ensayos no destructivos

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Capítulo 2 – Ensayos no destructivos Ensayo de Materiales 78 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (END) 1 2.5. INTRODUCCIÓN Los ensayos no destructivos (END) generalmente son empleados para detectar y/o localizar defectos superficiales o de volumen en los materiales o productos. Se aplican antes, durante o después del proceso de fabricación y no dañan ni dejan ninguna huella sobre el material ensayado. Son bastante empleados para controlar la calidad de los materiales o productos. También existen END que permiten obtener algunas propiedades y características de los materiales. En el presente tema sólo se abordarán los END para detectar discontinuidades en los materiales como una medida de su control de calidad. Antes de continuar con el desarrollo del presente tema, se debe tener en claro la diferencia que existe entre una discontinuidad y un defecto, diferencia que es muy importe dentro del ámbito de los END. 2.5.1. Discontinuidad Es la interrupción física en el material producto de una falta de homogeneidad mecánica como zonas del material más blandas; también puede ser una discontinuidad metalúrgica como la segregación transcristalina o transgranular, que viene a ser la variación en la composición química en el grano del centro hacia afuera. Otro tipo de discontinuidad es la falta de continuidad originada por los poros o fisuras. Una discontinuidad no tiene que ser necesariamente un defecto motivo de rechazo o reparación, ésta es un defecto cuando supera los límites establecidos en una norma, código, etc. 2.5.2. Defecto Una discontinuidad es considerada un defecto cuando su tamaño, forma, orientación, ubicación, propiedades o efecto acumulativo de varias discontinuidades, son inadmisibles para algún código o norma aplicable al material o producto. Cuando se detecte un defecto en un material o producto, éste puede ser reparado o rechazado. De acuerdo a lo anterior, cuando se realiza un ensayo no destructivo (END), se cataloga como defecto a toda discontinuidad o grupo de discontinuidades cuyas indicaciones no se encuentran dentro de los criterios de aceptación especificados por una norma o código aplicable. 2.5.3. Procedimiento general de ensayo Supongamos que se debe realizar la inspección de un determinado material o componente para comprobar si presenta defectos. De acuerdo al tipo de material o componente se elegirá el o los END que se emplearán en la inspección. Luego se procederá a inspeccionar tratando de encontrar indicaciones, estas indicaciones pueden que pueden ser falsas debido a que el método no se aplicó correctamente o porque se contaminó la superficie, como por ejemplo una simple pelusa en algunas circunstancias puede hacernos creer la existencia de una fisura. Las indicaciones también pueden ser no relevantes, y puede ser producida por la geometría de la pieza como las que se presenta en las zonas roscadas y cavidades naturales del mismo producto. Por último, si la indicación es relevante, como un poro o una fisura, se debe determinar a través del uso de normas o códigos 1 LEAN, Paul 2011 “Ensayos No Destructivos”. En Introducción a la Ingeniería de Materiales. Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú. Publicaciones para la docencia PUCP, pp. 79-89. Inédito.

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Capítulo 2 – Ensayos no destructivos Ensayo de Materiales

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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (END)1

