manual introduccion a los end

INTRODUCCIÓN A LOS

ENSAYOS

NO DESTRUCTIVOS

___________________________________________________________INTRODUCCIÓN A LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

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I. CAPACITACION, CALIFICACION Y CERTIFICACIÓN

1. INTRODUCCIÓN.

La repetitividad y confiabilidad de los Ensayos no Destructivos dependen en

gran medida de los conocimientos y de la habilidad de los individuos que los

realizan. Por este motivo, se debe prestar una atención especial a la capacitación

y a la adquisición de experiencia de los inspectores.

Actualmente existen varios programas aceptados a nivel internacional

para la capacitación calificación y certificación del personal que realiza los END y

son.

• La práctica Recomendada SNT-TC-1A (edición ‘96), editada por la Sociedad

Americana para los Ensayos No Destructivos, también conocida como ASNT

(American Society for Nondesructiva Testing). Este documento se sustituyó a

partir de 1.990 por la:

• “Norma ASNT para la calificación y certificación de personal de ensayos no

destructivos” ANSI/ASNT CP-189, (edición ‘95).

• ASNT Central Certification Program (ACCP). El código ASME sección V, en su

agenda 1999 a la edición del ‘98, adopta este programa. De esta manera

ACCP está considerada como una alternativa a SNT-TC-1A y CP-198.

• La DP ISO 9712-3, “Norma para la capacitación, calificación y certificación de

personal que realiza los ensayos no destructivos” (edición ‘89); que ha sido

preparada por la Organización Internacional de Normalización, ISO,

(International Standarization Organization) y por la Administración Internacional


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de Energía Atómica, IAEA, (International Atomic Energy Agency), ambas

dependientes de la ONU.

• La norma COVENIN 1999:1999 (2º revisión) “Norma Venezolana para la

calificación y certificación de personal en ensayos no destructivos” basada en

ISO 9712, vigente a nivel nacional y avalada por Fondonorma.

La principal diferencia entre la “Práctica Recomendada” por ASNT y la

“Norma” ISO antes mencionada, es que ISO exige que el personal a cualquier

nivel de calificación que realice inspecciones por END, sea certificado mediante un

examen administrado por una agencia central reconocida internacionalmente; y la

práctica SNT-TC-1A es un documento en proceso de derogación (no se seguirá

empleando).

En Marzo de 1.991, la oficina de revisión de normas del Instituto Nacional

Americano de Normalización, ANSI, aprobó la publicación de la norma ANSI/ASNT

CP-189-1991, “Norma para la calificación y certificación del personal que realiza

los ensayos no destructivos” y que viene a sustituir al documento SNT-TC-1A.

Esta Nueva norma se apega a las recomendaciones de la ISO, y exige que la

certificación del personal (inicialmente sólo los niveles III), sea realizada por una

agencia central, que es la ASNT para los Estados Unidos de América, por otra

parte también establece que sólo los niveles III certificados ante la ASNT pueden

actuar como los responsables de compañía o desempeñar las actividades de nivel

III; también establece las condiciones que deben cumplir aquellas personas que se

dediquen a la capacitación de los técnicos en ensayos no destructivos.

Cuando se habla de calificación y de certificación, normalmente los

usuarios de estos documentos pueden tener confusiones en cuanto a las

definiciones de algunos términos, por lo cual los documentos internacionales

comúnmente aceptados establecen claramente el significado de los términos que


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se dan a continuación. Al respecto, tan sólo existen diferencias mínimas, en

cuanto a redacción se refiere, entre un texto y otro.

2. ENTRENAMIENTO.

Es el programa debidamente estructurado para proporcionar los

conocimientos teóricos y desarrollar las habilidades prácticas de un individuo; a fin

de que realice una actividad definida de inspección. En este punto se establece de

forma clara y breve el programa de entrenamiento para cada técnica y nivel,

siendo el más actualizado el propuesto por ISO.

3. CALIFICACIÓN.

Es la demostración, por medio de exámenes debidamente

preparados, de que un individuo posee los conocimientos teóricos y las

habilidades necesarias para desarrollar correctamente una inspección no

destructiva; aplicar correctamente los criterios de aceptación y en su caso elaborar

y reporte de inspección. Puede incluir la elaboración de un procedimiento para

una inspección y/o la interpretación de los criterios de aceptación establecidos por

un documento escrito, que pude ser un código, una norma o una especificación.

4. CERTIFICACIÓN.

Es un testimonio escrito extendido por una agencia central certificadora

(ISO 9712) o por una empresa contratante (SNT-TC-1A), que demuestra que un

individuo ha sido capacitado; que está debidamente calificado y tiene la

experiencia suficiente para emplear correctamente un método de inspección no

destructiva.


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4.1. NIVELES DE CERTIFICACIÓN.

Los niveles se dan para cada método de inspección no destructiva y son

establecidos en función de los conocimientos, la experiencia práctica y

responsabilidades que tiene el individuo al realizar una inspección. En cuanto a

este concepto, ambos documentos tienen las mismas definiciones y niveles de

certificación.

Se ha establecido una etapa de aprendizaje y se han definido tres niveles

básicos de certificación. Estos niveles pueden ser subdivididos por la empresa

contratante o por cada comité, nacional para cubrir situaciones específicas en las

que se requiera de habilidades adicionales o de responsabilidades más

específicas. Los niveles básicos de certificación son:

4.1.1. APRENDIZ

Es el individuo que está en proceso de capacitación para ser calificado y

certificado (aún no tiene niveles de competencia). Por definición se dice, que es la

persona en entrenamiento para adquirir los conocimientos y la habilidad

necesarios para efectuar un ensayo no destructivo específico y que no podrá

realizar por sí solo una inspección, interpretar o evaluar una indicación ni emitir un

reporte de resultados antes de concluir sus períodos de capacitación teórica y

práctica, de experiencia y de aprobar su examen de calificación.

Esto debe interpretarse como que el individuo sí puede trabajar realizando

las inspecciones, pero siempre guiado por una persona calificada y certificada,

quien será en última instancia la responsable del trabajo que se esté realizando.

Sobre este punto en particular, en el caso de una Auditoria de Calidad, el aprendiz

deberá estar anotado como tal en la Lista de Personal de Ensayos no

Destructivos, lo cual permitirá además contar con registro de su experiencia previa

a la presentación de sus exámenes de calificación y la emisión de su certificación.


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4.1.2. NIVEL I

Es aquel individuo que ha sido capacitado y ha demostrado estar

debidamente calificado para efectuar correctamente la calibración de un equipo de

inspección, realizar una inspección específica, aplicar los criterios de aceptación o

rechazo definidos en un procedimiento o instrucción de inspección y reportar o

realizar los registros de estas actividades. El inspector Nivel I debe ser entrenado

y supervisado por personal certificado como nivel II o III. En este caso también

existen dudas respecto a si un nivel I puede o no emitir un veredicto de resultados;

la respuesta dependerá del contenido ly las responsabilidades que estén

establecidas en su procedimiento interno (caso SNT-TC-1ª) o de lo que establezca

la norma nacional (caso ISO 9712).

4.1.3. NIVEL II

Es aquel individuo que ha sido preparado y ha demostrado estar

debidamente calificado para efectuar correctamente las actividades antes

mencionadas para Nivel Y. Además puede ser capacitado para establecer realizar

o verificar la calibración de un equipo de prueba, interpretar los resultados

obtenidos durante una prueba, evaluándolos conforme a un código, norma o

especificación aplicable. Debe estar familiarizado con los alcances y limitaciones

de su técnica y puede ser responsable de la capacitación práctica y supervisión de

los individuos de Nivel I y de los aprendices. Tiene la capacidad para

responsabilizarse de preparar instrucciones de inspección y de organizar y emitir

los reportes de resultados de las pruebas efectuadas por el o bajo su supervisión.

4.1.4. NIVEL III

Es aquel individuo que ha sido capacitado y ha demostrado estar

debidamente calificado para efectuar correctamente las actividades definidas para

los Niveles I y II, establecer técnicas y procedimientos generales de inspección,

interpretar los códigos, normas y especificaciones para establecer, los métodos,


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técnicas y procedimientos específicos a ser empleados. Puede ser responsable de

las pruebas por Ensayo no Destructivos para los cuales este, certificado. Debe ser

capaz de interpretar y evaluar los resultados con los criterios establecidos por

códigos, normas y especificaciones.

El nivel III debe tener un conocimiento general sobre los materiales,

métodos y tecnologías de fabricación que le permitan establecer la técnica a

emplear durante la inspección no destructiva, y para asesorar en la selección de

los criterios de aceptación cuando estos no estén definidos. Debe estar

familiarizado con los demás métodos de inspección no Destructiva.

Puede ser responsable y estar capacitado para impartir el entrenamiento y

aplicar los exámenes para la certificación de los niveles I y II.

5. EXAMENES DE CALIFICACIÓN.

Los dos documentos mencionaos anteriormente también coinciden al

definir los exámenes de calificación que deben presentar los individuos a ser

certificados en los diferentes niveles de habilidad.

5.1. NIVELES I Y II.

En el caso del personal a calificar como nivel I o II, son los siguientes:

• De aptitud física.

• De conocimientos.

• De habilidad práctica.


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5.1.1. EXAMENES DE APTITUD FÍSICA

Tienen la finalidad de demostrar que el personal que realiza la inspección,

es apto para poder observar y evaluar correctamente las indicaciones. Los

exámenes físicos que se requieren son:

• De agudeza visual lejana.

• De agudeza visual cercana.

• De discriminación cromática.

El examen de agudeza visual lejana se plica empleando la carta de Snell

en y el resultado debe ser una visión 20/40 o mejor.

Para el examen de agudeza visual cercana, se emplea la carta de Jaeger

y el resultado debe ser una visión J2 o mejor. Estos resultados pueden ser

empleando prótesis (lentes); pero en tal caso, el individuo siempre deberá emplear

dicho instrumento al realizar una inspección.

Los exámenes físicos de agudeza visual cercana y lejana deben ser

presentados cada seis meses, como mínimo, por el personal que realiza

inspección visual, y deben ser anuales, como mínimo, para las demás técnicas.

El examen de discriminación cromática sólo se aplica al inicio de las

actividades de un inspector, ya que como se mencionó con anterioridad, el

daltonismo es una deficiencia genética incorregible. Para esta prueba se emplean

las cartas de Ishijara, que son láminas de diferentes colores y tonalidades. Para

aprobar, debe ser capaz de discriminar los tonos o los colores de las cartas.

Pueden ser necesarios otros exámenes físicos para el personal

ocupacionalmente expuesto a la radiación ionizante. Esto dependerá de las

reglamentaciones que sobre la materia existan en cada país o estado.


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5.1.2. EXAMENES DE CONOCIMIENTOS

Tienen la finalidad de evaluar la capacidad del individuo para realizar

ciertas actividades propias de la inspección, así como la información teórica

mínima que debe poseer para realizar una inspección, interpretación o evaluación

confiables. Estos exámenes son:

• Examen general del método.

• Examen específico.

El examen general del método es sobre los principios básicos de la

técnica y sus posibles modalidades o variantes. Normalmente las preguntas se

redactan en consideración de las necesidades de cada empresa o área de

actividad.

El examen específico se prepara, tomando como base un procedimiento

calificado de inspección. El cuestionario debe cubrir aspectos técnicos y prácticos

de los instrumentos o aparatos de inspección, procedimientos de calibración y

operación, técnicas de prueba y especificaciones que normalmente se emplean en

el trabajo cotidiano de inspección. Este examen puede incluir la interpretación y

aplicación de los criterios de aceptación establecidos por los códigos y normas

correspondientes.

5.1.3. EXAMENES DE HABILIDAD PRACTICA.

El examen de habilidad práctica consiste en la demostración de la

habilidad del aspirante para la calibración y operación correcta del equipo de

inspección, de la realización de la inspección determinad, del análisis e

interpretación de las aplicaciones obtenidas, de la aplicación de criterios de

aceptación establecidos por los códigos o normas y la elaboración de los reportes

de resultados.


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5.2. NIVEL III.

En lo que respecta a los exámenes que debe presentar un individuo a ser

capacitado y certificado como nivel III, las normas establecen que deben ser los

siguientes:

• De aptitud física.

• De conocimientos.

• De habilidad práctica.

5.2.1. EXAMENES DE APTITUD FÍSICA

Los exámenes de aptitud física son los mismos que para los niveles I y II.

5.2.2. EXAMENES DE CONOCIMIENTOS.

Esta es la parte más importante de los exámenes que debe realizar un

individuo que desea certificarse como nivel III, y si bien son similares a los de los

niveles I y II, el nivel de dificultad de los cuestionarios es mayor. Estos exámenes

son:

• Examen de conocimientos básicos.

• Examen del método.

El examen de conocimiento básicos debe ser presentado una sola vez, y

le cuestionario se forma por preguntas referentes a los diferentes medios de

fabricación (fundición, forja, laminación, extrusión, soldadura, etc.); los defectos

más comunes que se presentan en cada uno de estos procesos: las técnicas más

comunes de Ensayos No Destructivos, con un nivel de dificultad similar a las

preguntas preparadas para un nivel II; principios de control y aseguramiento de la


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calidad y sobre temas relacionados con los mecanismos de certificación que se

empleen en la empresa que contrata sus servicios o del área industrial en la que

realizará las inspecciones.

El examen del método consiste en una evaluación a profundidad de los

conocimientos sobre un método específico; por ejemplo, radiografía. El

cuestionario de este examen debe basarse en el manejo de los equipos y técnicas

empleados en cada empresa (SNT-TC-1ª) a un área industrial específica, por

ejemplo la metalmecánica (ISO 9712); las normas y especificaciones aplicables a

un producto o servicio. Debe incluir los criterios empleados para la elaboración de

procedimientos, criterios de aceptación e interpretación de códigos y normas, así

como el manejo, aplicación e interpretación de procedimientos ya calificado de

inspección no destructiva.

5.2.3. EXAMENES DE HABILIDAD PRACTICA.

Para los niveles III, estos exámenes pueden ser similares a los que se

aplican a los niveles I y II o puede ser la elaboración y calificación de un

procedimiento para una inspección determinada.

5.3. APROBACIÓN.

Para que se considere que el aspirante ha aprobado cualquiera de los

exámenes antes mencionados para los diferentes niveles, la calificación no pude

ser menor a 70/100. Posteriormente, los resultados de los exámenes de

conocimientos e promedian con los exámenes prácticos para todos los niveles y

este promedio no debe ser inferior 80/100.

Adicionalmente, no se pude certificar personal que no tenga una

experiencia práctica en la realización de inspecciones. En el cado del Nivel I, éste,

primero debió adquirir cierta experiencia actuando como aprendiz. Para los

niveles II, el individuo debió adquirir cierta experiencia actuando como aprendiz.


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Para los niveles II, el individuo debió trabajar un tiempo como nivel I y finalmente

un nivel II, debió ser previamente aprendiz, nivel I y trabajar al menos uno o dos

años como nivel II, antes de poder aspirar a ser certificado como nivel III. Toda

esta experiencia debe ser demostrada documentalmente y mantenida en archivos

para su verificación en caso de ser necesaria.

5.4. EMISIÓN DE CERTIFICADOS.

Los lineamientos para que se realice la certificación del personal a

cualquiera de los niveles antes citados debe estar contenida en una

“Especificación para la capacitación, calificación y certificación del personal que

realiza ensayos no destructivos” (“Práctica escrita para SNT-TC-1A” y “Norma

Nacional para ISO 9712”). El certificado, APRA que sea válido, es un documento

que debe contener como mínimo los siguientes puntos.

• Nivel de escolaridad de los individuos.

• Programa de entrenamiento.

• Experiencia inicial de los individuos antes de certificarse en cualquier nivel.

• Forma en que se realizarán los exámenes de certificación.

• Vigencia de los certificados.

La ISO y ASNT establecen un período de vigencia de la certificación que

normalmente tiene una validez de tres años para los niveles I y II; y de cinco años

para el nivel III. La certificación expira cuado el individuo deja de laborar con la

empresa que lo ha examinado y certificado, (SNT-TC-1 A), ó cuando se cambia de

un área industrial a otra; por ejemplo, de aeronáutica a metalmecánica o viceversa

(ISO 9712). En este último caso, sólo es necesario presentar el examen especifico

de la nueva área de trabajo.

Como se puede observar, existen una serie de lineamientos obligatorios a

ser seguidos para cumplir con los documentos de aceptación internacional. El


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documento más frecuentemente aplicado es el SNT-TC- 1 A, por las siguientes

razones:

• Es el indicado por las normas norteamericanas, ya que son las más aceptadas

dentro de los criterios industriales.

