Introducción al ultrasonido

•¿Qué es una prueba de Ultrasonido?

•Es una herramienta útil para conocer e interpretar el estado físico de determinado material mediante una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por encima del espectro audible del oído del ser humano (aproximadamente 20.000 Hz) la reflexión del sonido es causado por las discontinuidades en el material las cuales se manifiestan en una pantalla en forma de señales (ecos).

INTRODUCCIÓN• Este método se basa en la medición de la

propagación del sonido en el medio que constituye la pieza a analizar y tiene aplicación en todo tipo de materiales. Sus distintas técnicas permiten su uso en dos campos de ensayos no destructivos: Control de calidad y Mantenimiento preventivo, siendo en esta última especialidad muy utilizados en la aeronáutica por su precisión para determinar pequeñas fisuras de fatiga en, por ejemplo, trenes de aterrizaje, largueros principales, blocks de motores, bielas, etc.

• La manifestación de estas y otro tipo de fallas es la INTERPRETACION, generalmente en un osciloscopio, lo cual lo distingue de otros métodos, ya que no nos presenta un cuadro directo de las fallas, como en el caso de las películas radiográficas. Esto trae aparejado que los resultados de este ensayo no constituyan de por si un DOCUMENTO OBJETIVO sino una INFORMACION SUBJETIVA, cuya fidelidad no puede comprobarse sin recurrir, a menudo, a otros medios. Por lo tanto requiere un conocimiento profundo, tanto de las bases del método como del dominio de la técnica, por parte del operador.

• La inspección por ultrasonido se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo mecánico, y su funcionamiento se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido y la densidad del material. Cuando se inventó este procedimiento, se medía la disminución de intensidad de energía acústica cuando se hacían viajar ondas supersónicas en un material, requiriéndose el empleo de un emisor y un receptor. Actualmente se utiliza un único aparato que funciona como emisor y receptor, basándose en la propiedad característica del sonido de reflejarse al alcanzar una interfase acústica.

• Los equipos de ultrasonido que se utilizan actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas, dependiendo del tipo de palpador utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un rango que va desde 0.25 hasta 25 MHz. Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico denominado transductor y que tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente el transductor vibra a altas frecuencias generando ultrasonido. Las vibraciones generadas son recibidas por el material que se va a inspeccionar, y durante el trayecto la intensidad de la energía sónica se atenúa exponencialmente con la distancia del recorrido. Al alcanzar la frontera del material, el haz sónico es reflejado, y se recibe el eco por otro (o el mismo) transductor. Su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos.

•Los ultrasonidos son utilizados habitualmente en aplicaciones industriales (medición de distancias, caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros). También se emplean equipos de ultrasonidos en ingeniería civil, para detectar posibles anomalías y en medicina

INSPECCIÓN POR ULTRASONIDO

• La inspección por ultrasonido es un método no destructivo en el cual un haz o un conjunto de ondas de alta frecuencia son introducidos en los materiales para la detección de fallas en la superficie y sub-superficie. Las ondas de sonido viajan a través del material disminuyéndose paulatinamente y son reflejadas a la interface. El haz reflejado es mostrado y analizado para definir la presencia y localización de fallas y discontinuidades.

•El grado de reflexión depende grandemente en el estado físico de los materiales que forman la interface. Por ejemplo: las ondas de sonido son reflejadas casi totalmente en las interfaces gas/metal. Por otro lado existe una reflectividad parcial en las interfaces metal/sólido. Grietas, laminaciones, poros, socavados y otras discontinuidades que producen interfaces reflectivas pueden ser detectadas fácilmente Inclusiones y otras partículas extrañas pueden ser también detectadas causando baja reflexión.

La mayoría de los instrumentos de inspección ultrasónica detectan fallasmonitoreando uno más de los siguientes puntos:

•  • · La reflexión del sonido de las interfaces

consistentes en los límites del material o en discontinuidades dentro del material mismo.