2.5. INTRODUCCIÓN Los ensayos no destructivos (END) generalmente son empleados para detectar y/o localizar defectos superficiales o de volumen en los materiales o productos. Se aplican antes, durante o después del proceso de fabricación y no dañan ni dejan ninguna huella sobre el material ensayado. Son bastante empleados para controlar la calidad de los materiales o productos. También existen END que permiten obtener algunas propiedades y características de los materiales. En el presente tema sólo se abordarán los END para detectar discontinuidades en los materiales como una medida de su control de calidad. Antes de continuar con el desarrollo del presente tema, se debe tener en claro la diferencia que existe entre una discontinuidad y un defecto, diferencia que es muy importe dentro del ámbito de los END. 2.5.1. Discontinuidad Es la interrupción física en el material producto de una falta de homogeneidad mecánica como zonas del material más blandas; también puede ser una discontinuidad metalúrgica como la segregación transcristalina o transgranular, que viene a ser la variación en la composición química en el grano del centro hacia afuera. Otro tipo de discontinuidad es la falta de continuidad originada por los poros o fisuras. Una discontinuidad no tiene que ser necesariamente un defecto motivo de rechazo o reparación, ésta es un defecto cuando supera los límites establecidos en una norma, código, etc. 2.5.2. Defecto Una discontinuidad es considerada un defecto cuando su tamaño, forma, orientación, ubicación, propiedades o efecto acumulativo de varias discontinuidades, son inadmisibles para algún código o norma aplicable al material o producto. Cuando se detecte un defecto en un material o producto, éste puede ser reparado o rechazado. De acuerdo a lo anterior, cuando se realiza un ensayo no destructivo (END), se cataloga como defecto a toda discontinuidad o grupo de discontinuidades cuyas indicaciones no se encuentran dentro de los criterios de aceptación especificados por una norma o código aplicable. 2.5.3. Procedimiento general de ensayo Supongamos que se debe realizar la inspección de un determinado material o componente para comprobar si presenta defectos. De acuerdo al tipo de material o componente se elegirá el o los END que se emplearán en la inspección. Luego se procederá a inspeccionar tratando de encontrar indicaciones, estas indicaciones pueden que pueden ser falsas debido a que el método no se aplicó correctamente o porque se contaminó la superficie, como por ejemplo una simple pelusa en algunas circunstancias puede hacernos creer la existencia de una fisura. Las indicaciones también pueden ser no relevantes, y puede ser producida por la geometría de la pieza como las que se presenta en las zonas roscadas y cavidades naturales del mismo producto. Por último, si la indicación es relevante, como un poro o una fisura, se debe determinar a través del uso de normas o códigos

1 LEAN, Paul 2011 “Ensayos No Destructivos”. En Introducción a la Ingeniería de Materiales. Lima: Pontificia

Universidad Católica del Perú. Publicaciones para la docencia PUCP, pp. 79-89. Inédito.

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aplicables al material o producto, si la discontinuidad es aceptable o es un defecto. Si es un defecto podría ser reparado, caso contrario la pieza deberá ser rechazada. La Figura 2.38 muestra el procedimiento general para la realización de un END.

Figura 2.38. Procedimiento para la realización de un END 2.5.4. Clasificación de los END Estos ensayos se pueden clasificar en métodos superficiales y métodos de volumen. Esta clasificación está relacionada con la zona en donde el método es capaz de detectar discontinuidades. Los métodos superficiales se emplean para detectar discontinuidades abiertas a la superficie y los de volumen para detectar además, discontinuidades al interior del material. 2.5.4.1. Métodos Superficiales Los END de este grupo que normalmente son empleados para detectar defectos son la inspección visual, los líquidos penetrantes y las partículas magnéticas. Estos ensayos permiten detectar y localizar discontinuidades superficiales y en el caso del ensayo por partículas magnéticas, detectar discontinuidades subsuperficiales; es decir, discontinuidades ubicadas hasta 6 mm por debajo de la superficie. a. Inspección Visual Es el primer ensayo no destructivo que se debe realizar. A primera vista pareciera que es un ensayo relativamente simple de llevar a cabo; sin embargo, se debe tener en cuenta que al igual que en todos los END, el personal debe estar debidamente capacitado y calificado, además de tener conocimientos de normas y códigos que rigen al ensayo y al producto. Es el método más empleado dentro de los END para detectar discontinuidades en la superficie debido a que es el más fácil de aplicar, es rápido y de costo relativamente bajo. Se realiza con ayuda del ojo humano, empleando lámparas de luz, lentes de bajos aumentos, cámara de fotos, cámara de video, instrumentos de medición, boroscopios o videoscopios, etc. Algunas veces no es necesario ejecutar END adicionales, debido a que un componente puede ser rechazado en la inspección visual.

Definición del problema

Obtención de una indicación

Evaluación: Criterio de aceptación

No aceptable

Discontinuidad

Relevante

Elección del método y técnica

- Poro - Fisura - Laminación, etc.