• Es la más “liberal” en cuanto a certificación se refiere.

• La “Norma” ISO 9712 es de emisión reciente (1992).

Por lo tanto, se concluye que si una entidad quiere seguir el esquema de

la ASNT, debe establecer e implementar un programa bien definido para la

capacitación del personal de ensayos no destructivos; ya que de otra forma la

inspección en vez de reducir costos los puede incrementar. En este caso es

recomendable que la elaboración e implementación del programa de capacitación

y que la especificación de capacitación, calificación y certificación la realice una

persona con nivel III, de preferencia certificado por la ASNT (actualmente ya es

requisito obligatorio para algunos códigos) y con amplia experiencia en este tipo

de actividades.

En 1.989, la ASNT e ISO llegaron a un acuerdo de armonización de estos

esquemas de certificación; en el cual se estableció que ASNT (específicamente la

industria norteamericana) debe homogeneizar con ISO el esquema de certificación

de niveles III en un lapso de 5 años; y que en un lapso de 10 años

homogeneizará el esquema de certificación de niveles I y II. El primer paso de este

acuerdo ha sido la publicación de la “Norma ANSI/ASNT CP-189-91, para la

calificación y certificación de personal que realiza ensayos no destructivos”.


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INDICE DE CONTENIDOS CAPITULO I______________________________________________________________

INTRODUCCIÓN LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

TÉCNICAS DE INSPECCIÓN SUPERFICIAL TÉCNICAS DE INSPECCIÓN VOLUMÉTRICA TÉCNICAS DE INSPECCIÓN DE LA INTEGRIDAD O HERMETICIDAD VENTAJAS DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS BENEFICIOS DEL EMPLEO DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS SELECCIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO ADECUADO

CAPITULO II_______________________________________________________________

TÉCNICAS DE INSPECCIÓN SUPERFICIAL

INSPECCIÓN VISUAL

REQUISITOS DE LA INSPECCIÓN VISUAL HERRAMIENTAS PARA LA INSPECCIÓN VISUAL VENTAJAS DE LA INSPECCIÓN VISUAL LIMITACIONES DE LA INSPECCIÓN VISUAL

LÍQUIDOS PENETRANTES

REQUISITOS DE LA INSPECCIÓN DE LIQUIDOS PENETRANTES SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN APLICACIONES VANTAJAS DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES LIMITACIONES DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES

PARTÍCULAS MAGNÉTICAS REQUISITOS DE LA INSPECCIÓN DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS SECUENCIAS DE LA INSPECCIÓN VENTAJAS DE LAS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS LIMITACIONES DE LAS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

ELECTROMAGNETISMO (CORRIENTES EDDY)

REQUISITOS PARA LA INSPECCIÓN POR ELECTROMAGNETISMO SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN


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VENTAJAS DEL ELECTROMAGNETISMO LIMITACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO RESUMEN

CAPITULO III_______________________________________________________________

TÉCNICAS DE INSPECCIÓN VOLUMÉTRICA

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL

REQUISITOS Y SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN APLICACIONES VENTAJAS DE LA RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL LIMITACIONES DE LA RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL

ULTRASONIDO INDUSTRIAL

REQUISITOS Y SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN APLICACIONES VANTAJAS DEL ULTRASONIDO INDUSTRIAL LIMITACIONES DEL ULTRASONIDO INDUSTRIAL

EMISIÓN ACÚSTICA REQUISITOS Y SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN APLICACIONES VENTAJAS DE LA EMISIÓN ACÚSTICA LIMITACIONES DE LA EMISIÓN ACÚSTICA

RESUMEN

CAPITULO IV______________________________________________________________

CAPACITACIÓN, CALIFICACIÓN Y CERTIFICACIÓN

EXÁMENES DE CALIFICACIÓN

EXPERIENCIA PRÁCTICA EMISIÓN DE LOS CERTIFICADOS


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CAPITULO I_____________________________________________________________

INTRODUCCIÓN

Los ensayos no destructivos (END) aparecen como una expresión de la

actividad inteligente del hombre en sus primeros deseos de dominar y transformar

la naturaleza.

Pese a su aplicación continuada en el tiempo sólo se les reconoce como

medio sistemático de ensayo de los materiales a principios de la era industrial y

recién hace algunas décadas como una nueva disciplina tecnológica.

Su introducción en la tecnología de los materiales se hace a través del

control de calidad, aunque también se emplearon en el mantenimiento de equipos

y por razones de seguridad. Un ejemplo de ello, el ensayo de sonido (golpe de

martillo) en las llantas de vagones ferroviarios en servicio.

El poder asegurar que las condiciones de funcionalidad y contabilidad de un

producto se cumplan dentro de las especificaciones de su diseño, ha sido una

preocupación constante en el desarrollo industrial. El primer enfoque se hizo a

través del control de calidad. Actualmente los requerimientos que aparecen en las

nuevas áreas de avance tecnológico han impulsado el perfeccionamiento de la

metodología de calidad con la aplicación de nuevos conceptos, tales como la

garantía de calidad y los sistemas totales de calidad. Dentro de éstos conceptos

los END constituyen una herramienta de importancia relevante con un campo muy

amplio de aplicación a nivel de ingeniería.


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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DE LOS MATERIALES

Definiciones:

Ensayos No Destructivos: Disciplinas tecnológicas que reúnen una serie de

métodos que permiten obtener una información sobre propiedades, estructuras y

condiciones de un material o componente, sin modificar su aptitud para el servicio.

Disciplina: Observancia de las leyes y ordenamientos de una profesión.

Tecnología: Conjunto de los conocimientos propios de un oficio mecánico o arte

industrial.

Objetivos de los E.N.D.

• Detectar discontinuidades en materiales y estructuras sin destrucción de los

mismos (DETECCIÓN).

• Determinar la ubicación, orientación, forma, tamaño y tipo de

discontinuidades (EVALUACIÓN).

• Establecer la calidad del material, basándose en el estudio de los

resultados y en la severidad de las discontinuidades y/o defectos de

acuerdo a las normas de calidad y los objetivos del diseño

(CALIFICACIÓN).


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DISCONTINUIDADES, DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN.

Una discontinuidad es una interrupción en la estructura normal de un material.

En estas condiciones, el papel de los especialistas en END trasciende la

tarea de operador o supervisor, que se le solía asignar en el control de calidad.

Actualmente el especialista de END debe participar activamente en la ingeniería

del producto desde las etapas iniciales del diseño. En la implementación de los

programa de garantía de calidad los END constituyen una herramienta importante,

cualquiera sea su campo de aplicación.

En un “Sistema Total de Calidad”, tal como el que ejemplificaremos a

continuación en el esquema, los END participan en todas sus etapas. Dentro de

un sistema como el que se describe, la garantía de calidad es un mecanismo

técnico administrativo que asegura que el sistema se desenvuelve de manera tal

que cualquier falta de conformidad en el producto pueda ser:

• Detectada oportunamente

• Identificada la etapa en que se originó

• Determinada su causa

• Aplicada una medida correctiva


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LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Los ensayos no destructivos, END, son un campo de la ingeniería que se

desarrolla rápidamente. Las técnicas como la digitalización de imágenes, la

radiografía por neutrones, el electromagnetismo o la emisión acústica, que eran

relativamente desconocidas hasta hace pocos años, se han convertido en

herramientas de uso cotidiano en las industrias que desean mantenerse en la

vanguardia del mercado con sus productos.

En la fabricación y/o construcción de componentes, subensambles, equipos

e instalaciones, intervienen una serie de actividades cuya finalidad está bien

definida o delimitada; éstas son principalmente: el diseño, la fabricación o

construcción propiamente dichas, el montaje o instalación y finalmente la

inspección y las pruebas.

Estas actividades siempre se llevan a cabo, se trate de un tornillo, partes

automotrices, un intercambiador de calor, un reactor químico, el casco de un

barco, una central de energía o un gasoducto.

Las actividades que revisten mayor importancia para los fines de esta

introducción a los END son las pruebas e inspecciones que normalmente se

practican a los materiales y que se pueden dividir de diferentes formas. Una de las

clasificaciones más usuales es la siguiente:

• Pruebas Destructivas

• Pruebas no Destructivas

El objetivo principal de las pruebas destructivas es determinar

cuantitativamente el valor de ciertas propiedades de los materiales, como

resistencia mecánica, la tenacidad o la dureza. La ejecución de las pruebas


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destructivas involucra el daño del material, la destrucción de la probeta o la pieza

empleada en la determinación correspondiente, por lo que podemos concluir que

los ensayos destructivos son la aplicación de métodos físicos directos que alteran

de forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o

dimensionales de un materia, parte o componente sujeto a inspección.

Este tipo de pruebas siempre ha sido necesario para comprobar si las

características de un material cumplen con lo especificado durante el diseño. Debe

observarse que estas pruebas no se pueden aplicar a todas las partes o

componentes, ya que serían destruidos y perderían su utilidad.

Sin embargo, el desarrollo de nuevas tecnologías y la optimización de los

productos o los requisitos de seguridad, como es el caso de la industria

aeroespacial, la nucleoeléctrica o la petroquímica, impusieron también nuevas

condiciones de inspección, en las cuales se estableció la necesidad de verificar

hasta en un 100% los componentes críticos; lo que planteó una severa dificultad a

los departamentos de calidad, hasta que iniciaron el empleo de otras técnicas de

inspección, diferentes a la visual, con los cuales se medía la integridad de los

componentes sin destruirlos. Esto fue posible al medir alguna otra propiedad física

del material y que estuviera relacionada con las características críticas del

componente sujeto a inspección; es decir, se inició la aplicación de las pruebas no

destructiva, las cuales actualmente son de uso común en casi todos los sectores

industriales.

Las pruebas no destructivas son la aplicación de métodos físicos indirectos,

como es la transmisión del sonido, la opacidad al paso de la radiación, etc., y que

tienen la finalidad de verificar la sanidad de las piezas examinadas. No obstante,

cuando se aplica este tipo de pruebas no se busca determinar las propiedades

físicas inherentes de la pieza, sino verificar su homogeneidad y continuidad. Por lo

tanto, estas pruebas no sustituyen a los ensayos destructivos, sino que más bien

los complementan.


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Las pruebas no destructivas, como su nombre lo indica, no alteran de forma

permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales de un

material. Por ello no inutilizan las piezas que son sometidas a los ensayos y

tampoco afectan de forma permanente las propiedades de los materiales que las

componen.

De acuerdo con su aplicación, los Ensayos no Destructivos, nombre más

comúnmente usado para las pruebas no destructivas, se divide en:

• Técnicas de Inspección Superficial

• Técnicas de Inspección Volumétrica

• Técnicas de Inspección de la Integridad o hermeticidad

A continuación se presenta la división arriba propuesta para clasificar a los

Ensayos no Destructivos. Cada técnica reporta ventajas y limitaciones, por lo que

es conveniente enfatizar sus campos de aplicación.


Mediante éstas sólo se comprueba la integridad superficial de un material.

Por tal razón su aplicación es conveniente cuando es necesario detectar

discontinuidades que están en la superficie, abiertas a ésta o a profundidades

menores de 3 mm. Este tipo de inspección se realiza por medio de cualquiera de

los siguientes Ensayos no Destructivos:

• Inspección visual (VT).

• Líquidos Penetrantes (PT).

• Partículas Magnéticas (MT).

• Electromagnetismo (ET).

• Corrientes Inducidas.

• Termografía.


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Su aplicación permite conocer la integridad de un material en su espesor y

detectar discontinuidades internas que no son visibles en la superficie de la pieza.

Este tipo de inspección se realiza por medio de cualquiera de los siguientes

ensayos:

• Radiografía Industrial (RT)

• Ultrasonido Industrial (UT)

• Radiografía Neutrónica (NT)

• Emisión Acústica (AET)

TÉCNICAS DE INSPECCIÓN DE LA INTEGRIDAD O DE LA HERMETICIDAD

Son aquellas en las que se comprueba la capacidad de un componente o

de un recipiente para contener un fluido (líquido o gaseoso) a una presión

superior, igual o inferior a la atmosférica, sin que existan pérdidas apreciables de

presión o de volumen del fluido de prueba en un período previamente establecido.

Este tipo de inspección se realiza empleando cualquiera de los siguientes

ensayos:

• Pruebas por cambio de presión: Hidrostática y Neumática

• Pruebas por pérdida de fluido: Cámara de burbujas, Detector de Halógenos, Espectrómetro de Masas, Detector Ultrasónico, cámara de vacío.


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VENTAJAS DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Los Ensayos no Destructivos pueden ser usados en cualquier paso de un

proceso productivo, pudiendo aplicarse por ejemplo:

Durante la recepción de las materias primas que llegan al almacén; para

comprobar la homogeneidad, la composición química y evaluar ciertas

propiedades mecánicas.

Durante los diferentes pasos de un proceso de fabricación; para comprobar si el

componente esta libre de defectos que pueden producirse por un mal maquinado,

un tratamiento térmico incorrecto o una soldadura mal aplicada.

En la inspección final o de la liberación de productos terminados; para garantizar

al usuario que la pieza cumple o supera sus requisitos de aceptación; que la parte

es del material que e había prometido o que la parte o componente cumplirá de

manera satisfactoria la función para la cual fue creada.

En la inspección y comprobación de partes y componentes que se encuentran en

servicio; para verificar que todavía pueden ser empleados de forma segura; para

conocer el tiempo de vida remanente o mejor aún, para programar

adecuadamente los paros por mantenimiento y no afectar el proceso productivo.

Debido a que no se alteran las propiedades del material y por lo tanto no

existen desperdicios, con el empleo de los Ensayos no Destructivos sólo hay

pérdidas cuando se detectan piezas defectuosas.

Este tipo de inspección es muy rentable cuando se inspeccionan partes o

componentes críticos, en los procesos de fabricación controlada o en la

producción de piezas en gran escala.


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LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

La primera limitación a la que se enfrentan los usuarios de este tipo de

pruebas es que en algunos casos la inversión inicial es alta, pero pueden ser

justificada si se analiza correctamente la relación costo-beneficio, especialmente

en lo referente a tiempos muertos en las líneas productivas. Un ejemplo de esto

es que los END aplicados por la industria norteamericana sólo representan el

0,03% del precio al consumidor de un producto tan caro y delicado como son las

partes aeronáuticas o los componentes nucleares.

Otra limitación es que la propiedad física a controlar es medida de forma

indirecta; adicionalmente, es evaluada cualitativamente o por comparación. Esta

limitante puede ser superada si se preparan patrones de comparación o referencia

que permitan una calibración correcta de los sistemas de inspección.

Cuando no existen procedimientos de inspección debidamente preparados

y calificado o cuando no se cuenta con patrones de referencia o calibración

adecuados, una misma indicación puede ser interpretada y ponderada de forma

diferente por dos o más inspectores.

Si bien los ensayos no destructivos son relativamente fáciles de aplicar, se

requiere que el personal que los realice haya sido debidamente capacitado y

calificado y que cuente con la experiencia necesaria a fin de que se interpreten y

evalúen correctamente los resultados y se evite el desperdicios de material o las

pérdidas de tiempo por sobre inspección.


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BENEFICIO DEL EMPLEO DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Antes de mencionar los beneficios de la aplicación de los END, es

conveniente aclarar que éstos sólo deben ser parte de un buen programa de

aseguramiento de calidad y que la información que de ellos de obtenga, si no es

analizada y aplicad en medidas de tipo preventivo para evitar la repetición de los

problemas, no reducirá los costos de producción y en un memento dado sí

aumentaría los costos de inspección.

El primer beneficio que se puede observar es que aplicar correctamente los

END y combinarlos con un buen análisis estadístico contribuye a mejora el control

del proceso de fabricación de una parte, componente o servicio; también ayuda a

mejorar la productividad de una planta, al prevenir paros imprevistos por falla de

un componente crítico; además de ayudar a programar los planes de

mantenimiento, lo que reduce el tiempo y el costo de la reparación.

También es importante mencionar que estos métodos, cuando se aplican

como parte de la inspección preventiva reduce notablemente los costos de

reparación o proceso, pero sobre todo ayudan a ahorrar tiempo y recursos que de

otra forma se desperdiciarían en una pieza que finalmente puede tener un costo

de producción muy superior al presupuestado.

Actualmente en los países desarrollados, la combinación de la inspección

no destructiva con otras actividades del programa de aseguramiento de calidad

ayuda a mantener un nivel de calidad uniforme en el producto final, lo que mejora

la competitividad de sus productos en el mercado nacional e internacional.

