FACULTA FACULTAD D DE ING. GEOLOGICA, MINERA, METALURGICA, GEOGRAFICA GEOGRAFI CA Y CIVIL EAP: ING METALURGICA
TITULO:
“CALIBRACION DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO CON HAZ ANGULAR” CURSO: ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS REALIZADO POR: PROFESOR: ING. ING. HÉCTOR VILLACORTA VILLACOR TA ARÉVALO ARÉVALO
PERIODO ACADEMICO: 201!II
I.
INTRODUCCIÓN
El ultrasonido industrial (UT) es un método de Inspección Volumétrica de tipo mecánico que consiste en atravesar un material con vibraciones Mecánicas genera generadas das por una onda onda ultras ultrasón ónica ica y me medir dir la trans transer erenc encia ia de energ energ!a !a ultrasónica que sucede en ese cuerpo" El Ultrasonido se basa en la capacidad de un material para trasmitir el sonido y la interacción del del sonido con el material material en inspección" inspección" #l someter un material material al ultrasonido$ sus part!culas vibran a la misma recuencia que el ultrasonido$ Es decir las part!culas del material reaccionan al ultrasonido"
CALIBRACION DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO CON HAZ ANGULAR
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II.
OBJETIVOS
&onocer la calibración y a'uste del correcto uncionamiento y sensibilidad del equipo utiliando ondas transversales antes de realiar los ensayos y la aplicación en la detección de las discontinuidades
III.
MARCO TEORICO
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CALIBRACION DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO CON HAZ ANGULAR
*a inspección ultrasónica es uno de los métodos de inspección no destructiva más ampliamente utiliado en el área metal mecánica y es usado principalmente para la detección de discontinuidades$ medición de espesores$ medición de durea y limpiea de componentes delicados$ entre otras aplicaciones" +ebido a que su operación es electrónica$ el ensayo de ultrasonido$ proporciona indicaciones prácticamente instantáneas de discontinuidades y,o lecturas de espesor y tiene mayor e-actitud en la determinación de la posición de discontinuidades internas$ estimando sus tama.os equivalentes$ orientaciones y tipo de orma" *os equipos presentan alta sensibilidad$ permitiendo la detección de discontinuidades e-tremadamente peque.as tanto como
λ / 2
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+ebido al alto poder de penetración de las ondas ultrasónicas se pueden localiar discontinuidades a gran proundidad y lo que /ace la dierencia en los equipos es la capacidad para dierenciar los ecos procedentes de discontinuidades pró-imas a la super0cie cercana$ a la pared posterior e internas" 1o presenta riesgo alguno para el operador y no tiene eectos sobre el material e-aminado y simplemente requiere el acceso a la super0cie del material a inspeccionar" 2in embargo la inspección requiere muc/a atención y concentración por parte de los operadores cali0cados$ los cuales requieren gran conocimiento técnico para el desarrollo de los procedimientos de prueba3 se considera que el UT no es el me'or método de ensayo para determinar la naturalea de las discontinuidades que se detecten" En pieas de geometr!a comple'a$ rugosas de grano grueso$ porosas o demasiado ásperas muy delgadas o no /omogéneas se /ace di!cil la inspección y siempre es necesario el uso de patrones de reerencia$ tanto para calibrar el equipo como para caracteriar las discontinuidades" 4ara realiar el ensayo se requiere de un acoplante para obtener una transerencia eectiva de las se.ales entre la piea y el palpador" El patrón de reerencia para calibración debe de ser del mismo material o parecido al que se va a inspeccionar"
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TIPOS DE ONDAS ULTRAS"NICAS Onda transversal: 2u caracter!stica es que la oscilación de las part!culas
del medio es transversal a la dirección de propagación del /a ultrasónico" 2e transmite sólo en sólidos y su velocidad de propagación es apro-imadamente la mitad de las ondas longitudinales para un mismo medio" 2on más sensibles que las ondas longitudinales debido a su menor longitud de onda$ para un mismo material y recuencia" 2u aplicación abarca el campo la detección y evaluación de discontinuidades en soldaduras$ pieas undidas$ elementos or'ados$ determinación de proundidades en discontinuidades super0ciales y en general como complemento del /a recto" Ondas superfciales: En este caso la oscilación de las part!culas del medio