- Inspección visual - Líquidos penetrantes - Partículas magnéticas - Radiografía, ultrasonido

No relevante

Aceptable

Defecto - Reparar - Rechazar

Falsa indicación

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El boroscopio es un accesorio que se emplea en las inspecciones visuales cuando no se dispone de un espacio físico para realizar la exploración. Es un instrumento de tamaño relativamente reducido y a través de él se puede acceder a los huecos, interior de las tuberías, interior de los balones de gas, etc. Disponen de una fuente de iluminación y una cámara que funciona normalmente por fibra óptica. Existen dos tipos de boroscopios, los rígidos y los flexibles. Los boroscopios rígidos están compuestos por una varilla rígida que lleva en un extremo la fuente de luz y un dispositivo que permite ver el interior. Los boroscopios flexibles tienen una varilla flexible, la que puede ingresar con mayor facilidad por los interiores de geometría más compleja. Por otro lado, los videoscopios tienen en el extremo una videocámara que permite tomar fotografías y grabar videos, debido a que pueden estar conectadas a una computadora. b. Líquidos Penetrantes (LP) Es un ensayo que se realiza sobre piezas para detectar discontinuidades superficiales, básicamente en materiales no porosos. Los LP ingresan por pequeñas aberturas, tales como fisuras o porosidades por una fuerte acción capilar, pudiéndose emplearse en superficies verticales y en posición de sobrecabeza. La aplicación de este tipo de ensayo normalmente se realiza en aceros y en materiales no magnéticos como aluminio, magnesio, aceros inoxidables (austeníticos), cobres, bronces, latones, etc. Es uno de los ensayos más sencillos dentro de los END, pero no menos importante por la buena relación información-costo. Presenta el pequeño inconveniente de ensuciar las superficies. Existen diversas normas que regulan este ensayo, como por ejemplo se tiene la norma ASTM E165: “Práctica estándar para la inspección por líquidos penetrantes para la industria en general”. Procedimiento de ensayo a. Primero se limpia la superficie que se quiere inspeccionar retirando óxidos, pinturas, grasas, etc.,

con ayuda de una escobilla de acero (preferentemente acero inoxidable) y aplicación de solventes.

b. Luego se aplica el líquido penetrante (LP) y se espera unos 10 minutos para que el LP penetre en las discontinuidades (Figura 2.2a).

c. Se retira el LP sobrante de la superficie que no ha penetrado en las discontinuidades (Figura 2.2b).

d. Luego se aplica el revelador, que es una especie de talco en suspensión (Figura 2.2c) y actúa como si fuera una esponja.

e. La inspección se realiza mediante el ojo humano con luz visible (LP rojo) o con ayuda de una lámpara de luz ultravioleta, conocida también como lámpara de luz negra, en el caso de emplear LP fluorescentes (de color verde) como muestra la Figura 2.2d.

f. Finalmente se realiza la limpieza. Características del LP La principal característica del LP es el de poder penetrar en el interior de las discontinuidades fácilmente, para ello debe presentar máximo poder humectante (puede quedar reducido en presencia de grasa) y mínima tensión superficial, ambos determinan la capacidad de penetración de un LP. Por otro lado debe presentar mínima viscosidad, pues influye decisivamente sobre la velocidad (tiempo) de entrada del LP en las discontinuidades. Esto puede ser un poco negativo en superficies verticales. Las superficies verticales requieren mayor viscosidad que las horizontales.

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Además, debe presentar mínima volatilidad, para garantizar la estabilidad en forma líquida del LP, ser inerte químicamente y no corrosivo con el material a inspeccionar.