Otro beneficio que normalmente no contemplan muchas empresas es que

al emplear los END como una herramienta auxiliar del mantenimiento industrial, se

tiene una mejor evaluación de las partes y componentes en servicio; lo que

permite optimizar la planeación del mantenimiento correctivo. La aplicación de los


26

END en la industria norteamericana evita pérdidas en el orden del 2% del PIB de

ese país.

SECCION DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO ADECUADO

Si bien las pruebas de un grupo pueden ser intercambiadas para aumentar

la velocidad de la inspección o aumentar la sensibilidad en la detección de

discontinuidades, no es recomendable sustituir las pruebas de un grupo con las de

otro. Por ejemplo, las pruebas de Inspección Volumétrica tienen limitaciones

cuando se intenta encontrar defectos cercanos a la superficie, como es el caso del

campo o zona muerta del haz ultrasónico o la falta de definición (penumbra) es

una radiografía.

Por otra parte las partículas magnéticas o del electromagnetismo tienen

grandes limitaciones en cuento a su sensibilidad cuando aumenta el espesor de la

muestra que se inspecciona, ya que la intensidad del campo magnético generado

o la corriente inducida decrecen de forma cuadrática o exponencial con la

profundidad, representada por el espesor del material.

Para complementar lo anterior, las pruebas de hermeticidad no sustituyen

de modo alguno a las demás, ya que tan sólo asegurar que un recipiente puede

contener un fluido sin que existan pérdidas apreciables del mismo; por lo que muy

posiblemente en una primera prueba el recipiente pase con éxito; pero de existir

un defecto no detectado con anterioridad por los demás ensayos, al paso del

tiempo éste podría tener tendencia al crecimiento hasta convertirse en una falla

del material del recipiente, con consecuencias tal vez desastrosas y la posible

pérdida no sólo de bienes materiales, sino también de vidas humanas.


27

Finalmente, para efectuar una aplicación correcta de los ensayos no

destructivos, debe seleccionarse previamente con un esquema a seguir para

capacitar, calificar y certificar al personal que realiza este tipo de inspecciones.

Dicha actividad es importante, ya que no basta contar con el equipo adecuado si

no se cuenta con un personal debidamente preparado para operarlo y que pueda

obtener resultados confiables, reproducibles y repetitivos. Por lo que la

capacitación es una inversión a corto plazo que evitará la sobreinspección, el

desperdicio de materiales o el inadecuado manejo de los equipos de inspección.

Una vez concluida la presentación en forma general de los END, de los

aspectos referentes a las aplicaciones, ventajas, beneficios y limitaciones de

éstos, se dará inicio a una breve descripción de los END más comúnmente

empleados en México y del proceso y criterios para la capacitación, calificación y

certificación de quienes aplican estas técnicas.

Sin embargo, debido a la extensión y naturaleza del presente trabajo no se

hará el estudio de los sistemas de inspección de la integridad o Hermeticidad,

pues a causa de su prolijidad, se encuentra en preparación un texto específico

sobre la materia.


28

CAPITULO II____________________________________________________________


Son aquéllas en las que sólo se comprueba la integridad superficial de un

material y con las que se detectan discontinuidades que están abiertas a la

superficie, en ésta o a las profundidades menores de 3 mm. Los métodos de

Inspección Superficial por lo general se aplican en combinación, ya que la

inspección visual y los líquidos penetrantes detectarán cualquier discontinuidad

abierta a la superficie, pero las partículas magnéticas y el electromagnetismo

detectarán discontinuidades superficiales, siempre y cuando no sean nada

profundas. Las técnicas de Inspección Superficial que más frecuentemente se

emplean son:

• Inspección Visual (VT)

• Líquidos Penetrantes (PT)

• Partículas Magnéticas (MT)

• Electromagnetismo (ET)

INSPECCIÓN VISUAL

Esta es una técnica que requiere de una gran cantidad de información

acerca de las características de la pieza a ser examinada, para una acertada

interpretación de las posibles indicaciones. Está ampliamente demostrado que

cuando se aplica correctamente como inspección preventiva, detecta problemas

que pudieran ser mayores en los pasos subsecuentes de producción o durante el

servicio de la pieza. Aun cuando para ciertas aplicaciones no es recomendable, es


29

factible detectar muchos problemas en caso determinados, mediante la inspección

realizada por una persona bien entrenada.

Una persona con “ojo entrenado” es alguien que ha aprendido a ver las

cosas en detalle. Al principio todos asumimos que es fácil adquirir esta habilidad;

sin embargo requiere de ardua preparación y experiencia.

Requisitos de la Inspección Visual

Como ya se mencionó en la introducción, un requisito para los individuos

que realizan o se seleccionan para realizar la Inspección Visual es un examen de

la agudeza visual cercana y lejana cada 6 ó 12 meses y de ser necesario por

prescripción médica el uso de lentes por parte del inspector, éste deberá

emplearlos para toda labor de inspección e interpretación de indicadores. Cabe

aclarar que este examen únicamente verifica que la persona posee una vista con

cierto nivel de sensibilidad.

Para algunas actividades de inspección, el examen de discriminación

cromática se aplica a fin de comprobar que el inspector pueda detectar variaciones

de color o tonos cromático, ya que en algunos casos es crítica la detección de

pequeñas variaciones de color o la apreciación de un color en particular,

principalmente en aplicaciones de la industria aeronáutica o nuclear; dicho

examen sólo se realiza una vez ya que el daltonismo es una alteración genética y

no es corregible.

El siguiente paso en el entrenamiento y actualización del personal que

realiza la inspección visual es aprender qué tipo de discontinuidades pueden

detectarse visualmente y cuáles son las que aparecen con más frecuencia a partir

de ciertas condiciones. Este punto involucra el conocimiento que tenga el

Inspector en cuanto a la historia previa de la pieza que está en examen.


30

Herramientas para la Inspección Visual

Tal vez uno de los mayores problemas de la aplicación de la Inspección

Visual es enseñar y hacer comprender a los Inspectores que no se puede ver todo

tan sólo con la observación directa y que en algunas ocasiones es necesario saber

leer planos y dibujos técnicos; o bien, saber emplear diferentes instrumentos para

ayudar a la Inspección Visual y que son:

a) Lentes de aumento o lupas; normalmente tienen aumentos de 5X y de 10X,

como máximo para los estudios llamados macroscópicos. Sus ventajas son

tener un costo bajo y que abarcan una amplia área de inspección.

b) Sistemas de interferencia cromática o con luz polarizada; consisten en

emplear luz polarizada sobre una superficie reflejante y por medio de los

patrones cromáticos formados son determinadas las zonas con

discontinuidades, como el caso de la inspección de porcelanas o

recubrimientos vidriados.

c) Endoscopios (Boroscopios); este sistema ha sido ampliamente difundido en

las nuevas técnicas de Inspección Visual, principalmente porque permiten

la observación del interior de una parte o componentes sin desarmar el

equipo. Debido a su importancia dentro de la Inspección Visual, a

continuación se hará una descripción más detallada de estos instrumentos

y su desarrollo tecnológico.

Endoscopios En este tipo de herramientas existen diferentes alternativas que varían de

acuerdo al instrumento:

Endoscopios rígidos Endoscopios flexibles Endoscopios remotos.

Por otra parte, los avances tecnológicos han permitido: - La adaptación de

sistemas de gran iluminación por medio de fibras ópticas. – El empleo de sistemas


31

de video para el registro permanente de la inspección y de sistemas cromáticos (a

colores) para una mejor inspección de interiores.

La automatización del proceso por medio del empleo de pequeños robots o

unidades de control remoto y de sondas. Debe hacerse la aclaración de que la

Inspección Visual, además de ser el método menos costoso, puede también

producir grandes ahorros. La tecnología actual ha permitido el desarrollo de

sistema de Inspección Visual de muy alta calidad y por este motivo se describirá

brevemente la historia y aplicaciones de los endoscopios.

Este tipo de instrumento antiguamente fue llamado Boroscopio, del inglés

Bore (hoyo) y Scope (ver u observar); esto se debe a que en sus inicios los

endoscopios fueron empleados para inspeccionar el interior de los cañones de

artillería o los rifles.

Para evitar este barbarismo, actualmente en español o inglés se les llama

endoscopios, del griego endos (dentro de) y scopeos (ver).

En 1806 se creó el primer endoscopio de aplicación médica y consistía de

un tubo con un juego de espejos y una vela, que permitía observar los órganos

internos de los pacientes. En 1867 este dispositivo fue mejorado y tuvo algunas

aplicaciones industriales.

En 1879, el Dr. Nitze, en colaboración con Beneche (un optometrista) y

Leiter (un fabricante de instrumentos), diseño el primer endoscopio que empleaba

una lente para focalizar la imagen y que recibió el nombre de cistoscopio.

Posteriormente, en 1928, el Sr. Baird obtuvo una patente industrial por la primera

aplicación de las fibras ópticas para la transmisión de imágenes. Dos años más

tarde, C.W.Hansell obtuvo una patente por la invención que consistía en el empleo

de las fibras ópticas para transmitir la luz.


32

Con estos avances, se fabricaron de forma comercial los primeros

endoscopios; sin embargo, eran rígidos, lo que limitaba sus aplicaciones tanto en

el campo industrial como en el médico y ni fue sino hasta 1955 que los doctores

Curtiss y Hirschowitz lograron desarrollar y mejorar el primer endoscopio clínico

flexible, que empleaba fibras ópticas como medio de transmisión de la luz y de la

imagen. Este desarrollo tecnológico pronto tuvo aplicaciones industriales en la

inspección de equipos que no son fáciles de desarmar, como es el caso de las

turbinas.

Los primeros endoscopios flexibles fueron de gran utilidad, por ser lo

suficientemente versátil para la inspección de partes interiores de maquinaria, con

lo que se eliminaba pérdida de tiempo al no ser necesario desarmar y armar

equipos complejos sólo para su estado interior; sin embargo, estos endoscopios

tenían el problema de que la imagen obtenida no era del todo clara y nítida, como

la lograda con los endoscopios rígidos, motivo por el cual, para realizar un examen

confiable, se requería de al menos dos endoscopios: uno rígido con lentes ópticas

y otro flexible con fibras óptica.

Hasta este punto se había eliminado la mayoría de los problemas técnicos

de los nuevos instrumentos, pero persistía el problema de la fatiga visual del

inspector. Así que la siguiente generación de endoscopios adicionaron el empleo

de las cámaras y monitores de video. Estos primeros equipos eran muy

voluminosos, altamente dependientes de la iluminación y sólo permitían imágenes

de baja resolución en blanco y negro.

Las limitantes principales para mejorar la imagen eran dos: el sistema de

iluminación, que fue mejorado empleando luz láser o los diodos luminiscentes

(LED`s); la otra limitante era el sistema de registro, ya que la fibras ópticas y las

lentes no daban la calidad de imagen deseada.


33

En 1970, el Dr. Boyle desarrolló un semiconductor de siliceo capaz de

registrar una imagen y convertirla en una señal, que podía ser grabada por medios

digitales o analógicos, obteniéndose así el primer sistema de registro de imágenes

al estado sólido, conocido como CCD (Charge Coupled Device).

La combinación de todos estos desarrollos tecnológicos en los últimos 30

años ha permitido la creación de un sistema de Inspección Visual por endoscopia

muy superior a sus predecesores, especialmente en lo referente a la calidad de la

imagen que se tiene que interpretar.

Hoy en día, si se planea la adquisición de un endoscopio, debe tomarse en

cuenta que es una herramienta que durante los próximos 10 años no deberá

volverse obsoleta y que para ello debe contar con los siguientes elementos como

parte integral del instrumento:

∗ El sistema de registro primario de la imagen debe ser por medio de CCD;

los sistemas de fibra óptica y lente no son recomendables para la

digitalización de imágenes.

∗ La presentación de la imagen debe ser preferentemente digitalizada; esto

asegura una mejor calidad de las pequeñas indicaciones, cuidando al mismo

tiempo que la pantalla de video tenga la más alta resolución posible (pixeles).

∗ Los sistemas de video deben ser preferentemente cromáticos; esto permite

conocer mejor en términos generales el estado del equipo y maquinaria

sujetos a inspección.

∗ Los sistemas de almacenamiento (grabado de la imagen) deben ser

compatibles con los nuevos sistemas de análisis de imagen por digitalización

(empleo de computadoras).


34

En la figura. 1 se muestra un endoscopio de la nueva generación que

puede realizar las funciones antes citadas

FIGURA No. 1

Inspección de una parte aeronáutica, empleando un endoscopio digital

Ventajas de la Inspección Visual

• La Inspección Visual se emplea en cualquier etapa de un proceso

productivo o durante las operaciones de mantenimiento preventivo o

correctivo.

• Muestra las discontinuidades más grandes y generalmente señala otras que

pueden detectarse de forma más precisa por otros métodos, como son

líquidos penetrantes, partículas magnéticas o electromagnetismo.

• Puede detectar y ayudar en la eliminación de discontinuidades que podrían

convertirse en defectos.

• El costo de Inspección Visual es el más bajo de todos los Ensayos no

Destructivos, siempre y cuando sea realizada correctamente.


35

Limitaciones de la Inspección Visual

o La calidad de la Inspección Visual depende en gran parte de la experiencia

y conocimiento del Inspector.

o Está limitada a la detección de discontinuidades superficiales.

o Cuando se emplean sistemas de observación directa, como son las lupas y

los endoscopios sencillos, la calidad de la inspección dependerá de la

agudeza visual del inspector o de la resolución del monitor de video.

o La detección de discontinuidades puede ser difícil si las condiciones de la

superficie sujeta a inspección no son correctas.

LIQUIDOS PENETRANTES

La inspección por Líquidos Penetrantes es empleada para detectar e indicar

discontinuidades que afloran a la superficie de los materiales examinados.

En términos generales, esta prueba consiste en aplicar un líquido coloreado

o fluorescente a la superficie a examinar, el cual penetra en las discontinuidades

del material debido al fenómeno de capilaridad. Después de cierto tiempo, se

remueve el exceso de penetrante y se aplica un revelador, el cual generalmente

es un polvo blanco, que absorbe el líquido que ha penetrado en la discontinuidad y

sobre la capa de revelador se delinea el contorno de ésta.

Actualmente existen 18 posibles variantes de inspección empleando este

método; cada una de ellas ha sido desarrollada para una aplicación y sensibilidad

especifica. Así por ejemplo, si se requiere detectar discontinuidades con un


36

tamaño de aproximadamente medio milímetro (0,012” aprox.), debe emplearse un

penetrante fluorescente, removible por pos-emulsificación y un revelador seco. Por

otra parte, si lo que se necesita es detectar discontinuidades mayores a 2,5 mm

(0,100” aprox.), conviene emplear un penetrante contraste, lavable con agua y un

revelador en suspensión acuosa.

La figura 2 ilustra el principio de la inspección por líquidos penetrantes

1. Aplique el penetrante 2. Remueva el exceso 3. Aplique el revelador blanco y examine

FIGURA No. 2

Principio de la Inspección por Líquidos Penetrantes

Requisitos de la Inspección por Líquidos Penetrantes

Antes de iniciar las pruebas de Líquidos Penetrantes, es conveniente tener

en cuenta la siguiente información:

Es muy importante definir las características de las discontinuidades y el

nivel de sensibilidad con que se las quiere detectar, ya que si son relativamente

grandes o se quiere una sensibilidad entre baja y normal, se recomienda emplear

penetrantes visibles; pero si la discontinuidad es muy fina y delgada o se requiere

de una alta o muy alta sensibilidad, es preferible emplear los penetrantes

fluorescentes.


37

Otro factor de selección es la condición de la superficie a inspeccionar ya

que si es una superficie rugosa, como sería el caso de una unión soldad o una

pieza fundida, se debe emplear un penetrante líquido removible con agua. Pero si

la superficies es tersa y pulida, es preferible emplear penetrante removible con

solvente. Finalmente cuando se requiere una inspección de alta calidad o con

problemas de sensibilidad, se puede emplear un penetrante pos-emulsificable.

Si el material a examinar es acero inoxidable, titanio o aluminio (para

componentes aeronáuticos, por ejemplo) o aleaciones de níquel (monel), entonces

los penetrantes deberán tener un control muy rígido de contaminantes, como son

los compuestos halógenos (derivados del cloro, bromo, fluor, yodo) o de azufre

(sulfato o sulfuros), ya que si quedan residuos de ellos, pueden ocasionar

fracturas o fragilidad del material. Todos los proveedores de productos de alta

calidad proporcionan un certificado de pureza de sus productos sin cargo

adicional.