es el!ptica$ 6nicamente se transmiten en sólidos con super0cies tersas$ siendo su velocidad de propagación de apro-imadamente el 789 de las ondas transversales$ se propaga a través de radios de curvatura$ teniendo una penetración má-ima de una
λ
y se emplea para la detección de
discontinuidades super0ciales" Ondas longitudinales: 2u caracter!stica principal es que la oscilación de
las part!culas de un medio es paralela a la dirección de propagación del /a ultraónico" Este tipo de onda se transmite en sólido$ l!quidos y gases pero a dierente velocidad" *as ondas longitudinales poseen una mayor velocidad de propagación3 es a partir de este tipo de onda que se obtienen los tipos de conversión de modo3 generalmente es usada para medición de espesores y detección y evaluación de discontinuidades internas en los materiales de ensayo" PALPADORES
*a /erramienta esencial del operador de ultrasonido es el palpador$ que contiene el elemento pieoeléctrico$ e-citado por una descarga eléctrica e-tremadamente corta y que transmite un pulso ultrasónico" 4or otra parte el mismo elemento genera una se.al eléctrica cuando recibe una se.al ultrasónica entonces causa la oscilación" El palpador o unidad de rastreo$ contiene dentro de s! al elemento transductor$ elemento cuya unción es transormar la energ!a mecánica en pág" 5
CALIBRACION DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO CON HAZ ANGULAR
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este caso vibraciones en energ!a eléctrica o viceversa$ as! el palpador o unidad de rastreo permite la manipulación del transductor para eectuar la e-ploración"
CLASIFICACI"N DE PALPADORES
*os 4alpadores pueden ser clasi0cados en los grupos siguientes de acuerdo a;
Palpador de haz angular: Esta ormado de un palpador de /a recto y
una cu.a de plástico llamada apata$ con ella se logra la conversión de modo por incidencia angular$ el palpador puede ser de dos tipos; &omo una unidad integral" +esmontable en dos partes" Estos 4alpadores pueden ser de ondas transversales$ longitudinales y transversales$ ondas longitudinales super0ciales y de placa o de lamb" o o
EFECTO PIEZOELÉCTRICO.
Eecto pieoeléctrico; en >??8 4ierre y Marie &urie descubrieron que materiales como el cuaro al ser sometidos a una presión mecánica
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e-terna$ producen cargas eléctricas sobre su super0cie eecto conocido como pieoeléctrico directo" En >??> *ippman descubrió el eecto contrario$ al aplicar una corriente eléctrica se produc!a una deormación mecánica o eecto pieoeléctrico inverso3 ambos eectos son proporcionales ya sea con la cantidad de energ!a eléctrica o con la deormación aplicada" *os materiales pieoeléctricos más com6nmente empleados en los equipos de UT son el cuaro$ sulato de litio$ cerámicas polariadas como el titanato de bario$ titanato irconato de plomo y el metaniobato de plomo" *os compuestos pieoeléctricos son combinaciones de materiales pieoeléctricos y alg6n otro material para me'orar el rendimiento$ el más com6n presenta un arreglo de barras cerámicas en una matri de pol!mero" &on este arreglo se consigue alta ganancia$ anc/o de banda amplia$ mayor penetración y me'or discriminación de las discontinuidades" Entre las caracter!sticas del cuaro se tienen alta resistencia al enve'ecimiento y al desgaste con temperaturas de operación alrededor de :A8B&3 pero tiene ba'a e0ciencia para conversión electromecánica y es el menos e0ciente como transmisor" En los pieoeléctricos de cuaro las ondas generadas dependen en gran parte de la dirección a lo largo de la cual los cristales ueron cortados3 los cristales de corte C generan ondas longitudinales y los cristales con corte D generan ondas transversales" El sulato de litio se obtiene por cristaliación$ posee e-celentes propiedades de amortiguamiento ac6stico lo que se traduce en una me'or resolución con una recepción óptima$ sin embargo es muy rágil y sólo cubre temperaturas de servicio má-imas de A:B&3 es un material que no enve'ece es soluble en la mayor!a de los l!quidos$ incluyendo al agua" *as cerámicas polariadas son los me'ores transmisores con temperaturas de traba'o en el rango de los 88B&$ se obtienen por sinteriación y se polarian durante el proceso de abricación poseen menos durea que el cuaro y con tendencia al enve'ecimiento3 son quebradias y en algunos presentan intererencia en el modo de conversión" INSPECCI"N POR HAZ ANGULAR.