a) El LP penetra b) Se retira el LP c) Aplicación del revelador d) Inspección

Figura 2.2. Principales pasos del ensayo de LP Se tienen dos tipos de LP, coloreados y fluorescentes. Los coloreados están formados por pigmentos normalmente de color rojo, lo que hace buen contraste con el fondo blanco del revelador. Los LP fluorescentes, incorporan pigmentos fluorescentes de color verde, son muy visibles bajo iluminación de luz negra (lámpara de luz ultravioleta). Tiempo de aplicación del LP En general el promedio del tiempo de penetración del LP es de 5 a 20 minutos. Existe cierta correlación entre la viscosidad y el tiempo de aplicación. El tiempo de aplicación dependerá del tipo de LP, del material a ensayar, de su estado y del tipo de discontinuidad. Reveladores Ponen de manifiesto los lugares donde ha tenido lugar una retención del LP. Tienen por misión extraer el LP de la discontinuidad proporcionando una base sobre la que el LP puede extenderse, haciendo visible la discontinuidad. Generalmente se emplean dos tipos de reveladores, polvo seco y polvo en una suspensión que puede ser un líquido volátil. El tiempo de revelado en que actúa el revelador suele ser corto, entre 30 segundos y 1 minuto. Ventajas Es un método relativamente rápido y de bajo costo, y puede ser aplicado en todos los materiales que no sean porosos. El método de ensayo es relativamente simple, y los operadores aprenden a aplicarlo apropiadamente con relativa facilidad. Desventajas Las discontinuidades deben estar abiertas y expuestas en las superficies a inspeccionar, además deben estar limpias. Los LP son difíciles de remover completamente de las discontinuidades. No se pueden aplicar en materiales porosos. Es necesario un cuarto oscuro cuando se utilicen LP fluorescentes. c. Partículas Magnéticas Éste es un método para detectar la presencia de discontinuidades superficiales y subsuperficiales (hasta 6,0 mm por debajo de la superficie) en materiales ferromagnéticos. Cuando un material ferromagnético es magnetizado, las líneas de fuerza del campo magnético se interrumpen tan pronto como se presenta alguna discontinuidad, sea superficial o subsuperficial, produciéndose en cada lado de la discontinuidad un polo norte y un polo sur. Esto es lo que se aprovecha para detectar discontinuidades, debido a que cuando se agregan las partículas magnéticas éstas se acumularán en los bordes de las discontinuidades dibujando su forma.

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Es necesario que la magnetización del componente sea el adecuado, ésta puede ser de 45° a 90° con respecto a la discontinuidad. El sentido ideal del campo magnético para la detección de una discontinuidad es cuando esté perpendicular a ella y en el caso de que esté paralela a la misma, no la detectará. Este método se realiza sólo en materiales que se puedan magnetizar como aceros, hierros fundidos, aleaciones de cobalto, aleaciones de níquel, etc. d. Procedimiento de ensayo Limpieza inicial No debe de existir pintura, grasa, aceites u otros materiales que impidan la movilidad de las partículas magnéticas. La limpieza se puede realizar con la ayuda de solventes, bencina, cepillo de metal, etc. Por ningún motivo se debe lijar la superficie debido a que puede cubrir (enmascarar) las discontinuidades. Magnetización de la pieza Se debe conseguir el direccionamiento del campo magnético deseado, que puede ser producido a través de un solenoide o por una corriente eléctrica aplicada directamente La Figura 2.3a muestra un eje al cual se le ha magnetizado longitudinalmente, por ello si el eje presenta una fisura longitudinal no podrá ser detectada, teniéndose que magnetizar el eje circularmente, como muestra la figura 2.3b. La corriente directa, corriente alterna y la corriente alterna rectificada se emplean con fines de magnetización.

a) Magnetización indirecta. Magnetización longitudinal en un eje

INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA FÍSICA. Avner, Sidney. Segunda edición, Mac Graw-Hill. México, 1987.

b) Magnetización directa. Magnetización circunferencial en un eje

Figura 2.3. Métodos de magnetización

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Tipos de corriente Para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales se emplea corriente continua la que se distribuye en todo el espesor de la pieza de manera uniforme. Los mejores resultados se obtienen cuando la corriente continua ha sido obtenida a partir de la alterna. Cuando se desee solo detectar defectos superficiales se deberá emplear corriente alterna, la que se concentra en la superficie del elemento. Aplicación de las partículas En el “método continuo” primero se aplican las partículas y luego se magnetiza la pieza, mientras que en el “método residual”, primero se magnetiza y luego se aplican las partículas magnéticas. Las partículas deben ser fijadas por los campos de fuga y ubicarse en los lados de una discontinuidad. La aplicación de las partículas puede realizarse mediante vía seca, método en el cual las partículas se aplican directamente sin emplear ningún medio; o se pueden aplicar por vía húmeda, donde las partículas están suspendidas en un medio líquido como petróleo, agua, etc. Las partículas se agrupan en los bordes de las discontinuidades dibujando su forma. Inspección e interpretación El tipo de partículas más empleadas son las fluorescentes de color verde, en donde la inspección de las discontinuidades se realiza empleando una lámpara de luz ultravioleta. En algunas ocasiones se puede emplear partículas magnéticas coloreadas, las que normalmente son de color rojo. De manera similar que en el resto de END, para realizar la inspección e interpretación el personal debe estar calificado y tener conocimiento de normas y códigos. Desmagnetización y limpieza final A veces será necesario desmagnetizar la pieza ensayada y esto se puede realizar mediante la aplicación de un campo magnético alterno decreciente o a través de un calentamiento adecuado. Permeabilidad magnética Es la capacidad de un material para atraer y hacer pasar a través suyo los campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la intensidad de campo magnético existente y la inducción magnética que aparece en el interior del material. Reluctancia Resistencia que opone un material a la creación de un flujo magnético en él. Retentividad Propiedad de los materiales para retener una cierta cantidad de magnetismo residual. Ventajas Presenta alta sensibilidad para localizar grietas pequeñas y poco profundas de la superficie de materiales ferromagnéticos. Desventaja El material debe ser ferromagnético. Para obtener los mejores resultados la discontinuidad debe presentarse en ángulo recto con la dirección del campo magnético. Muchas veces será necesaria la desmagnetización de la pieza. Las inspecciones de piezas muy grandes pueden requerir corrientes de magnetización muy grandes.