• · El tiempo de tránsito de la onda de sonido durante la prueba dentro de la pieza desde el punto de entrada del transductor hasta el punto de salida.

• · • La mayoría de las inspecciones ultrasónicas son

realizadas en frecuencias entre 0.1 y 25 MHz. Las onda de ultrasonido son vibraciones mecánicas, las amplitudes de las vibraciones producen esfuerzos en las piezas por debajo de su límite elástico, de esta manera los materiales no producirán deformaciones plásticas.

La inspección ultrasónica es el método no destructivo más comúnmente utilizado. Su principal aplicación es la detección de discontinuidades y defectos internos, aunque también es utilizado para detectar defectos superficiales, para definir características de la superficie tales como: medida de corrosión y espesor. Y con frecuencias menores se sirve para determinar el tamaño de grano, estructura, y constantes elásticas.

Equipo básico

•La mayoría de los equipos de inspección por ultrasonido incluyen el siguiente equipo

•básico:• · Un generador electrónico de señal que

produce ráfagas de voltaje alternadas.• · Un transductor que emite un haz de

ondas ultrasónicas cuando las ráfagas de voltaje alternado son aplicadas.

• · Un acoplador para transferir la energía de las ondas de ultrasonido a la pieza de trabajo.

• · Un acoplador que transfiere la salida de las ondas de sonido (energía acústica) de la pieza al transductor.

• · Un transductor (puede ser el mismo que el transductor que inicia las ondas ultrasónicas o puede ser otro diferente) para aceptar y convertir la ondas de ultrasonido de salida de la pieza de trabajo en ráfagas de voltaje. En la mayoría de los sistemas un transductor simple actúa como emisor y receptor.

• · Un dispositivo electrónico para amplificar y modificar las señales del

• transductor.• · Un dispositivo de salida que muestre la

informaciónresultante y la proyecte ya sea impresa o en pantalla.

• · Un reloj electrónico o un cronómetro para controlar la operación de varios componentes del sistema.

Características generales de las ondas ultrasónicas• •Las ondas ultrasónicas son ondas

mecánicas (en contraste por ejemplo con los rayos X que son ondas electromagnéticas) que consisten en vibraciones oscilatorias de partículas atómicas o moleculares de una sustancia. Las ondas de ultrasonido se

•comportan igual que las ondas onda de sonido audible. Se pueden propagar a través de un medio elástico, ya sea sólido, líquido o gaseoso, pero no al vacío.

•  •En varios aspectos, un haz de ultrasonido

es similar a un haz de luz, ambos son ondas y obedecen a la ecuación general de ondas. Cada onda viaja con características diferentes las cuales dependen del medio en el que se propaguen no de las características de la onda. Como un haz de luz, un haz de ultrasonido es reflejado de las superficies, refractado cuando cruza las fronteras entre dos

•substancias que tienen diferentes características de velocidades y difractados en los bordes o alrededor de los obstáculos.

Técnica de Medición de Espesores:

• La técnica de medición de espesores optimiza el efecto de resonancia de las ondas para conseguir mediciones precisas de espesor de pared en tuberías, tanques, etc. Permite la detección de pérdidas de espesor producidas por fenómenos degradatorios como erosión, corrosión, Flow Acelerated Corrosion (FAC), etc.

• El método de ensayo mediante ultrasonidos presenta un amplio rango de aplicaciones dentro de la industria, tanto en fabricación como en servicio:

•Inspección del volumen completo de soldaduras y recargues para detección de defectos como faltas de fusión, grietas, escorias, inclusiones, etc.

•  Inspección de componentes para detección de defectos como grietas, cavidades, inclusiones, etc.

•  Medición de espesores. Para comprobar erosiones o desgastes, vigilar envejecimientos, etc.

•  Detección de bolsas de aire o gas en tuberías de proceso para evitar cavitación en el arranque de bombas.

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