Si se trabaja bajo normas internacionales (Códigos ASME, API, AWS) o de

compañías (Bell, Pratt & Whitney o GE), los líquidos deben ser de los proveedores

de las listas aprobados o confiables publicados por ellos. En caso necesario, se

solicitaré al proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de

compañías cubren sus productos.

Una vez seleccionado uno o varios proveedores, nunca se deberán mezclar

sus productos; como por ejemplo, emplear el revelador del proveedor A con un

penetrante del proveedor B o un penetrante de una sensibilidad con un revelador

de otra sensibilidad, aunque ambos sean fabricados por el mismo proveedor.

Procedimiento de la Inspección

Para la inspección por Líquidos Penetrantes, se deben realizar varias

operaciones previas, las cuales varían poco y dependen del tipo de penetrante

que se emplee:


38

Limpieza previa: En toda pieza o componente que se inspecciones por este

método, se deben eliminar de la superficie todos los contaminantes, sean éstos

óxidos, grasa, aceite, pintura, etc., pues impiden al penetrante introducirse en las

discontinuidades.

Normalmente la limpieza previa se realiza en dos pasos; el primero es

propiamente una pre-limpieza en la que se pueden emplear medios químicos o

mecánicos para remover los contaminantes de la superficie; y en segundo, que

consiste en la limpieza con un solvente (removedor) que sea afín con el

penetrante que se empleara en la inspección. Todo esto con el fin de que las

posibles indicaciones queden limpias y permitan la fácil entrada del penetrante.

Aplicación del Penetrante: El penetrante se aplica por cualquier método que

humedezca totalmente la superficie que se va a inspeccionar, dependiendo del

tamaño de las piezas, de su área y de la frecuencia del trabajo. Se puede

seleccionar el empleo de rociado, inmersión, brocha, etc., cualquiera que sea la

elección, ésta debe asegurar que el penetrante cubra totalmente la superficie.

Actualmente existen diferentes clases de penetrantes, que tienen aplicaciones

bien definidas ; por ejemplo, si la superficie es rugosa, se deben emplear de

preferencia un penetrante que sea lavable con agua; si la superficie es tersa, se

pueden emplear un penetrante removible con solvente y si es necesaria una gran

sensibilidad pero con una fácil remoción, debe emplearse un penetrante

posemulsificable.

Otra variable importante a tomar en cuenta es la sensibilidad, ya que si hace falta

una alta sensibilidad (detección de fracturas muy pequeñas o cerradas), debe

aplicarse un penetrante fluorescente de alta luminosidad o si se desea una

sensibilidad normal, deben emplearse un penetrante contraste (visible).

Por otra arte, el tiempo de penetración es una variable crítica en este tipo de

inspección. Un tiempo muy breve no permite que la concentración del penetrante

en las discontinuidades sea la óptima; por este motivo el tiempo que debe

permanecer el penetrante en la superficie sujeta a inspección debe determinarse


39

experimentalmente, aún cuando en las normas existen tiempos mínimos

recomendados. El tiempo de penetración puede variar desde 5 minutos para

discontinuidades relativamente grandes, hasta 45 minutos para discontinuidades

muy cerradas o pequeñas, como es el caso de las fracturas por fatiga.

A continuación se pueden describir los tipos de penetrantes que se emplean en la

industria:

- Penetrantes removibles con agua: Como su nombre lo indica, se retiran de

la superficie con agua, lo cual no debe exceder de una temperatura de 45ª C.

El lavado puede realizarse por rociado de gota gruesa o con una mezcla de

agua y aire a presión; en este último caso, la presión del rociado no debe ser

superior a los 35psi. Cualquiera que sea el método de lavado seleccionado, se

debe asegurar que éste no remueva el penetrante que se encentre introducido

en las discontinuidades.

- Penetrantes pos-emulsificables: Requieren de la aplicación de una

sustancia para provocar que el penetrante se solubilice en el agua. Se pueden

emplear emulsificantes hidrosolubles o liposolubles, dependiendo de la

sensibilidad y de la rapidez con la que se quiera realizar la inspección. Una

vez que ha transcurrido el tiempo de emulsificación, el exceso de penetrante se

lava de forma similar a como se hace con los penetrantes removibles con

agua.

- Penetrantes removibles con solvente: Se retiran de la superficie empleando

un material absorbente que pueda ser tela o papel, con la condición que no

dejen pelusa y en caso necesario, se puede humedecer el material absorbente

con el removedor que e emplea para la limpieza previa. Una recomendación

muy importantes es la de evitar lavar la superficie con el removedor; además

de ser un desperdicio de este material, el removedor disuelve y elimina al

penetrante que se introdujo en las discontinuidades.


40

Eliminación del Exceso de Penetrante: Consiste en la eliminación del exceso

de penetrante que no se introdujo en las discontinuidades. Esta etapa reviste gran

importancia pues de ella depende en gran parte la sensibilidad del método.

Aplicación del Revelador: La función del revelador es absorber o extraer el

penetrante atrapado en las discontinuidades, aumentando o provocando la

visibilidad de las indicaciones. Existen varios tipos de reveladores cada uno de

ellos con características diferentes:

- Reveladores secos: Sólo se recomiendan para los líquidos fluorescentes y

tienen la ventaja de dejar una capa muy fina y en algunas ocasiones invisible;

este tipo de revelador tiene la más alta resolución al formar las indicaciones.

Su empleo se recomienda cuando no deben quedar residuos después de

terminar la inspección.

- Reveladores en suspensión: Pueden ser del tipo acuoso o no acuoso.

Están compuestos de un material sólido con un tamaño controlado de

partículas, las cuales se mantienen en suspensión mediante una agitación

vigorosa.

- Revelador en suspensión acuosa: Se recomienda cuando la inspección se

realiza empleando penetrantes removibles con agua, pero tienen el

inconveniente de que son los reveladores con la más baja resolución. Estos

reveladores se pueden aplicar por inmersión, seguidos de un secado; o por

rociado y secado al aire.

- Reveladores en suspensión no acuosa: Son los más empleados y tienen la

ventaja de una evaporación muy rápida, lo que permite la formación de

indicaciones bastante claras y definidas. Conforme a las normas, es el

revelador recomendado para los penetrantes removibles con solventes. Estos

reveladores generalmente se aplican por aspersión, con lo que se obtiene una

capa uniforme.

- Reveladores en Solución: Generalmente son soluciones acuosas y tienen la

ventaja con respecto a los reveladores en suspensión de no necesitar de una


41

agitación continua para mantener la solución homogénea. Se aplican por

inmersión o rociado, seguido de un secado al aire o en estufa.

Tiempo de revelado: Cualquiera que sea el revelador empleado, éste debe

permanecer sobre la superficie dela pieza aproximadamente el mismo tiempo que

se dio de penetración; esto es con el fin de dar tiempo al revelador para que

extraiga al penetrante de las discontinuidades y forme una indicación de buena

calidad. Es conveniente aclarar que las discontinuidades grandes formarán

indicaciones casi inmediatamente, pero las discontinuidades muy finas, pequeñas

o cerradas, tardarán en hacerlo; por lo cual el tiempo de revelado no debe ser

menor a la mitad del tiempo de penetración. Las pruebas de experimentación con

diferentes tiempos de revelado son la mejor manera de establecer cuál es el

tiempo de revelado óptimo para cada inspección en particular.

Interpretación y Evaluación de las Indicaciones: Después de que ha

transcurrido el tiempo de revelado, la pieza esta lista para su evaluación. En esta

etapa es importante considerar el tipo de iluminación, el cual se determinará de

acuerdo al proceso utilizado. Se emplea iluminación normal (luz blanca) de

suficiente intensidad para el método de penetrante visible e iluminación ultravioleta

(luz negra), para el método de penetrante fluorescente. La calidad de la inspección

depende principalmente de la norma de aceptación, de la habilidad y de la

experiencia del inspector para encontrar y evaluar las indicaciones presentes en la

pieza.

Limpieza Final: Después de concluir la inspección, generalmente debe limpiarse

la superficie de la pieza. Este paso puede realizarse mediante un enjuague con

agua a presión, por inmersión o mediante un removedor. Por lo común, aquellas

piezas que están sujetas alta temperatura, pueden requerir que los residuos de

penetrantes sean removidos de la superficie antes de someter la pieza a procesos

posteriores, para asegurar que no exista reacción con el material. En la página


42

siguiente se muestra el diagrama 1, que ilustra las etapas de prueba descritas

anteriormente:

DIAGRAMA 1: Bloques de inspección por líquidos penetrantes.


43

Aplicaciones

Las aplicaciones de los Líquidos Penetrantes son amplias y por su gran

versatilidad se utilizan desde la inspección de piezas críticas, como son los

componentes aeronáuticos, hasta los cerámicos como las vajillas de uso

doméstico.

Muchas de las aplicaciones descritas son sobre metales, pero esto no es

una limitante, ya que se pueden inspeccionar otros materiales, por ejemplo

cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos electroquímicos, etc.

Ventajas de los Líquidos Penetrantes

- La inspección por Líquidos penetrantes es extremadamente sensible a las

discontinuidades abiertas a la superficie.

- La configuración de las piezas a inspeccionar no representa un problema para

la inspección.

- Son relativamente fáciles de emplear.

- Brindan muy buena sensibilidad.

- Son económicos.

- Son razonablemente rápidos en cuando a la aplicación, además de que el

equipo puede ser portátil.

- Se requiere de pocas horas de capacitación de los Inspectores.

Limitaciones de los Líquidos Penetrantes

- Sólo son aplicables a defectos superficiales y a materiales no porosos.

- Se requiere de una buena limpieza previa a la inspección.

- No se proporciona un registro permanente de la prueba no destructiva.


44

- Los inspectores deben tener amplia experiencia en el trabajo.

- Una selección incorrecta de la combinación de revelador y penetrante puede

ocasionar falta de sensibilidad en el método.

En la implementación de los programas de garantía de calidad los END

constituyen una herramienta importante, cualquiera sea su campo de aplicación.

En un “Sistema Total de Calidad”, tal como el que ejemplificaremos a

continuación en el esquema, los END participan en todas sus etapas. Dentro de

un sistema como el que se describe, la garantía de calidad es un mecanismo

técnico administrativo que asegura que el sistema se desenvuelve de manera tal

que cualquier falta de conformidad en el producto pueda ser.

• Detectada oportunamente

• Identificada la etapa en que se originó

• Determinada su causa

• Aplicada una medida correctiva

SISTEMA TOTAL DE CALIDAD


45

PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

La inspección por Partículas Magnéticas permite detectar discontinuidades

superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. Se selecciona

usualmente cuando se requiere una inspección más rápida que con los líquidos

penetrantes.

El principio del método es la formación de distorsiones del campo

magnético o de los polos cuando se genera o se induce éste en un material

ferromagnético; es decir, cuando la pieza presenta una zona en la que existen

discontinuidades perpendiculares a las líneas del campo magnético, este se

deforma o produce polo. Las distorsiones o polos atraen a las partículas

magnéticas, que fueron aplicada en forma de polvo o suspensión en la superficie

sujeta a inspección y que por acumulación producen las indicaciones que se

observan visualmente de manera directa o bajo luz ultravioleta. La figura 3

muestra el principio del método por Partículas Magnéticas.

Actualmente existen 32 variantes del método, que al igual que los líquidos

penetrantes sirven para diferentes aplicaciones y niveles de sensibilidad. En este

caso, antes de seleccionar alguna de las variantes, es conveniente estudiar el tipo.


46

FIGURA 4

Magnetización por yugo

FIGURA 5

Magnetización por bobina

FIGURA 6

Magnetización con puntas de contacto

FIGURA 7

Magnetización entre cabezales

Las etapas básicas involucradas en la realización de una inspección por

este método son:

Limpieza: Todas las superficies a inspeccionar deben estar limpias y secas. La

expresión “limpia” quiere decir que la superficie se encuentre libre de aceite,

grasa, suciedad, arena, óxido, cascarilla suelta u otro material extraño, el cual

pueda inferir con el ensayo.

Magnetización de la pieza: Este paso puede efectuarse por medio de un imán

permanente, con un electroimán o por el paso de una corriente eléctrica a través

de la pieza. El tipo de magnetización a emplear depende de: el tipo de pieza, las


47

Instalaciones existen en la empresa, el tipo de discontinuidad y la localización de

la misma.

Corriente de magnetización: Se seleccionará en función de la localización

probable de las discontinuidades; si se desea detectar sólo discontinuidades

superficiales, debe emplearse la corriente alterna, ya que ésta proporciona una

mayor densidad de flujo en la superficie y por lo tanto mayor sensibilidad para la

detección de discontinuidades superficiales; pero es ineficiente para la detección

de discontinuidades subsuperficiales.

Si lo que se espera es encontrar defectos superficiales y subsuperficiales, es

necesario emplear la corriente rectificada de media onda; ya que esta presenta

una mayor penetración de flujo en la pieza.

Forma de Magnetizar: La forma de magnetizar es también importante, ya que

conforme a las normas comúnmente adoptadas, la magnetización con yugo sólo

se permite para la detección de discontinuidades superficiales. Los yugos de AC o

DC producen campos lineales entre sus polos y por este motivo tienen poca

penetración. Otra técnica de magnetización lineal es emplear una bobina

(solenoide). Si se selecciona esta técnica, es importante procurar que la pieza

llene lo más posible el diámetro interior de la bobina; problema que se elimina al

enredar el cable de magnetización alrededor de la pieza. Entre mayor número de

vueltas (espiras) tenga un bobina, presentará un mayor poder de magnetización.

Cuando la pieza es de forma regular (cilíndrica), se puede emplear la técnica de

cabezales, que produce magnetización circular y permite la detección de

defectos paralelos al eje mayor de la pieza. Una variante de esta técnica es

emplear contactos en los extremos de la pieza, que permiten obtener resultados

similares.

Para la inspección de piezas con alta permeabilidad y baja retentividad, como es

el caso de los aceros al carbono o sin tratamiento térmico de endurecimiento, es

recomendada la técnica de magnetización continua; esto es, mantener el paso

de la (FALTA CONTINUACION DE ESTA PAGINA)


48

magnético es más intenso y permite que las partículas sean atraídas hacia

cualquier distorsión o fuga de campo, para así indicar la presencia de una posible

discontinuidad.

Observación e interpretación de los resultados: La inspección visual de las

indicaciones se efectuará en parte durante la magnetización y continuará el tiempo

necesario después de que el medio de examen se haya estabilizado, para explorar

toda la zona de ensayo. Las discontinuidades quedarán indicadas por la retención

de las partículas magnéticas. Con base en lo anterior, se puede determinar la

existencia de discontinuidades así como su forma, tamaño y localización.

Desmagnetización: Debido a que algunos materiales presentan magnetismo

residual, en ocasiones es necesario efectuar la desmagnetización de la pieza para

evitar que el magnetismo residual afecte el funcionamiento o el procesamiento

posterior de la misma. Como regla general se recomienda que si se emplea

corriente alterna, se desmagnetice con corriente alterna; de manera similar, si se

magnetiza con corriente rectificada, se debe desmagnetizar con corriente

rectificada.

La desmagnetización consiste en aplicar un campo magnético que se va

reduciendo de intensidad y cambiando de dirección hasta que el magnetismo

residual en el material queda dentro de los límites permisibles.

Ventajas de las Partículas Magnéticas Con respecto a la inspección por líquidos penetrantes, este método tiene

las ventajas siguientes:

- Requiere de un menor grado de limpieza - Generalmente es un método más rápido y económico

- Puede revelar discontinuidades que no afloran a la superficie

- Tiene una mayor cantidad de alternativa.


49

Limitaciones de las Partículas Magnéticas - Son aplicables sólo en materiales ferromagnéticos

- No tiene gran capacidad de penetración

- El manejo del equipo en campo puede ser caro y lento

- Generalmente requiere del empleo de energía eléctrica

- Sólo detectan discontinuidades perpendiculares al campo

ELECTROMAGNETISMO (CORRIENTES DE EDDY)

El Electromagnetismo, anteriormente llamado Corrientes de Eddy o de

Foucault, se emplea para inspeccionar materiales que sean electroconductores,

siendo especialmente aplicable a aquellos que no son ferromagnéticos. Esta

técnica comienza a tener grandes aplicaciones, aun cuando ya tiene más de 50

años de desarrollo.

Como dato histórico, cabe mencionar que el efecto electromagnético es

conocido desde mediados del siglo XIX. De hecho, el primer registro de aplicación

como Ensayo no Destructivo fue realizado por Hughes en 1879; esto fue 120 años

antes del descubrimiento de los Rayos X. El principal problema para su aplicación

industrial como se conoce hoy en día esta técnica es la forma de poder

representar variaciones producidas por las corrientes inducidas en forma de

coordenadas cartesianas, lo cual fue posible gracias a los estudios del Dr.