til para el análisis de indicaciones por geometr!a producidas por desalineamiento de placas o tubos$ unión de dos espesores distintos$ pág" @
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soldadura con placa o anillo de respaldo$ uniones en esquina$ reueros e-cesivos y soldaduras de 0lete en encamisados$ etc" +urante la detección de discontinuidades$ pueden e-istir intererencias causadas por; el propio sistema de ensayo$ lo que amerita veri0cación periódica del instrumento y del sistema durante el ensayo" *as intererencias eléctricas pueden evitarse no conectando en la misma l!nea de máquinas de soldar$ /ornos eléctricos y no usar cables coa-iales deectuosos$ para no aumentar el ruido o pasto" 2e pueden presentar intererencias del palpador debido a reFe-iones en apatas y ad/erencia no adecuada del material de respaldo$ se aecta la sensibilidad y,o poder de resolución" &on la conversión de modo$ la reracción produce indicaciones secundarias no relevantes y se aecta la geometr!a de la piea$ produciéndose ondas de corte" *a diracción y el eecto de borde produce un campo con má-imos y m!nimos de la presión ac6stica3 la amplitud de las se.ales no es proporcional al tama.o ni a la proundidad de las discontinuidades creándose un campo cerrado" # través del medio de acoplamiento$ burbu'as en el agua y el uso de acoplantes viscosos en super0cies con acabado burdo$ producen se.ales parásitas debido a ondas super0ciales" &ascarillas de ó-ido$ escamas de pintura$ recubrimientos$ gotas de soldadura$ rugosidad e-cesiva$ etc"$ inter0eren en la e-ploración y aectan la sensibilidad" *a estructura de grano grueso o materiales porosos$ producen muc/o ruido y reducen el poder de penetración$ cambios locales de estructura producen indicaciones no relevantes" *a curvatura de la super0cie de barrido produce enómenos de cambio en la divergencia del /a$ aumentándola o disminuyéndola (ocaliación) y conversión de modo$ en inmersión la super0cie act6a como un lente ac6stico convergente cuando es cóncava o divergente cuando es conve-a3 el blocG patrón debe tener idéntica curvatura" En pieas gruesas a menudo e-isten discontinuidades verticales$ la onda reFe'ada no retorna al palpador3 entonces se /ace necesario un segundo palpador que /aga la unción de receptor" *a posibilidad de detección de una discontinuidad no interceptada transversalmente es muy reducida$ en este caso se utilia un ángulo adicional o una recuencia menor" pág" A
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IV.
DETALLES EXPERIMENTALES
a" 88 mm del cuadrante del bloque patrón V I$ con un medio acoplante"
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b" *igeramente mover el palpador y ma-imiar el eco desde la super0cie del cuadrante "&on el control de a'uste cero del equipo a'ustar la se.al a la distancia del recorrido del /a de >88mm "egistrar esta indicación en un esquema y realiar cálculos del recorrido del /a$ proyección /oriontal y proyección vertical"
c" &on la calibración del recorrido del /a determinar la proundidad del agu'ero de >"@mm de diámetro del bloque VI" #ntes deben realiar los cálculos de recorrido del /a$ proyección /oriontal con los datos del ángulo de proundidad del agu'ero"
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