevadas se requiere la normalización de las lecturas aparentes de espesor. Una regla del pulgar muchas veces es usada como sigue: La lectura del espesor obtenida aparente, de paredes de acero que tengan temperaturas elevadas es más alta (mayor espesor) por un factor de cerca del 1% por cada 55 °C (100 °F). Así, si el instrumento fue estandarizado en una pieza de material similar encontrándose a 20 °C (68 °F), y si la lectura fue obtenida con una temperatura superficial de 460 °C (860 °F), la lectura aparente debería ser reducida en un 8%. Esta corrección es un promedio para muchos tipos de acero. Otras correcciones tendrían que ser determinadas empíricamente para otros materiales.

8.6 Instrumento–Se requiere linealidad del tiempo–base para que un cambio en el espesor del material produzca un cambio correspondiente del espesor indicado. Si un CRT es usado como lector, su linealidad horizontal puede ser verificada mediante el uso de la Práctica E 317.

8.7 Tren de Ondas de la Reflexión de Pared Posterior–instrumentos con lector de espesor directo leen el espesor en el primer medio ciclo del tren de ondas que excede un ajuste de amplitud y un tiempo fijado. Si la amplitud de la reflexión de pared posterior del material medido es diferente de la amplitud de la reflexión de pared posterior en el bloque de estandarización, el lector de espesor puede leer un medio ciclo diferente en el tren de ondas, produciendo de este modo un error. Esto puede ser reducido por:

8.7.1 El uso de bloques de estandarización que tengan características de atenuación iguales a aquellas en el material que esté siendo medido o ajustando la amplitud de la reflexión de pared posterior para que sea igual para los bloques de estandarización y para el material que esté siendo medido.

8.7.2 El uso de un instrumento con control automático de ganancia, para producir una amplitud constante de la reflexión de pared posterior.

8.8 Lecturas–Las pantallas con CRT son

recomendadas en donde las superficies reflectoras son rugosas, con picaduras, o corroídas.

8.8.1 Lectores directos de espesor, sin CRT, presenta riesgos de desajuste y lecturas incorrectas bajo ciertas condiciones de inspección, especialmente en secciones delgadas, superficies rugosas corroídas, y rangos de espesor que cambian rápidamente.

8.9 Estándares de estandarización–Puede ser

obtenida mayor precisión cuando el equipo es estandarizado en áreas de espesor conocido del material a ser medido.

8.10 Las variaciones en intensidad de la señal de eco pueden producir un error equivalente a uno o más medios ciclos de la frecuencia RF, dependiendo de las características de la instrumentación. 9. Requisitos del Procedimiento

9.1 En el desarrollo de procedimientos detallados, deberían ser considerados los siguientes elementos:

9.1.1 Instrucciones de operación del fabricante del instrumento.

9.1.2 Alcance de materiales y objetos a ser medidos.

9.1.3 Requisitos de aplicabilidad y precisión. 9.1.4 Definiciones. 9.1.5 Requisitos de. 9.1.5.1 Personal. 9.1.5.2 Equipo. 9.1.5.3 Calificación del procedimiento. 9.1.6 Procedimiento. 9.1.6.1 Condiciones de la medición. 9.1.6.2 Preparación de la superficie y acoplante. 9.1.6.3 Estandarización y tolerancias permitidas. 9.1.6.4 Parámetros de rastreo 9.1.7 Reporte. 9.1.7.1 Procedimiento usado. 9.1.7.2 Registro de estandarización. 9.1.7.3 Registro de las mediciones.

10. Reporte

10.1 Registrar la siguiente información en el momento de la medición e incluirla en el reporte:

10.1.1 Procedimiento de examen. 10.1.1.1 Tipo de instrumento. 10.1.1.2 Bloques de estandarización, tamaño y

tipo de material. 10.1.1.3 Tamaño, frecuencia y tipo de

transductor. 10.1.1.4 Método de rastreo. 10.1.2 Resultados. 10.1.2.1 Espesor máximo y mínimo medido. 10.1.2.2 Localización de las mediciones. 10.1.3 Datos del personal, nivel de certificación.

11. Palabras Clave

11.1 Examen por contacto; ensayo no destructivo; pulso eco; medición de espesores; ultrasónico.



APENDICE

(Información No Obligatoria)

X1. Bloques de Estandarización Típicos de Pasos Múltiples para la Medición de Espesores

TABLA DE DIMENSIONES TABLA DE DIMENSIONES Bloque en Bloque 4A Bloque 4A Bloque en Bloque 4A Bloque 4A Sistema Inglés Sistema Métrico Sistema Métrico Sistema Inglés Sistema Métrico Sistema Métrico Pulgadas mm mm Pulgadas mm mm