Friederich Foster, quien diseño el primer aparato de ET. Actualmente existen

equipos mucho más sofisticados y versátiles que son de fácil aplicación y manejo.

La inspección por Corriente de Eddy está basada en el efecto de inducción

electromagnética. Su principio de operación es el siguiente:


50

Se emplea un generador de corriente alterna, con una frecuencia generalmente

comprendida entre 500 Hz y 5.000 Hz. El generador de corriente alterna se

conecta a una bobina de prueba, que en su momento produce un campo

magnético. Si la bobina se coloca cerca de un material que es eléctricamente

conductor, el campo magnético de la bobina, llamado primario, inducirá una

corriente eléctrica en el material inspeccionado. A su vez, esta corriente generará

un nuevo campo magnético (campo secundario), que será proporcional al

primario, pero e signo contrario. En el momento en que la corriente de la bobina

se vuelve cero, el campo magnético secundario inducirá una nueva corriente

eléctrica en la bobina. Este efecto se repetirá cuantas veces la corriente cambie

de fase (al pasar de positivo a negativo y viceversa).

Es predecible que el electromagnetismo se generará entre conductores

adyacentes en cualquier momento en que fluya una corriente alterna. Por otra

parte, las variaciones de la conductividad eléctrica, permeabilidad magnética,

geometría de la pieza o de su estructura metalúrgica, causan modificaciones en la

corriente inducida del material sujeto a inspección, lo que ocasionará que varíe su

campo magnético inducido, hecho que será detectado por la variación del voltaje

total que fluye en la bobina.

Antes de proseguir, es conveniente aclarar que para la detección de

discontinuidades por Electromagnetismo, éstas deben ser perpendiculares a las

corrientes de Eddy; adicionalmente, la indicación que se genere se modificará en

la pantalla del instrumento de inspección, dependiendo de su profundidad y su

forma.

Este técnica cuenta con una amplia gama de alternativas, cada una con un

objetivo específico de detección; por lo que antes de comprar un equipo a las

sondas es necesario definir la forma del material que se va a inspeccionar, la

localización y el tipo de discontinuidades que se deseen detectar y evaluar, con el

fin de tener el equipo más versátil y adecuado para la inspección.


51

Requisitos para la Inspección por Electromagnetismo

Al igual que en las técnica ya descritas, antes de iniciar las pruebas con

electromagnetismo, es conveniente revisar la siguiente información:

- Conocer la forma, así como las características eléctricas, metalúrgicas y

magnéticas del material a inspeccionar, ya que de esto dependerá el tipo de

frecuencia, la forma de la sonda y la variante de la técnica a utilizar y, en caso

necesario, el medio de eliminar las posibles interferencias que se produzcan en

la pieza.

- Si se trabaja bajo normas internacionales, los instrumentos de inspección, así

como las sondas deben ser de los proveedores de las listas de proveedores

aprobados o confiables publicados por ellas. En caso necesario, se solicita al

proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de compañías

satisfacen sus productos.

- Una vez seleccionado uno o varios proveedores, no es recomendable mezclar

sus productos.

Secuencia de la Inspección

Las etapas básicas de este técnica de inspección son:

Limpieza Previa: La importancia de este primer paso radica en que si bien los

equipos de electromagnetismo pueden operar sin necesidad de establecer un

contacto físico con la pieza, se pueden producir falsas indicaciones por la

presencia de óxidos de hierro, capas de pintura muy gruesas o algún tipo de

recubrimiento que sea conductor de la electricidad; en caso de que no se desee

quitar las pinturas o recubrimientos, es recomendable que el patrón de calibración

sea similar en el acabado superficial al de la parte sujeta a inspección.

Selección de la Sonda de Prueba: Este paso es tan crítico como la selección del

instrumento empleado, porque de acuerdo a la variable sujeta a evaluación, se


52

secciona la sonda que se utilizará. Por este motivo, es necesario conocer las

ventajas y desventajas y limitaciones de cada configuración.

La capacidad detección de una sonda es proporcional a:

- La magnitud de la corriente aplicada.

- La velocidad (frecuencia) de oscilación de la corriente.

- Las características de diseño de la sonda que incluyen: Inductancia, diámetro

de enrollamiento, longitud de la bobina y número de espira.

Las sondas, según su arreglo se clasifican en dos grupos: absolutas y

diferenciales.

Las sondas absolutas (o bobinas absolutas) se consideran como aquéllas que

realizan la medición sin necesidad de una referencia directa o de un patrón de

comparación. Este tipo de arreglo tiene aplicaciones en la medición de la

conductividad, permeabilidad, dimensiones o dureza d ciertos materiales. Sus

principales ventajas son:

- Responde a cambios bruscos o progresivos de la característica que se mide.

- Cuando existe más de una indicación, éstas son relativamente fáciles de

separar (interpretación sencilla).

- Puede detectar la longitud real de una discontinuidad.

Las principales limitaciones de este tipo de arreglo son:

- Son muy sensibles a cambios de temperatura (térmicamente son inestables).

- Registran cualquier variación de la distancia entre la bobina y la pieza (falsas

indicaciones)

Las sondas diferenciales consisten en dos o más bobinas conectadas entre sí,

pero con diferente dirección de enrollamiento. Este arreglo se pude dividir en dos

grupos.

a) Bobinas diferenciales autorreferidas: Este tipo de arreglo cuenta con una

bobina que es la que realiza las mediciones y en un punto cercano

(normalmente dentro del cuerpo del porta bobina) existe una segunda bobina


53

con un núcleo (de ferrita o zirconio) y con el cual se balancea el equipo cuando

se calibra el sistema.

b) Bobinas diferenciales con referencia externa: Este arreglo tiene dos variantes.

En el primer caso se coloca la bobina de referencia en el material que se desea

inspeccionar; es decir, las bobinas se encuentran separadas físicamente. En

el segundo arreglo, las bobinas de medición y referencia se colocan sobre el

mismo objeto. Este arreglo tiene la ventaja que se reducen los efectos de

variaciones por cambios de separación o por características de la pieza que se

está inspeccionando.

Las ventajas de las bobinas diferenciales son:

- Se reducen las indicaciones falsas provenientes de las variables no

estudiadas.

- Se mejora la calidad de la indicación lograda.

Las limitaciones de las bobinas diferenciales son:

- Sólo se conoce el fin o el principio de una discontinuidad longitudinal.

- Se reduce la sensibilidad de la inspección.

Adicionalmente, las bobinas sirvan para inspeccionar;

- Superficies exteriores, que pueden tener la forma de un lapicero o de un

transductor.

- Superficies interiore y/o exteriores de partes tubulares con la forma de una

bobina envolvente, en la que el núcleo es la pieza sujeta a inspección.

- Superficies exteriores e/o interiores de partes tubulares con la forma de una

bobina en forma de cápsula y el material sujeto a inspección está en la parte

exterior.

Frecuencia de Prueba: La siguiente variable a controlar, una vez seleccionada la

bobina, es la selección e la frecuencia de inspección. Esta normalmente será

referida al valor de una penetración normal (standard depth penetration) del


54

material; al tipo de discontinuidad que se espera localizar y a la profundidad a la

que se encuentra.

Tipo de Calibración que se desea efectuar y selección del Patrón de Calibración o

de Referencia: Los Instrumentos de pantalla osciloscópica pueden calibrarse para

detectar fracturas superficiales como las que se muestran en la figura 8 o bien de

cambios de conductividad eléctrica, como los mostrados en la figura 9.

FIGURA No. 8

Indicaciones de Fracturas

FIGURA No. 9

Indicaciones de conductividad

En términos generales, la pantalla de rayos catódicos muestra cómo la corriente

de Eddy es afectada por la pieza. Si existe una fractura o una costura en la pieza,

la corriente de Eddy se reduce. Esto es, las discontinuidades alteran el patrón

observado en la pantalla. Existe la presentación por medio de escalas analógicas,

en las que una aguja indica el valor de la lectura en una escala calibrada

previamente; y también a través de pantallas digitales, en las que se lee un valor,

que posteriormente se correlaciona con la variable a medir.

Interpretación de las indicaciones: En este último paso se debe ser cuidadoso en

la interpretación de los resultados, bien sean por observación en pantalla o por

lectura, ya que un cambio en las propiedades del material también afecta las

lecturas y por este motivo la interpretación la debe realizar un Inspector con amplia

experiencia en este tipo de trabajos.


55

Ventajas del Electromagnetismo

- Detecta y generalmente evalúa discontinuidades subsuperficiales en casi

cualquier conductor eléctrico.

- En muchos casos, la inspección por Electromagnetismo puede ser

completamente automatizada.

- Puesto que no requiere contacto directo, puede emplearse a altas velocidades

para la inspección continua a bajo costo.

- Con esta técnica es posible clasificar y diferenciar materiales de aleaciones,

tratamientos térmicos o estructura metalúrgica distintos, siempre y cuando

presenten una diferencia significativa de conductividad.

- Es excelente para la inspección de productos tubulares, de preferencia

fabricados con materiales no ferromagnéticos, como son los empleados en

algunos tipos de intercambiadores de calor, condensadores o sistemas de aire

acondicionado.

Limitaciones del Electromagnetismo - Debe eliminarse de la superficie cualquier tipo de contaminación o suciedad

que sea magnética o eléctricamente conductora.

- Generalmente la bobina de prueba debe diseñarse en especial para una pieza

específica.

- La profundidad de la inspección esta limitada a aproximadamente 6mm de

penetración y depende de la frecuencia elegida para excitar el campo

electromagnético y el tipo de material que se esté inspeccionando.

- Se requiere de gran entrenamiento para calibrar y operar adecuadamente el

equipo de prueba.

- La señal es sensible a las diferencias en composición y estructura del material,

lo que enmascara pequeños defectos o proporciona indicaciones falsas.


56

Resumen

Las técnicas de Inspección Superficial sirven para comprobar la integridad

superficial de un material y detectar discontinuidades que están en la superficie o

abiertas a ésta y a profundidades menores de 3mm.

Existen otras técnicas de Inspección Superficial, pero las más empleadas

son: Inspección Visual (VT), Líquidos Penetrantes (PT), Partículas Magnéticas

(MT) y Electromagnetismo o Corrientes de Eddy (ET).

Cada método tiene variantes y particularidades que les permiten

versatilidad en cuanto a su aplicación específica.

Debido a que los campos de acción de cada técnica son particulares y por

tanto sus respectivos universos de trabajo, se recomienda combinarlas y, en caso

necesario, complementarlas con algún método de Inspección Volumétrica

compatible, para obtener resultados más confiables.

La Inspección Visual es el método de END más económico que existe;

pero depende en gran medida de la experiencia por parte del Inspector y de la

información con que se cuente acerca del material a examinar, para realizar una

evaluación correcta.

La Inspección Visual consiste en la observación directa del material a

examinar; o bien, utilizando instrumentos como las lentes de aumento o lupas,

sistemas de interferencia cromática o luz polarizada y endoscopios. Son tres las

formas de Inspección Visual:

Los Líquidos Penetrantes se utilizan para detectar discontinuidades que

afloran a la superficie.

Existen 18 variantes de inspección por PT.


57

Su principio se basa en aplicar un líquido coloreado o fluorescente sobre la

superficie a examinar, que penetra en las discontinuidades del material.

Posteriormente se remueve el exceso de penetrante y se aplica una sustancia que

absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y que la hace obvias.

Según el tipo de discontinuidad que se pretende detectar y evaluar es el tipo de

penetrante y revelador que son seleccionados para las pruebas.

Las Partículas Magnéticas detectan discontinuidades superficiales y

subsuperficiales en materiales ferromagnéticos.

Existen 32 posibilidades distintas de examen por Partículas Magnéticas.

Es un sistema más rápido que los PT y consiste en aplicar una sustancia

ferromagnética en polvo (partículas magnéticas) sobre un material que ha sido

magnetizado. Las zonas donde existe una discontinuidad en el material provocan

distorsiones del campo magnético o de los polos magnéticos. Esas distorsiones

atraen a las partículas magnéticas y de este modo se crean las indicaciones

virtuales de las discontinuidades, que posteriormente podrán interpretarse.

Al igual que los PT, existen Partículas Magnéticas visibles con luz ultravioleta,

según las necesidades de examinación.

El Electromagnetismo, también conocido como Corrientes de Eddy, es

principalmente aplicable a materiales no ferromagnéticos y se basa en el

fenómeno de la inducción electromagnética.

Funciona a partir de un generador de corriente alterna, que se conecta a una

bobina de prueba para crear un campo magnético primario. Éste a su vez induce

una corriente eléctrica en el material sujeto a inspección y esto provoca un campo

magnético secundario, proporcional al primero, pero de signo contrario. En el

momento en que la corriente de la bobina se vuelva cero, el campo magnético

secundario inducirá una nueva corriente eléctrica en la bobina. Este efecto se

repetirá cuantas veces la corriente cambie de fase (al pasar de positivo a negativo

y viceversa).


58

Las variaciones de la conductividad eléctrica causan modificaciones en la corriente

inducida del material sujeto a inspección; lo que ocasionará que varíe su campo

magnético inducido, hecho que será detectado por la variación del voltaje que

fluye en la bobina.


59

CAPITULO III_____________________________________________________


Son aquellas con las que se comprueba la integridad de un material en su

espesor y se detectan discontinuidades internas que no son visibles en la

superficie de la pieza. Este tipo de inspección se realiza por medio de cualquiera

de los siguientes ensayos:

• RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL (RT).

• ULTRASONIDO INDUSTRIAL (UT).

• RADIOGRAFÍA NEUTRÓNICA (NT).

• EMISIÓN ACÚSTICA (AET).

Por regla general estos métodos deben considerarse como

complementarios entre sí, ya que cada uno es especialmente sensible para

apreciar un tipo determinado de indicaciones; por lo que la combinación correcta

de las técnicas arriba mencionadas permitirá detectar y evaluar correctamente las

indicaciones que pudieran encontrarse en el interior de un material.

A continuación serán descritos los métodos de Inspección Volumétrica que

se utilizan con más frecuencia, por tal razón no se analizará la Radiografía

Neutrónica, pues esta técnica aun no se ha desarrollado en Latinoamérica de

forma importante.

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL

El caso de la Radiografía Industrial (RT), como prueba no destructiva, es

muy interesante; pues permite asegurar la integridad y confiabilidad de un


60

producto; además, proporciona información para el desarrollo de mejores técnicas

de producción y para el perfeccionamiento de un producto en particular.

La Inspección por RT se define como un procedimiento de inspección no

destructivo de tipo físico, diseñado para detectar discontinuidades macroscópicas

y variaciones en la estructura interna o configuración física de un material. En la

figura 11 se muestra una imagen del arreglo radiográfico empleado con mayor

frecuencia.

FIGURA Nº. 11

Arreglo radiográfico convencional.

Al aplicar RT, normalmente se obtiene una imagen de la estructura interna

de una pieza o componente, debido a que este método emplea radiación de alta

energía, que es capaz de penetrar materiales sólidos, por lo que el propósito

principal de este tipo de inspección es la obtención de registros permanentes para

el estudio y evaluación de discontinuidades presentes en dicho material. Por lo


61

anterior, esta prueba es utilizada para detectar discontinuidades internas en una

amplia variedad de materiales.

Dentro de los END, la Radiografía Industrial es uno de los métodos más

antiguos y de mayor uso en la industria. Debido a esto, continuamente se realizan

nuevos avances que modifican las técnicas radiográficas aplicadas al estudio no

sólo de materiales, sino también de partes y componentes; todo con el fin de hacer

más confiables los resultados durante la aplicación de la técnica.

El principio físico en el que se basa esta técnica es la interacción entre la

materia y la radiación electromagnética, siendo esta última de una longitud de

onda muy corta y de alta energía.

Durante la exposición radiográfica, la energía de los rayos x o Gamma es

absorbida o atenuada al atravesar un material. Esta atenuación es proporcional a

la densidad, espesor y configuración del material inspeccionado.

La radiación ionizante que logra traspasar el objeto puede ser registrada por

medio de la impresión en una placa o papel fotosensible, que posteriormente se

somete a un proceso de revelado para obtener la imagen del área inspeccionada;

o bien, por medio de una pantalla fluorescente o un tubo de video, para después

analizar su imagen en una pantalla de televisión o grabarla en una cinta de video.