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2.5.4.2. Métodos de Volumen Dentro de los métodos de volumen, los END más empleados son los de radiografía industrial y ultrasonido. a. Radiografía industrial La radiografía industrial es utilizada para inspeccionar el interior de los materiales con el empleo de radiaciones ionizantes (rayos X o gamma), que tienen la propiedad de penetrar y atravesar los materiales e impresionar las emulsiones fotográficas (placas radiográficas) obteniéndose un registro permanente del interior. Los rayos X y gamma (γ) son rayos electromagnéticos de longitud de onda corta capaces de atravesar espesores de metal relativamente grandes, propagándose en línea recta, sin ser desviados por campos eléctricos o magnéticos. Como son rayos electromagnéticos su energía es inversa a su longitud de onda. Atraviesan todos los materiales sufriendo absorción o pérdida de energía en función del espesor y densidad del material. Las variaciones en el espesor de la pieza o las diferencias en las características de absorción causadas por variaciones en la composición, hacen que las secciones de una pieza absorban diferentes cantidades de radiación y es lo que se aprovecha a la hora de obtener una placa radiográfica, pues a mayor energía de radiación recibida por la placa mayor será el ennegrecimiento de la misma. Las radiaciones ionizantes pueden provenir de sustancias radiactivas que emiten dichas radiaciones de forma espontánea (rayos γ), o pueden ser producidos artificialmente por generadores o tubos de rayos X. Los tubos de rayos X son dispositivos electrónicos que convierten la energía eléctrica en rayos X. Las radiaciones ionizantes interaccionan con la materia viva, produciendo diversos efectos. La diferencia entre los rayos X y γ radica solamente en la forma en que se producen. Protección radiológica Las radiaciones ionizantes aumentan la probabilidad de contraer cáncer y esta probabilidad aumenta con la dosis recibida. A los efectos producidos a dosis bajas se les suele llamar efectos probabilísticos, estadísticos o estocásticos. La exposición a altas dosis de radiación ionizante puede causar quemaduras de la piel, caída del cabello, náuseas, enfermedades y hasta la muerte. Los efectos dependerán de la cantidad de radiación ionizante recibida, de la duración de la irradiación, y de factores personales tales como el sexo, edad a la que se expuso, y del estado de salud y nutrición. Aumentar la dosis produce efectos más graves y puede llegar a producir la muerte. A los efectos producidos a altas dosis se les denomina determinísticos o no estocásticos en contraposición a los estocásticos. Se debe tener en cuenta que los seres humanos no poseen ningún sentido que perciba las radiaciones ionizantes. Existen diversos tipos de instrumentos que pueden captar y medir la cantidad de radiación ionizante, como los contadores Geiger. Procedimiento de ensayo Antes de realizar el ensayo se deben tomar en cuenta todas las medidas de seguridad correspondientes como: desalojar a todo el personal cercano, establecer un perímetro de no paso, colocar lámparas que indiquen el momento en que se está irradiando, etc.