L D T D T D T L D T D T D T

NOTA 1–Material como sea especificado. NOTA 2–Acabado superficial: “T” caras Ra 0.8 µm (32 µin.) max. Otras superficies Ra 1.6 µm (63 µin.) max. NOTA 3–Localizacion para el barreno pasado opcional de 1.5 mm (1/16 de pulgada de diámetro usado para soportar el bloque durante el proceso de recubrimiento de chapado; el centro a 1.5 mm (1/16 de pulgada) de los bordes del bloque. NOTA 4–Todas las dimensiones “T” deben cumplir después de cualquier chapado o anodizado requerido. NOTA 5–Con el fin de evitar bordes afilados, minimizar la acumulación de la chapa, o eliminar en servicio incisiones y rebabas, los bordes de bloques pueden ser suavizados por biselado o redondeo, siempre que el tratamiento no reduzca la dimensión del borde de las esquinas por más de 0.5 mm (0.020 de pulgada). ABREVIATURAS L – LEYENDA D – DIMENSION T – TOLERANCIA FIG. X1.1 Bloque de Estandarización Típico de FIG. X1.1 Bloque de Estandarización Típico de Cuatro Pasos para Medición de Espesores Cinco Pasos para Medición de Espesores

NOTA 3

NOTA 3



CAPITULO SEIS: FÓRMULAS Y TABLAS VI

Fórmulas 1. Longitud de onda (mm) = ---------------------------- 2. % Energía reflejada = ------------------ X 100 3. % Energía transmitida = ------------------ X 100 Donde: Z1 = Impedancia acústica en el primer medio Z2 = Impedancia acústica en el segundo medio 4. dB = 20 log10 -------- 6. Relación de amplitudes (A

2 / A

1 ) = antilog --------

Donde: A2 / A1 = Relación de amplitudes dB = Relación de amplitudes expresada en decibeles 7. Divergencia del haz = Arc Sen ---------------- Donde: V = Velocidad del ultrasonido (km/seg; metros/seg; pulgadas/seg) D = Diámetro del transductor (mm; pulgadas) F = Frecuencia del transductor (MHz)

Velocidad (km/seg) Frecuencia (MHz)

4 Z2

– Z1

( Z2

+ Z1

)2

( Z2

– Z1

)2

( Z2

+ Z1

)2

A2

A1

dB 20

1.22 V D x F



Tabla de Propiedades Acústicas

Velocidad Velocidad Impedancia Material Longitudinal de Corte Acústica

Pulgadas/µseg cm/µseg Pulgadas/µseg cm/µseg gr/cm2µseg Aceite de motor 0.069 0.174 --- --- 0.151 Acero 1020 0.232 0.589 0.128 0.324 4.541 Acero 4340 0.230 0.585 0.128 0.324 4.563 Acero 316 0.23 0.58 0.12 0.31 4.6 Agua 0.058 0.148 --- --- 0.148 Aire 0.013 0.033 --- --- 0.00003 Aluminio 0.249 0.632 0.123 0.313 1.706 Babbit 0.091 0.23 --- --- 2.32 Berilio 0.508 1.290 0.350 0.888 2.35 Bronce 0.14 0.35 0.088 0.22 3.13 Cobre 0.183 0.466 0.089 0.226 4.161 Estaño 0.131 0.332 0.066 0.167 2.420 Gasolina 0.049 0.13 --- --- 0.10 Glicerina 0.076 0.192 --- --- 0.242 Hierro 0.232 0.590 0.127 0.323 4.543 Hierro (Gris) 0.19 0.48 0.095 0.24 3.74 Hierro (Nodular) 0.22 0.56 --- --- --- Inconel 0.229 0.582 0.119 0.302 4.947 Latón 0.174 0.443 0.083 0.212 3.730 Lucita 0.106 0.268 0.050 0.126 0.316 Magnesio 0.23 0.58 0.12 0.30 1.06 Mercurio 0.057 0.145 --- --- 1.966 Molibdeno 0.246 0.625 0.132 0.335 6.375 Monel 0.21 0.54 0.11 0.27 4.76 Níquel 0.222 0.563 0.117 0.296 4.999 Oro 0.128 0.324 0.047 0.120 6.260 Perspex 0.107 0.273 0.056 0.143 0.322 Plata 0.142 0.360 0.063 0.159 3.776 Platino 0.156 0.396 0.066 0.167 8.474 Plexiglás 0.11 0.28 0.043 0.11 0.35 Plomo 0.085 0.216 0.028 0.07 2.449 Poliamida (Nylon) 0.102 0.260 0.047 0.120 0.310 Poliestireno 0.092 0.234 --- --- 0.247 Polietileno 0.11 0.27 --- --- 0.23 PVC 0.094 0.2395 0.042 0.106 0.335 Titanio 0.240 0.610 0.123 0.312 2.769 Tungsteno 0.204 0.518 0.113 0.287 9.972 Uranio 0.133 0.337 0.078 0.198 6.302 Vidrio 0.22 0.57 0.14 0.35 1.45 Zinc 0.164 0.417 0.095 0.241 2.961 Zirconio 0.183 0.465 0.089 0.225 3.01

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MANUAL DE - LLOG S.A. de C.V. - Equipos de Pruebas No