En términos generales, es un proceso similar a la fotografía, con la diferencia

principal de que la radiografía emplea rayos x o rayos Gamma y no energía

luminosa.

Los rayos x fueron descubiertos en 1895 por el físico alemán Roentgen

(premio Nobel 1901), quien les dio tal nombre debido a que en ese entonces se

ignoraba todo sobre su naturaleza.


62

Roentgen tuvo la suficiente visión para darse cuenta de que la radiografía

se podía emplear con fines industriales o de investigación y se puede afirmar que

él fue el primer radiólogo industrial, puesto que realizó investigaciones sobre el

comportamiento de ciertos materiales y de armamentos de reciente creación.

Por otra parte, durante ese mismo año, el físico francés Henri Becquerel

estudiaba la fluorescencia de los compuestos de uranio; y al realizar varios

experimentos colocando cristales de sulfato de potasio uranio sobre una placa

fotográfica envuelta con papel negro, observó que al exponerlos a la luz solar, la

parte de la placa que se encontraba en contacto con los cristales se oscurecía.

Como consecuencia de estos experimentos, Becquerel formuló su primera

hipótesis, donde consideró que el oscurecimiento de la película fotográfica se

debía a que la iluminación o la luz solar producían alguna fluorescencia en los

compuestos de uranio.

Para demostrar su teoría, Becquerel expuso una película envuelta en papel

negro a los rayos solares y observó que ésta no se había oscurecido, por lo que

creyó que era debido a que la envoltura de papel negro no permitía el paso de la

luz.

Sin embargo, una casualidad lo llevó a la conclusión de que el uranio emitía

rayos en forma espontánea, sin necesidad del estímulo de la luz exterior. A este

fenómeno de emisión espontánea de radiación le dio el nombre de radioactividad.

Ante estos hechos, Becquerel llegó a otra hipótesis para establecer que la

presencia de radioactividad en algunos minerales de uranio indicaba la existencia

de una sustancia aun más radioactiva que éste; por lo que encargó a Pierre y

Marie Curie la identificación y separación de dicha sustancia.


63

Los esposos Curie efectuaron la separación química y el análisis de

minerales de uranio, logrando aislar en 1898 un nuevo elemento radioactivo: el

polonio, nombre dado en honor al país natal de Marie.

En 1902, los esposos Curie lograron aislar del mineral pechblenda (de

uranio) una pequeña cantidad de otro elemento nuevo, el cual era 300.000 veces

más radioactivo que el uranio y al que llamaron radio.

Marie Curie fue la primera radióloga que empleó radioisótopos para tomar

una radiografía médica. Esto lo realizó durante la Primera Guerra Mundial, en el

frente de Verdum, demostrando adicionalmente la ventaja de que este tipo de

radiografía no necesitaba de energía eléctrica para su realización.

En la actualidad, dentro del campo de la industria existen dos técnicas

comúnmente empleadas para la inspección radiográfica: Radiografía con rayos x y Radiografía con rayos gamma.

La principal diferencia entre estas dos técnicas es el origen de la radiación

electromagnética; ya que, mientras los rayos x son generados por un alto potencial

eléctrico, los rayos gamma se producen por desintegración atómica espontánea

de un radioisótopo.

Los rayos son generados por dispositivos electrónicos y los rayos gamma

por fuentes radioactivas naturales o por isótopos radiactivos artificiales producidos

para fines específicos de Radiografía Industrial, tales como: iridio 192, cobalto 60,

cesio 137 y tulio 170.

La fuente de rayos X es el ánodo en un tubo eléctrico de alto voltaje.

Cuando se prende, el haz de electrones generado en el cátodo impacta sobre el

ánodo y esto provoca la emisión de los rayos X en todas direcciones; la capa de

blindaje alrededor del tubo absorbe los rayos X, excepto aquellos que escapan a


64

través de un orificio o ventana que existe para tal fin. Los rayos que pasan se

emplean para producir la radiografía. Cuando se apaga la máquina de rayos X, la

radiación cesa y la pieza inspeccionada no conserva radioactividad.

Un radioisótopo, como por ejemplo el cobalto 60 o el iridio 192, emiten

radiación constante por lo que se emplean contenedores especiales o cámaras

para almacenar y controlarlos dentro de una cápsula, que es una pequeña píldora

que se conecta al final del cable de control. Cuando la cápsula está en el

contenedor, la mayoría de los rayos gamma son absorbidos por el blindaje.

Cuando la fuente se sacada del contenedor por medio del cable de control, la

radiación del radioisótopo se dispersa en todas las direcciones y es empleada

para crear una radiografía.

Aunque existen arreglos especiales, diseñados para casos determinados, el

equipo que se emplea con más frecuencia para la inspección radiográfica es el

siguiente: a) Fuente de radiación (rayos X o rayos gamma).

b) Controles de la fuente.

c) Película radiográfica.

d) Pantallas intensificadoras.

e) Indicadores de calidad de la imagen.

f) Accesorios.

Requisitos y Secuencia de la Inspección por Radiografía Industrial

El procedimiento que normalmente se sigue para obtener una radiografía se

describe de la siguiente forma:

Inicialmente, deben conocerse algunas características del material que se

va a examinar, como son: tipo de metal, su configuración, es espesor de la pared


65

a ser radiografiada, etc.. Todo ello con el fin de seleccionar el radioisótopo o el

kilovoltaje más adecuado.

Una vez establecida la fuente de radiación, se deben calcular las distancias

entre ésta, el objeto y a película, para así poder obtener la nitidez deseada.

Igualmente, se selecciona la película con ciertas características que permitan una

exposición en un tiempo razonable y una calidad de imagen óptima. Esta se

coloca dentro de un porta película que sirve como protección para evitar que la luz

dañe la emulsión fotográfica, y que además contiene las pantallas intensificadores

que sirven para reducir el tiempo de exposición, mejorando con esto la calidad de

la imagen.

Este último proceso se efectúa en el laboratorio.

Una vez realizado lo anterior, se procede a poner en práctica las medidas

de seguridad radiológica en la zona en la que se va a efectuar la radiografía, con

el fin de evitar una sobredosis al personal que pueda estar laborando cerca de la

zona de inspección.

La aplicación del proceso radiográfico implica observar todas las medidas

de seguridad obligatorias que eviten dosis de radiación innecesarias al operario;

ya que si bien es indudable el valor que como método de Inspección representa,

también es innegable el riesgo al que está expuesto todo ser humano debido a la

utilización de radiaciones ionizantes, motivo por el cual ningún tipo de protección

ni medida de seguridad serán excesivos.

Mantenerse a una distancia prudente de la fuente es el mejor camino para

evitar la exposición. La segunda medida es usar una protección (plomo, acero,

concreto) entre el individuo y la fuente. El tiempo es también un factor importante.

Cuanto menos tiempo se encuentre expuesto a la radiación, menor será la dosis

de ésta que reciba.


66

A continuación, se hace el arreglo para colocar la fuente a la distancia

calculada con respecto al objeto y se coloca la película radiográfica del otro lado

de éste para registrar la radiación que logre atravesar al material sujeto a

inspección.

Esta radiación provoca la impresión de la película radiográfica, que

corresponde al negativo de una fotografía. Entre mayor sea la cantidad de

radiación que incida sobre la película, más se ennegrecerá ésta.

Con el objeto de determinar la sensibilidad y la calidad de una radiografía,

se emplean indicadores de calidad de imagen, mal llamados penetrámetros. Al

realizar la inspección, los indicadores de calidad de imagen se eligen normalmente

de manera que el espesor de éstos represente aproximadamente el 2% del

espesor de la parte a inspeccionar y, siempre que sea humanamente posible, se

colocarán del lado de la fuente de radiación.

La exposición se realiza, bien sea sacando la cápsula que contiene al

radioisótopo o encendiendo al aparato de rayos X; esto se lleva a cabo durante el

tiempo previamente calculado para realizar la exposición. Una vez terminada la

exposición, se recupera la cápsula o se apaga el equipo de rayos X y la película

se lleva a revelar.

Como ya se mencionó, el proceso de revelado se verifica en el laboratorio

de revelado, también conocido como cuarto oscuro. El revelado es una de las

parte más críticas de la Radiografía Industrial y consiste en convertir la imagen

virtual, producida por el paso de la radiación a través de la película, en una imagen

real por medio de una serie de reacciones químicas. El revelado se efectúa en

varios pasos: revelado, baño ácido o de parada, baño de fijado y lavado final. Al

terminar el revelado, se seca la película y se procede a la interpretación de la

imagen obtenida; siendo primero evaluada para comprobar si reúne los requisitos

de calidad indicados por el procedimiento de inspección.


67

Las radiografías, para ser confiables, necesitan cumplir con ciertos

requisitos (fijados por las normas correspondientes), tales como densidad

radiográfica y calidad de imagen.

La densidad radiográfica de una película en su grado de “ennegrecimiento”;

es decir, la cantidad de luz que puede pasar de un lado a otro de ésta. Para que

una película pueda interpretarse confiablemente, debe tener una densidad entre 2

y 4, dependiendo del tipo de fuente empleada.

Si se comprueba que la imagen es satisfactoria, entonces se interpreta para

conocer qué tipo de indicaciones están presentes; las cuales posteriormente serán

evaluadas para conocer su nivel de severidad y su posible efecto en el material

que se inspecciona.

Aplicaciones

Las propiedades particulares de la radiografía facilitan su aplicación a nivel

industrial, médico y de investigación; pues adicionalmente de que la energía de la

radiación puede ser absorbida por la materia, también puede hacer fluorescer

ciertas sustancias; siendo por todo esto que la técnica tiene diversas aplicaciones

en diferentes ramas.

En primer lugar, están las aplicaciones en las que se emplea la energía

radiante y su efecto sobre la materia, como es el caso de las aplicaciones físicas

(efectos de fluorescencia) médicas (destrucción de ciertas células) y biológicas

(mutaciones o aplicaciones de esterilización biológica).

En segundo lugar, deben mencionarse las aplicaciones en las cuales se

emplean los efectos físicos, como son la difracción (determinación de estructuras

cristalográficas), fluorescencia (determinación de composición química) y la

ionización (detección de la radiación), etc..


68

En tercer lugar, se tienen las aplicaciones en las que se mide la atenuación

de la radiación, como es el caso de la medición de espesores en proceso de alta

temperatura; la medición de niveles de fluidos; la determinación de densidades en

procesos de producción continua y la Radiografía Industrial.

Finalmente, resta aclarar que la corta longitud de onda de la radiación que

emplea la radiografía le permite penetrar materiales sólidos, que absorben o

reflejan la visible; lo que da lugar al uso de esta técnica en el control de calidad de

productos soldados, fundiciones, forjas, etc: para la detección de defectos

internos macroscópicos tales como grietas, socavados, penetración incompleta en

la raíz, falta de fusión, etc..

Ventajas de la Radiografía Industrial

- Es un excelente medio de registro de inspección

- Su uso se extiende a diversos materiales

- Se obtiene una imagen visual del interior del material

- Se obtiene un registro permanente de la inspección

- Descubre los errores de fabricación y ayuda a establecer las acciones

correctivas.

Limitaciones de la Radiografía Industrial

- No es recomendable utilizarla en piezas de geometría complicada

- No debe emplearse cuando la orientación de la radiación sobre el objeto sea

inoperante, ya que no es posible obtener una definición correcta.

- La pieza de inspección debe tener acceso al menos por dos lados

- Su empleo requiere el cumplimiento de estrictas medidas de seguridad.

- Requiere personal altamente capacitado, calificado y con experiencia.


69

- Requiere de instalaciones especiales como son: el área de exposición, equipo

de seguridad y un cuarto oscuro para el proceso de revelado.

- Las discontinuidades de tipo laminar no pueden ser detectadas por este

método.

UTRASONIDO INDUSTRIAL

Este sistema de inspección tiene sus orígenes en los ensayos de

percusión, en los cuales los materiales eran golpeados con un martillo y se

escuchaba cuidadosamente el sonido que la pieza examinada emitía. La

desventaja de estos ensayos es que solo permitían detectar defectos de una

magnitud tal que ocasionarán un cambio en el tono del sonido que emitía el

material sujeto a prueba y por este motivo eran poco confiables en la inspección

preventiva.

La examinación por Ultrasonido Industrial (UT) se define como un

procedimiento de inspección no destructiva de tipo mecánico, que se base en la

impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad

máxima de propagación del sonido entre la densidad de un material.

La historia del Ultrasonido Industrial como disciplina científica pertenece al

siglo XX. En 1924, el Dr. Sokolov desarrollo las primeras técnicas de inspección

empleando ondas ultrasónicas. Los experimentos iniciales se basaron en la

medición de la pérdida de la intensidad de la energía acústica al viajar en un

material. Para tal procedimiento se requería del empleo de un emisor y un receptor

de la onda ultrasónica.

Posteriormente, durante la Segunda Guerra Mundial, los ingenieros

alemanes y soviéticos se dedicaron a desarrollar equipos de inspección

ultrasónica para aplicaciones militares. En ese entonces la técnica seguía


70

empleando un emisor y un receptor (técnica de transparencia) en la realización de

los ensayos.

No fue sino hasta la década de 1940 cuando el Dr. Floyd Firestone logró

desarrollar el primer equipo que empleaba un mismo palpador como emisor y

receptor, basando su técnica de inspección en la propiedad característica del

sonido para reflejarse al alcanzar una interfase acústica. Es así como nace la

inspección de pulso eco; esta nueva opción permitió al ultrasonido competir y en

muchas ocasiones superar las limitaciones técnicas de la radiografía, ya que se

podían inspeccionar piezas de gran espesor o de configuración que sólo permitían

el acceso por un lado.

El perfeccionamiento del instrumento de inspección por ultrasonido se debe

principalmente a los investigadores alemanes Josef y Herbert Krautkramer,

quienes desde 1948 se han dedicado a desarrollar y mejorar el equipo de

inspección ultrasónica.

Los equipos de ultrasonido que empleamos actualmente permiten detectar

discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas, dependiendo del tipo

de palpador utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un ámbito

de 0,25 hasta 25 MHz.

Por otra parte, hoy en día contamos con una infinidad de variantes de la

inspección ultrasónica; cada una de ellas ha sido especialmente desarrollada para

poder detectar un tipo particular de discontinuidad o para inspeccionar diferentes

materiales .

Requisitos y Secuencia de la Inspección por Ultrasonido Industrial

Antes de iniciar una inspección por UT, es necesario definir los siguientes

parámetros, a fin de hacer una correcta selección del equipo de trabajo:


71

- Cuál es el tipo de discontinuidad que puede encontrarse.

- Qué extensión y orientación puede tener en la pieza

- Qué tolerancias se pueden aplicar para aceptar o rechazar la indicación.

Una vez definidos los puntos anteriores, el siguiente paso es decidir qué

equipo de inspección será utilizado.

Los equipos que actualmente existen de forma comercial ofrecen una gran

variedad de alternativas, por lo que antes de comprar un equipo es conveniente

que se analicen todas las posibles alternativas de operación, siendo recomendable

escoger un instrumento que cuente con servicio, refacciones y confiabilidad; ya

que la inversión inicial puede variar desde un mínimo de 6.000 $, hasta varios

cientos de miles de dólares. En la figura 12 se muestra un equipo completo de

inspección ultrasónica por inmersión.

FIGURA Nº 12

Equipo de Inspección por Inmersión.

Todas las normas establecen los requisitos mínimo que debe cumplir un

instrumento de inspección por ultrasonido y son:


72

a) La ganancia, que es la capacidad de amplificación del instrumento y que debe

ser de por lo menos 60 dB (decibeles); esto es, que pueda amplificar las

señales del orden de 1.000 veces como mínimo. Adicionalmente, la ganancia

debe estar calibrada en pasos discretos de 2 dB.

b) La pantalla debe tener una retícula grabada en la pantalla del tubo de rayos

catódicos y deberá estar graduada en valores no menores del 2% del total de

la escala.

c) El ruido del instrumento (señal de fondo) no debe exceder del 20% del total de

la escala vertical cuando la ganancia esté al máximo de operación. En el caso

de emplear medidores con lecturas digitales o analógicas, la repetitividad del

instrumento no deberá ser menor al 5%,

Por otra parte, todas las normas exigen que el instrumento de inspección

ultrasónica sea revisado y, en caso necesario, recalibrado por un taller de servicio

autorizado por el fabricante. Lo cual es de vital importancia si se está trabajando

bajo códigos o normas de aceptación internacional como AWS o ANSI/ASME. Con

base en lo anterior, antes de adquirir un equipo, es recomendable visitar al

proveedor y comprobar que cuenta con la licencia por parte del fabricante para dar

el servicio de mantenimiento preventivo y correctivo al equipo.