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Para realizar este ensayo se debe tener acceso por ambos lados de la muestra, como se aprecia en la Figura 2.4, por un lado se irradia y en el lado opuesto se ubica la placa radiográfica. Según el tipo de material y espesor se calculará la distancia en que se ubicará el centro de la irradiación y el tiempo. Los rayos X y γ ennegrecen la placa radiográfica, por ello si un material tiene un zonas gruesas y delgadas, las zonas gruesas aparecerán en la placa como regiones más claras que las delgadas; algo similar ocurrirá si se presenta por ejemplo un poro, éste aparecerá en la placa como una región más oscura. Una vez tomada la placa, ésta se deberá procesar a través de la siguiente secuencia: revelado, enjuague, fijado y lavado. Ahora ya se puede realizar la interpretación de la placa.

Figura 2.4. Esquema del ensayo de radiografía industrial

La Figura 2.5 muestra una placa radiográfica tomada a una unión soldada, se aprecia en el centro de la placa un canal horizontal oscuro, indicando falta de material, que en este caso es un defecto denominado falta de penetración en la raíz, defecto que se aprecia en la parte derecha de la misma Figura.

Figura 2.5. Falta de penetración en una soldadura a) Placa radiográfica y b) Esquema

Ventajas Detecta discontinuidades al interior, da la forma y tamaño de la discontinuidad, es independiente de la forma y dimensiones del material pues se pueden emplear varias placas con el fin de abarcar una gran área. Una de las razones por lo que es muy apreciado por los inspectores de calidad es que la placa radiográfica es un registro permanente. Los rayos X se pueden ajustar a varios niveles de

Radiación Rayos X o γ

Material base

Placa radiográfica

Discontinuidad

a) b)

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energía que dependerá del tipo de material y su espesor. Con los rayos γ, se obtienen altas energías de radiación durante tiempos prolongados que puede ser minutos u horas. Desventajas La sensibilidad del método decrece con el espesor de la parte a atravesar (inspeccionar), en el caso de los rayos X, el espesor máximo dependerá de la capacidad del equipo, pudiéndose llegar a inspeccionar hasta unos 75 mm de espesor de acero. Las discontinuidades que se encuentran localizadas transversalmente a la ubicación de la placa radiográfica son difíciles de detectar. Siempre se debe tener en cuenta que hay peligro de radiación, por lo que el personal debe estar debidamente protegido. Se requiere inversión de capital relativamente elevado, instalaciones espaciosas, y en algunos casos los costos de operación pueden ser altos. Existe un costo asociado a la obtención de la licencia, además que se requiere de personal entrenado para su manejo de los equipos, así como para que realice una correcta interpretación de la placa. Por lo anterior es relativamente costosa comparado con los otros tipos de END.

Definiciones – Placa radiográfica Contraste Diferencia entre dos zonas adyacentes. Definición Paso de una densidad a otra en dos regiones contiguas, cuanto más estrecha sea esta zona mejor será la definición. Sensibilidad Defecto de menor tamaño que el ensayo es capaz de detectar. b. Ultrasonido Es una técnica de gran aceptación en la industria dentro del grupo de END para la detección y localización de discontinuidades superficiales y de volumen. Utiliza ondas de sonido fuera del campo auditivo, con una frecuencia mayor a los 20 000 ciclos por segundo, de aquí el término ultrasonido. Este método puede emplearse en la mayoría de metales y aleaciones para el control de calidad. Generación de ondas ultrasónicas Las ondas ultrasónicas se generan por el llamado efecto piezoeléctrico. Si aplicamos una tensión a una plaquita de material piezoeléctrico, ésta se contraerá o se dilatará en función de la polaridad de la tensión. Si se aplica una corriente alterna, la plaquita se contraerá o se dilatará con la frecuencia, obteniéndose además ondas ultrasónicas debido a la vibración del cristal. Métodos de transmisión del ultrasonido En la actualidad existen una gran gama de equipos de ultrasonido, la selección se deberá realizar de acuerdo a las necesidades de inspección, y al sistema de transmisión del ultrasonido a través del material a inspeccionar más apropiado. Transmisión Pulso-eco El sistema pulso-eco es el sistema de transmisión del ultrasonido más empleado, que emplea un solo palpador que actúa como emisor del ultrasonido y receptor a la vez, como muestra la Figura 2.6a. Consiste en hacer incidir el ultrasonido sobre un material, de manera que la energía reflejada en las discontinuidades o en la pared posterior, proporcionan una buena base para poder valorar el