A continuación se debe seleccionar el palpador y el cable coaxial a ser

empleado. Los cables son del tipo coaxial para prevenir problemas de

interferencia eléctrica y sus conexiones deben ser compatibles con las del

instrumento y el palpador a emplear. La longitud del cable afectará la calidad de la

inspección, por lo que se debe evitar el empleo de cables más largos de lo

recomendado por los fabricantes del equipo.

La selección del palpador es uno de los puntos más críticos, ya que de él

dependerá en gran medida la calidad de la inspección. Los factores a ser

tomados en cuenta para la selección de un palpador son:


73

- Número de elementos piezoeléctricos.

- El tipo de inspección (contacto, inmersión, alta temperatura).

- El diámetro del elemento piezoeléctrico.

- La frecuencia de emisión.

- En su caso, el ángulo de refracción.

- El tipo de banda.

- El tipo de protección de antidesgaste

Por lo común, las normas establecen las condiciones mínimas que deben

cumplir los palpadores. Como la variedad de éstos es muy amplia, es conveniente

contar con los catálogos de los fabricantes o consultar al proveedor aprobado

respecto a las características de cada unidad antes de efectuar una adquisición.

En la figura 13 se muestra la imagen de un palpador convencional.

FIGURA Nº 13

Palpador para Ultrasonido

Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico

piezoeléctrico dentro del palpador; este elemento, que llamaremos transductor,

tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y

viceversa. Al ser excitado eléctricamente, y por el efecto piezoeléctrico, el

transductor vibra a altas frecuencias (lo que genera ultrasonido); estas vibraciones

son transmitidas al material que se desea inspeccionar. Durante el trayecto en el


74

material, la intensidad de la energía sónica sufre una atenuación, que es

proporcional a la distancia del recorrido. Cuando el haz sónico alcanza la frontera

del material, dicho haz es reflejado. Los ecos o reflexiones del sonido son

recibidos por otro (o por el mismo) elemento piezoeléctrico y su señal es filtrada e

incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos, en donde la

trayectoria del haz es indicada por las señales de la pantalla; también puede ser

transmitida a un sistema gráfico, donde se obtiene un perfil acústico de la pieza; a

una pantalla digital, donde se leerá un valor o a una computadora, para el análisis

matemático de la información lograda.

Es importante apuntar la necesidad de emplear un acoplante (aceite, grasa

o glicerina) con objeto de que el sonido pueda transmitirse del transductor a la

pieza de trabajo sin que existan grandes pérdidas de energía en la interfase

acústica conformada por el espacio de aire entre el metal o el material a examinar

y el palpador.

El acoplante debe reunir las siguientes características para emplearlo con

confianza: ser inherente al material en inspección, de fácil remoción después de

terminar la inspección; debe formar una capa homogénea en la superficie de

contacto; además, su costo será bajo y fácil de adquirir. Cabe aclarar que algunas

normas o códigos son rígidamente específicos en el tipo de acoplante a ser

empleado, quedando limitado al empleo de agua, glicerina o gel de celulosa.

En cuanto al sonido, una vez que ha sido introducido en el material sujeto a

inspección, puede presentar diferentes formas (modos) de conversión (viaje). Así

pues, si el palpador está orientado perpendicularmente a la superficie de

inspección (superficie de incidencia), el sonido viajará preferentemente de forma

comprensiva (se desplazará con una velocidad longitudinal o comprensiva) y será

este modo el que se empleará para detectar las indicaciones.


75

Si por el contrario el palpador se inclina dentro de ciertos ángulos (entre el

primer y segundo ángulo crético de la ley de Snell) sobre la superficie de

incidencia, el sonido viajará preferentemente de forma cortante: el sonido se

desplazará con una velocidad transversal o cortante. Por último, si el palpador se

inclina con una orientación tal que el haz incida con un ángulo igual al segundo

ángulo crítico de la Ley de Snell, el haz viajará de forma superficial: el sonido se

desplazará con una velocidad superficial.

Cada uno de estos modos de propagación tiene aplicaciones muy

específicas en la inspección ultrasónica y su selección dependerá de las

características de la pieza sujeta a inspección y de las discontinuidades que se

quieran detectar.

Si el material está libre de indicaciones que pueden ser detectadas, la señal

será constante en cuanto a su intensidad y posición; pero si hay un cambio en las

propiedades acústicas del material o una discontinuidad que refleje, atenúe o

disperse el haz de ultrasonido, la señal se modificará y se podrá observar una

disminución en la amplitud de la señal de la pared posterior o la aparición de

indicaciones antes de lo esperado.

La interpretación de estos cambios en las señales debe ser realizada por

personal que ha sido capacitado, calificado y que cuente con la experiencia

necesaria en la inspección a realizar, ya que de ello depende que los resultados

sean confiables, reproducibles y repetitivos.

Aplicaciones

El Ultrasonido Industrial es un ensayo no destructivo ampliamente difundido

en la evaluación de materiales metálicos y no metálicos.


76

Es frecuente su empleo para la medición de espesores, detección de zonas

de corrosión, detección de defectos en piezas que han sido fundidas y forjadas,

laminadas o soldadas; en las aplicaciones de nuevos materiales como son los

metalcerámicos y los materiales compuestos, ha tenido una gran aceptación, por

lo sencillo y fácil de aplicar como método de inspección para el control de calidad

de materiales, bien en el estudio de defectos (internos, subsuperficiales y

superficiales) y en la toma de mediciones como: medición de espesores

(recipientes de acero, capa de grasa en animales, etc.), medición de dureza,

determinación del nivel de líquido, etc,.

Ventajas del Ultrasonido Industrial - Se puede aplicar este técnica en una gran gama e materiales y a un gran

número e productos conformados como: chapas, ejes, vías, tubos, varillas,

etc., y a procesos de fabricación tales como: soldadura, fundición. Laminación,

forja, mecanizado, etc..

- Es aplicable a otras tales como: la Medicina, Navegación, Pesca,

Comunicación, entre otras.

- Permite detectar discontinuidades tanto superficiales, subsuperficiales e

internas.

- Puede aumentarse la sensibilidad del equipo al realizar un cambio conveniente

de palpador.

- Los equipos pueden ser portátiles y adaptables a un gran número de

condiciones.

Limitaciones del Ultrasonido Industrial

- El equipo y los accesorios son costosos.


77

- Deben emplearse vario tipos de palpadores a fin de determinar todas las

discontinuidades presentes en la pieza, preferiblemente cuando e trata de

piezas que o han sido ensayadas anteriormente.

- El personal destinado a realizar los ensayos debe poseer una amplia

experiencia y calificación en el manejo de la técnica y los equipos.

EMISIÓN ACÚSTICA

La Emisión Acústica (AET) ha tomado un gran impulso en los últimos años

por ser capaz de determinar las condiciones generales de equipos y materiales en

servicio.

El principio de la Emisión Acústica (AET) es la detección de ondas elásticas

que se crean de forma espontánea en aquellos puntos del material que se está

deformando de manera elástica o plástica, al ser sometido a un esfuerzo (carga

estática o dinámica), o por esfuerzos residuales que están presentes en el

material.

Las deformaciones del tipo cortante o que produzcan deslizamiento de los

planos cristalinos son las fuentes principales de la emisión acústica. En el caso de

los metales, la emisión detecta la acumulación de los deslizamientos y

dislocaciones intercristalinas, que en caso de continuar el esfuerzo darán inicio a

una fractura.

Es conveniente mencionar que cuando un material está sano, la emisión

más intensa se produce en la porción elástica de la curva de esfuerzo –

deformación, alcanzando su máximo en el punto del límite elástico; a partir del

cual la emisión decrece abruptamente. La posible causa de este comportamiento

es el efecto que puede tener sobre la movilidad de los planos de dislocación el


78

endurecimiento por deformación que presenta el material al ser sometido a

tensión.

Sin embargo, cuando el material presenta una discontinuidad y ésta se

propaga, se tiene una emisión constante que se va incrementando hasta que el

material falla por fractura. Tal vez uno de los inconvenientes que presenta esta

técnica de inspección es que la emisión continua es un proceso irreversible (efecto

Kaiser); esto quiere decir que una vez que el material ha sido sometido a esfuerzo

hasta un valor determinado, y después e reduce el esfuerzo, cuando se vuelva a

someter a tensión el material, la emisión se iniciará sino hasta que se exceda el

valor máximo del primer esfuerzo.

La emisión acústica se presenta como pulsos definidos que se propagan en el

material de forma radical a la velocidad del sonido. Los pulsos se caracterizan por

tener la forma de un tren de ondas atenuadas y con una amplia variedad de

frecuencias que pueden variar desde la región audible, hasta varios megahertz.

La duración del pulso es muy corta, del orden de nenosegundos a milisegundos,

por lo que su detección debe efectuarse por medios electrónicos; aunque la señal

producida es también muy débil, del orden de unos cuantos electrón-voltio.

Requisitos y Secuencias de la Inspección por Emisión Acústica

Para obtener la inspección con AET, lo primero que se debe realizar es la

selección de las frecuencias de rastreo y éstas dependerán del origen de la onda y

el tipo de discontinuidad que se desea detectar.

El siguiente paso es la selección de los puntos en los cuales e deben

localizar los transductores; ya que la determinación de la ubicación de los defectos

es por medio de triangulación, en función del tiempo que tarda la señal en ser

recibida por los distintos elementos.


79

Una vez que el equipo está dispuesto y se han calibrado los instrumentos,

se inicia la prueba aplicando un esfuerzo mecánico a una velocidad conocida y las

señales que emita el componente se registran y graban por medio de

computadoras, las cuales analizan la cantidad de eventos que se detectan por

unidad de tiempo, la intensidad de las emisiones y el tiempo que tardan las

señales en ser registradas por los diferentes transductores.

El último paso y el más crítico es analizar el tipo de emisor que ha generado

la emisión acústica, a fin de saber si es tan sólo una deformación elástica o de

relajación; o bien, si se trata de una fractura que está desarrollándose durante la

deformación del material.

Aplicaciones

La Emisión Acústica es una de las nuevas técnicas que ha tenido un gran

desarrollo, especialmente con la aceptación del empleo de computadoras para el

proceso de datos como medio de interpretación de los resultado. Se emplea en el

estudio de estructuras sujetas a esfuerzos cíclicos, como es el caso de las

estructuras aeronáuticas, los recipientes a presión y edificios o puentes. Otra

aplicación es la evaluación del comportamiento de nuevos materiales, como es el

caso de los tejidos a base Keblar; de la fibras de elementos cerámicos y los

materiales compuestos a base e cerámicos y metales y de plásticos reforzados

con fibras.

Ventajas de la Emisión Acústica

- Permitir detectar un defecto o fractura durante su desarrollo, aun antes de que

sea posible detectarla por algún otro tipo de ensayo no destructivo.


80

- Permite tener un patrón del comportamiento de la estructura sujeta a prueba, la

cual puede ser tomada como referencia para evaluar su comportamiento

después de haber estado en servicio y conocer si ha subido algún daño o

debilitamiento.

Limitaciones de la Emisión Acústica

- La interpretación de los resultados; ya que para una evaluación completa en

campo se requiere de procesadores que tengan alta velocidad y gran

capacidad de memoria y almacenamiento; motivo por el cual un trabajo de

inspección por AET puede realizarse rápidamente pero a un costo

relativamente elevado.

- El personal que realiza este tipo de pruebas debe tener una gran capacidad y

experiencia en la interpretación de señales y en la disposición de los

transductores de inspección; quien se especializa en esta técnica requiere de

por lo menos un año de trabajo previo antes de ser calificado como Nivel 1 y

necesita casi dos años para poder ser calificado como nivel II.

Resumen

Las técnicas de Inspección Volumétrica sirven para detectar las

discontinuidades en el interior de los materiales y para evaluar la severidad de

éstas.

La Inspección Volumétrica se realiza a partir de cuatro técnicas: Radiografía

Industrial (RT), Ultrasonido Industrial (UT), Radiografía Neutrónica (NT) y Emisión

Acústica (AET).


81

La Radiografía Industrial es un método físico de inspección. Se basa en la

interacción entre la materia y la radiación electromagnética. Cuando un cuerpo es

expuesto a la energía de los rayos X o gamma, éste los absorbe de forma

proporcional a su densidad, espesor y configuración. La radiación que logra

atravesar el material examinado se registra en una placa sensible a dicha energía.

Posteriormente la placa se revela y así se obtiene la imagen del área

inspeccionada, en la que las indicaciones de una discontinuidad aparecerán en un

tono gris o negro distinto al de las porciones de material homogéneo y saludable

porque al no haber material que atravesar o tener éste otra composición, será

distinta la cantidad de energía ionizante que atraviese esa parte de la pieza y se

imprima en la placa fotosensible.

El Ultrasonido Industrial es un proceso de tipo mecánico, basado en la

impedancia acústica; que se obtiene al conocer el producto de la velocidad

máxima de propagación de una onda sonora específica entre la densidad de un

material. Se emplea un instrumento electrónico que genera una onda ultrasónica

a través de un cristal o un cerámico piezoeléctrico y que tiene la propiedad de

transformar la energía eléctrica en energía mecánica (ondas sonoras) y viceversa.

Los sólidos tienen la capacidad de transmitir en su interior esta onda, que retoma

a la superficie de origen cuando ha llegado a la frontera del material en examen,

pues ésta lo refleja. Si el haz ultrasónico durante su trayecto es interrumpido por

una discontinuidad, la señal que la onda transmite a una pantalla d rayos

catódicos u otro medio de registro se modifica y de esa señal se obtiene la

indicación virtual cuantificable de un defecto dentro de la pieza en inspección.

La Emisión Acústica es un método de inspección de carácter mecánico y

se base en la emisión de pulsos definidos que se propagan en el material de forma

radial a la velocidad del sonido. Con lo anterior se detectan y miden, a través de

instrumentos de AET, las ondas elásticas que se crean en forma espontánea en

los puntos de un material que se somete a esfuerzo físico y al que se deforma de


82

manera plástica. El valor de dichas ondas es la representación de la posible

discontinuidad que se pretende detectar.


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CALIBRACIÓN DE LOS SISTEMAS ULTRASONICOS

Para la ejecución de la calibración de los sistemas ultrasónicos, se utilizan

bloques o trozos metálicos con discontinuidades artificiales, que son usados para

dos propósitos. Uno de los cuales se refiere a la determinación de las

características de operación del instrumento y del palpador, la otra a establecer y

reproducir los ecos de indicación de respuesta del instrumento durante los

ensayos en piezas o muestras.

Cuando los bloques son utilizados para determinar las características de

operación de un equipo ultrasónico, o para establecer una reproducción de las

condiciones de ensayo, son llamados “Bloques de Calibración”. Cuando éstos son

usados para comparar la altura de un eco de discontinuidad o la ubicación de la

discontinuidad en la pieza de ensayo, con respecto a una discontinuidad artificial

creada en el bloque especial, son llamados “Bloques de Referencia”. En algunos

casos, los mismos bloques pueden ser usados para propósitos específicos de

calibración o como referencia.

6.1. BLOQUES NORMALIZADOS DE REFERENCIA.

En el ensayo de ultrasonido, todas las indicaciones de discontinuidades son

comparadas con las recibidas de un bloque normalizado de referencia. Estos son

utilizados para estandarizar los equipos ultrasónicos en ensayos a piezas en

general. La estandarización se realiza por dos razones, que son:

- Chequear que el conjunto equipo-palpador trabaje como se requiere,

y

- Seleccionar el nivel de sensibilidad o ganancia requerida para

detectar las discontinuidades según sus dimensiones en la pieza de

ensayo.


105

La evaluación de las discontinuidades se efectúa por comparación de sus

indicaciones con las recibidas de una discontinuidad artificial de dimensiones

conocidas, a la misma profundidad y en un bloque normalizado de referencia del

mismo material.

La razón por la cual los bloques estándares son hechos del mismo material

es porque es necesario reproducir las mismas condiciones de atenuación del

sonido, tamaño de grano, tratamiento térmico, configuración, y características

generales presentes en el material de la pieza de ensayo.

Entre los bloques normalizados de referencia más comúnmente usados, se

encuentran cuatro tipos, que son:

- Alcoa serie A, que es un sete de bloques área-amplitud;

- Alcoa serie B, sete de bloques distancia-amplitud, también son

conocidos como Hitt;

- Serie ASTM E-127 (American Society for Testing Materials), set de

bloques area-amplitud y distancia amplitud;

- Bloques I.I.W. (International Institute of Welding), Bloque V-1, Bloque

V-2 y Bloque de Calibración en Resolución.