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tiempo transcurrido en ida y vuelta, de manera de permitir determinar la distancia a la cual se encuentran las discontinuidades desde la superficie o pared posterior. Transmisión Onda continua En este método se emplean dos palpadores, uno que emite las ondas de ultrasonido y es colocado sobre la superficie, y el otro que recibe las ondas y se ubica en la pared posterior, como se aprecia en la Figura 2.6b. Se basa en las variaciones que se producen en la transmisión de la energía ultrasónica a través del material como consecuencia de la presencia de discontinuidades.

a) Pulso-eco b) Onda continua

Figura 2.6. Métodos de transmisión de las ondas de ultrasonido para la inspección Procedimiento de ensayo La Figura 2.7 muestra la forma de realizar el ensayo empleando el sistema de transmisión pulso-eco. Cuando en un material se propaga una onda de ultrasonido desde su superficie hacia el interior a través de un palpador, el ultrasonido sufre fenómenos de reflexión y refracción dependiendo del material en el cual se propaga. De esta forma cuando un haz de ultrasonidos llega a una superficie de separación de dos medios diferentes (lado posterior de la superficie del material, punto 2 en la Figura 2.7) o como un poro o una impureza (punto 1 en la Figura 2.7), una parte del haz se refleja y la otra es refractada. Siendo la onda reflejada la que servirá de referencia en este tipo de ensayo. En la Figura se aprecia que es posible medir el espesor del material “e” y la profundidad a la que se encuentra la discontinuidad que es “a”, solo teniendo acceso por un solo lado del material en ensayo.

a: profundidad a la que se encuentra la discontinuidad (1) e: espesor del material en ensayo (2)

Figura 2.7. Esquema de un ensayo mediante ultrasonido

a e

Material de

ensayo

a e

Equipo de ultrasonido

Palpador

Pantalla

( 1 )

( 2 )

( 1 )

( 2 )

Material de

ensayo

Palpador 1

Palpador 2

Material de

ensayo

Palpador

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Las ondas de ultrasonido se atenúan severamente en aire y no se propagan en el vacío, se refleja desde las superficies y se refractan cuando cruzan dos medios que tienen diferentes velocidades acústicas. La inspección por ultrasonidos se utiliza para detectar y localizar discontinuidades como cavidades de contracción (rechupes), poros, fisuras, etc., superficiales o localizadas en el interior de los metales. Se puede medir el espesor de pared en recipientes cerrados, debido a que sólo es necesario tener acceso por un solo lado de la superficie de ensayo. Ventajas Proporciona indicaciones prácticamente instantáneas de la presencia de discontinuidades, presenta mayor exactitud en comparación con los demás métodos en la determinación de la posición de discontinuidades internas (tamaño, orientación, forma y profundidad); alta sensibilidad, lo que permite la detección de discontinuidades pequeñas. Tiene alto poder de penetración, algunas veces hasta 6 m en la inspección de ejes de acero por ejemplo; sólo es necesario tener acceso por una sola cara del material; no emplea radiaciones perjudiciales para el organismo humano y permite dejar un registro permanente de las inspecciones realizadas a través de la computadora; y es portátil. La inspección por ultrasonidos es un método efectivo y de bajo costo en la inspección de grandes cantidades de componentes de formas regulares y complejos. Desventajas Normalmente la inspección se debe realizar de manera manual y requiere un gran conocimiento técnico para el desarrollo del procedimiento de inspección en un determinado componente. Es necesario emplear patrones de referencia del mismo material o parecido al que se va inspeccionar, para calibrar el equipo y para caracterizar las discontinuidades. Alto costo del equipo y accesorios. Las piezas rugosas de forma irregular, muy pequeñas, delgadas y que no sean homogéneas, son difíciles de inspeccionar. Impedancia acústica (Z) Es la resistencia que opone un material al ser atravesado por un haz de ultrasonido. Si las impedancias acústicas de dos materiales son parecidas, la mayor parte del haz pasará de un material a otro y una pequeña parte del haz se reflejará. Si las impedancias de los dos materiales son muy diferentes, como metal – aire, habrá reflexión completa. Atenuación del sonido Es la pérdida de energía que sufre el haz de ultrasonido. Es función del material que es atravesado por el haz.