Por último, existen algunos otros bloques, conocidos como bloques

especiales, que son diseñados para el estudio y la calibración de os equipos y

sistemas, según la aplicación específica.

6.1.1. Set de Bloques ALCOA Serie A.

El set de bloques Alcoa serie A, set de bloques de calibración área-

amplitud, consta de ocho bloques de superficie cuadrada de lado igual a 1 15/16


106

pulgadas y con una longitud de 3 ¾ pulgadas. A ¾ de pulgada de profundidad,

desde la superficie posterior, se encuentra una superficie de fondo plano “FBH”

(flat bottom hole), taladro enel centro del bloque. Los diámetros de los agujeros de

fondo plano van desde 1/64 de pulgadas, en el bloque Nº 1, hasta 1/8 de pulgadas

(8/64 de pulgada), en el Nº 8, .

El set de bloques Alcoa serie A, está fabricado en base a barras forjadas de

aluminio de aleación ligera, 7075-T6 (ver Figura 6.1).

Nº del Bloque

∅ del FBH

1 1/64” 2 1/32” 3 3/64” 4 1/16” 5 5/64” 6 3/32” 7 7/64” 8 1/8”

Figura 6.1.Set de bloques Alcoa serie A.

En la Figura 6.1 vemos, tanto la forma como las dimensiones de los

bloques Alcoa la serie A, sete de bloques de calibración área-amplitud. Su

aplicación está basada en que la amplitud del eco de indicación de un agujero de

fondeo plano “FBH”, en la zona de campo lejano del haz de un palpador, es

proporcional al área del mismo. Entonces, éstos bloques son usados para

relacionar la amplitud de la señal con el área de la discontinuidad, asumiendo

siempre que no existan pérdidas a causada por rugosidad superficial.

6.1.2. Seta de Bloques ALCOA Seria B.

El set de bloques Alcoa serie B, a Hitt, set de bloques de calibración

distancia-amplitud, consta de diecinueve bloques de 2 pulgadas de diámetro, con


107

agujeros cilíndricos de fondo plano, todos del mismo diámetro. Sin embargo,

pueden ser obtenidos en el mercado, tres juegos con tres diámetros de agujeros

de fondo plano diferentes 13/64 de pulgada, desde la superficie posterior. Las

distancias, desde la superficie superior o de prueba del bloque hasta los agujeros

de fondo plano, varían desde 1/16 de pulgada, hasta 5 ¾ pulgadas (ver Figura

6.2).

En la Figura 6.2 se muestra un juego de bloques de la serie Alcoa B, set de

bloques de calibración distancia-amplitud. Por teoría de la onda ultrasónica

podemos saber que la disminución de la amplitud del eco, para una superficie de

agujero de fondo plano, utilizando un palpador con cristal circular, es proporcional

a 1/ (distancia) 2. La serie de bloque B puede ser usada para chequear las

características en distancia-amplitud de un material. Al igual que el set de bloques

Alcoa serie A, están fabricados en base a barras forjadas de aluminio de aleación

ligera, 7075-T6.

DIMENSIÓN A 1/16” 1 ¾” 1/8” 2 1/4” 1/4” 2 ¾” 3/8” 3 1/4” ½” 3 ¾” 5/8” 4 1/4” ¾” 4 ¾” 7/8” 5 1/4” 1” 5 ¾”

1 ¼” ∅ del FBH

3/64” 1/8” 5/64”

Figura 6.2. Set de bloques Alcoa serie B.

Cada bloque se encuentra identificado por un código numérico que consta

de cinco dígitos. El primer dígito identifica el diámetro del agujero de fondo plano,

y los cuatro dígitos restantes se refieren a la distancia existente desde la superficie

de prueba hasta el agujero de fondo plano. Por ejemplo: un bloque Alcoa serie B

identificado con el código 3-0075, tiene un diámetro de agujero de fondo plano de


108

3/64 de pulgada y una distancia desde la superficie hasta el agujero de fondo

plano igual a 0,75 ó ¾ de pulgadas.

6.1.3. Set de Bloques ASTM E-127.

El set de bloques ASTM E-127 es una combinación de bloques de

calibración área-amplitud y distancia-amplitud. Consta de diez bloques de 2

pulgadas diámetro que tienen, taladro en el centro de un extremo, el orificio de

fondo plano a ¾ de pulgada de profundidad desde la superficie posterior. El

primer bloque tiene un FBH de 3/64 de pulgada de diámetro, a una distancia de 3

pulgadas de la superficie de prueba. Los siete bloques siguientes tienen un

diámetro de agujero de fondo plano de 5/64 de pulgada de diámetro, con

distancias de ; 1/8 de pulgada, ¼ de pulgada, ½ de pulgada, ¾ de pulgada, 1 ½

pulgada, 3 pulgada Y 6 pulgada. Los dos bloques restantes tienen un agujero de

fondo plano de 1/8 de pulgadas de diámetro, con distancia de 3 pulgadas y 6

pulgadas. Al igual que los sets de bloques de calibración Alcoa series A y B, están

fabricados en base a barras forjadas de aluminio de aleación ligera, 7075-T6. El

set de bloques de calibración ASTM E-127, también puede ser obtenido en acero

o algunas aleaciones férreas (ver Figura 6.3).


109

DIMENSIONB

∅ del FBH

3” 3/64” 1/8” 5/64” 1/4” ½” ¾”

1 ½” 3” 6” 3” 1/8” 6”

Figura 6.3. Set de bloques ASTM E-127.

Los tres bloques con distancia de 3 pulgadas y diámetros de agujero de

fondo plano de 3/64 de pulgada, 5/64 de pulgada y 1/8 de pulgada (8/64 de

pulgada), conforman un set de bloques área-amplitud. De la misma forma, los dos

bloques con distancia de 6 pulgadas y diámetros de agujero de fondo plano de

5/64 de pulgada y 1/8 de pulgada, forman otro set de bloques área-amplitud. Los

siete bloques con diámetro de agujero de fondo plano de 5/64 de pulgada forman

parte de un set distancia-amplitud.

El set de bloques de calibración ASTM E-127 es, simplemente, una mezcla

de los bloques de calibración Alcoa series A y B, donde se ha disminuido la

cantidad de bloques para simplificar la cantidad de piezas. Sin embargo, su

aplicación está restringida debido al mismo factor.

6.1.4. Bloques de Referencia I.I.W. Los Bloques Normalizados de Referencia I.I.W. (International Institute of

Welding) son usados para la calibración tanto en distancia como en sensibilidad,


110

según el Código de Soldadura Estructural para Acero (Structural Welding Code-

Steel) de la A.W.S. (American Welding Society). Son muy útiles en el chequeo del

funcionamiento, tanto de palpadores normales como de palpadores angulares, así

como para evaluar la operabilidad de los equipos e instrumentos. El material de

fabricación de estos bloques es especificado por el I.I.W., siendo un acero bajo en

contenido de carbono y normalizado (tratamiento térmico) con un tamaño de grano

según normas Mcquaid – Ehn Nº 8.

Existen tres tipos de bloques I.I.W. principalmente, que son: Bloque de

Referencia I.I.W. V-1, Bloque de Referencia I.I.W. V-2, y Bloque de Referencia

I.I.W. para Calibración en Resolución.

6.1.4.1. Bloque de Referencia I.I.W. V-1 El Bloque de referencia I.I.W. V-1, es el bloque de calibración por

excelencia, utilizado para el ajuste en distancia y sensibilidad de palpadores,

tanto normales como angulares. Puede ser obtenido en dos tipos y en

Figura 6.4. Bloque I.I.W. V-1, Tipo 1.


111

dimensiones tanto inglesas (pulgadas) como internacionales (Sistema Métrico

Decimal). Su versión Tipo 2, donde la única variación es en el radio de una

pulgada cercano al punto focal, el cual es sustituido por una ranura a cada lado del

espesor en el propio punto focal. En la

Figura 6.4 se muestra tanto la forma como las dimensiones del bloque I.I.W. V-1,

tIpo 1, en pulgadas.

6.1.4.2. Bloque de Referencia I.I.W. V-2. Adicionalmente el bloque I.I.W. V-1, existe un bloque normalizado de

referencia que se utiliza para la calibración de palpadores angulares, en cuanto a

la base de tiempo se refiere, que es también conocido con el nombre de bloque

miniatura. Este bloque está basado en los mismos conceptos de diseño que el

bloque I.I.W. V-1, pero es mas pequeño y mas liviano.

El bloque miniatura, al igual que el bloque I.I.W. V-1, puede ser usado para

la calibración de palpadores tanto normales como angulares, de acuerdo a

calibración en distancia (ver Figura 6.5).

Figura 6.5. Bloque miniatura.


112

En la Figura 6.5. se muestra la forma y dimensiones del bloque miniatura.

Además, éste bloque puede ser obtenido con espesores de media o una pulgada.

6.1.4.3. Bloque de Referencia I.I.W. para Calibración en Resolución.

Este bloque es utilizado para la calibración en resolución de palpadores

angulares con 45º, 60º y 70º de ángulo de refracción en acero. En la Figura 6.6 se

muestra el bloque con su forma, dimensiones y ubicación de los agujeros

utilizados para el chequeo.

Figura 6.6. Bloque de referencia I.I.W. para calibración en resolución de palpadores angulares.

6.1.5. Bloques Especiales.

La ejecución de los ensayos ultrasónicos, generalmente está definida por

códigos o normas que estandarizan, tanto los métodos de calibración como los

defectos o el “tamaño crítico de efecto” a ser ubicado en la pieza de ensayo. Así,

la Sociedad Americana de Soldadura (A.W.S. – American Welding Society)


113

especifica el uso de los bloques I.I.W: V-1 y V-2, para la calibración y ajuste de

los equipos ultrasónicos en ensayos a soldaduras.

6.1.5.1. Calibración Según A.P.I. 5L.

El Instituto Americano del Petróleo (A.P.I. – American Petroleum Institute),

define una serie de discontinuidades artificiales que deben ser creadas en un

bloque del mismo material para elaborar un patrón de referencia. Por ejemplo: l

especificación API 5L (especificación para tubería de línea), en su sección 9

(ensayos no destructivos), establece que la calibración de los equipos ultrasónicos

debe ser efectuada mediante estándares de referencia fabricados partiendo de

trozos del mismo material en los que se crearán discontinuidades artificiales, como

las mostradas en la Figura 6.7.

Figura 6.7. Discontinuidades ratifícales a crear en un estándar de referencia según API 5L.

6.1.5.2 Calibración Según ASME.

Por su parte, la Sociedad Americana de Ingeniería Mecánica (ASME –

American Society for Mechanical Engineer), establece, en el Artículo 4 de a


114

Sección V del Código sobre Calderas y Recipientes a Presión (Boiler and Pressure

Vessel Code), una serie de factores que deben ser tomados en cuenta al

momento de efectuar la calibración de las funciones del instrumento. De la

misma forma, establece un bloque básico de calibración con una serie de

discontinuidades artificiales (ver Figura 6.8).

El espesor “T” del bloque de calibración va de acuerdo con el espesor del

cordón de soldadura a ser inspeccionado, aunque puede obtenerse de acuerdo

con la Tabla 6.1, en la que se define tanto el espesor del bloque como el diámetro

de los agujeros dependiendo de rangos preestablecidos del espesor “t” del cordón

de soldadura de la pieza bajo ensayo.

ESPESOR DE LA SOLDADURA

( t )

ESPESOR DEL BLOQUE DE CALIBRACIÓN

( T )

DIÁMETRO DEL

AGUJERO 2” < t ≤ 4” 3” ó t 3 / 16” 4” < t ≤ 6” 5” ó t 1 / 4” 6” < t ≤ 8” 3” ó t 5 / 16”

8” < t ≤ 10” 3” ó t 3 / 8” 10” < t ≤ 12” 3” ó t 7 / 16” 12” < t ≤ 14” 3” ó t 1 / 2”

t > 14” ---------- * *Para cada incremento el espesor “t” de dos pulgadas, el diámetro del agujero aumentará

en 1/16”.

Tabla 6.1. Valores del espesor “T” y del diámetro de los agujeros según espesores reales del cordón de soldadura.


115

Figura 6.8. Bloque básico de calibración ASME.

Es de hacer notar que las tolerancias permitidas en cuanto al diámetro del

agujero es ± 1/32”, la profundidad de las entalladuras podrá variar entre 10 y –

20%, y la desviación en la ubicación del centro de los agujeros a través del

espesor será ± 1/8”.

Sin embargo, el Código ASME permite la utilización de agujeros de

calibración con diámetro igual a ¼” para espesores entre ½” y 2”, siendo

imprescindible la utilización del agujero ubicado en T/2.

Para espesores mayores a 2”, el diámetro de los agujeros será igual a 3/8”,

requiriéndose la utilización, en cuanto a la calibración se refiere, de los agujeros

ubicados a T/4, T/2 y ¾ T.


116

6.1.5.2. Bloque Escalonado.

El bloque escalonado está diseñado para la calibración de palpadores

normales, y mas exclusivamente de palpadores Emisor-Receptor, “E-R”, para la

medición de espesores. Su nombre se debe a que su forma es en escalera, tal y

como se muestra en la Figura 6.9.

Figura 6.9. Bloque escalonado.

Los bloques escalonados pueden ser obtenidos con diferentes

dimensiones, bien sea en el sistema inglés o en el sistema métrico decimal.

Dentro de los mas comunes se encuentran con escalones entra 1 y 8 milímetros (8

escalones en total), y su equivalente en pulgadas; aunque existe una gama de

bloques sumamente variada dentro de los cuales siempre hay uno que se ajustará

a las necesidades del usuario.

6.2. APLICACIÓN DE LOS BLOQUES NORMALIZADOS DE REFERENCIA. Los bloques normalizado de referencia son utilizados para estandarizar los

equipos ultrasónicos en ensayos a piezas en general, la estandarización se realiza

por dos razones: la primera, chequear que el conjunto equipo-palpador trabaja

como se requiere; la segunda, seleccionar el nivel de sensibilidad o ganancia

requerida para detectar las discontinuidades según sus dimensiones en la pieza

de ensayo. La evaluación de discontinuidades se efectúa por comparación de sus

indicaciones con las recibidas de una discontinuidad artificial de dimensiones

conocidas, a la misma profundidad y en un bloque normalizado de referencia del

mismo material.


117

6.2.1. Aplicación del Set de Bloques ALCOA Serie A. La aplicación del set de bloques ALCOA Serie A, está basada en que la

amplitud del eco de indicación de un agujero de fondo plano, en la zona de campo

lejano del haz de un palpador, es proporcional al área del agujero. Entonces, estos

bloques son usados para relacionar la amplitud de la señal con el área de la

discontinuidad, asumiendo siempre que no existan pérdidas causadas por

rugosidad superficial.

Cuando se detecta una discontinuidad a la misma profundidad que un

agujero de fondo plano; suponiendo que la señal de indicción presente una latra

en pantalla similar a la producida por el bloque Nº 5. (diámetro del agujero de

fondo plano igual a 5/64 de pulgadas); podremos asegurar que el reflector no es

menor en dimensión que la superficie de agujero del bloque Nº 5. Sin embargo, el

defecto puede ser mucho mayor en tamaño, pero la rugosidad superficial o la

orientación de la discontinuidad no permiten que la porción del haz ultrasónico que

choca contra la superficie del reflector sea reflejada contra el palpador en su

totalidad.

Supongamos que para la verificación lineal de un equipo de ultrasonido se

ha elegido un palpador que cubre una pulgada de área a una distancia de tres

pulgadas desde la cara del mismo en la zona de campo lejano. Si lo colocamos

sobre el bloque Nº 8 (diámetro del agujero de fondo plano igual a 1/8 de pulgada),

y llevamos el eco proveniente de la superficie del agujero a una altura de pantalla

igual al 80%, si manteniendo la calibración del valor de ganancia del equipo

ubicamos el palpador en el bloque Nº1 (diámetro del agujero de fondo plano igual

a 1/64 de pulgada), veremos que la altura del eco proveniente del agujero ha

disminuido proporcionalmente al área del mismo; o sea, de un 80% bajará hasta

un 1,25% por lo que el eco no se observará en pantalla. Si tomamos ahora el

bloque Nº 4 (diámetro el agujero de fondo plano igual a 1/16 de pulgada), y

manteniendo la calibración existente, colocamos el palpador sobre el mismo


118

veremos que el eco se presente con altura de 20% de pantalla. Si no es así,

deberán ser chequeadas las condiciones de operación del equipo.

Cuando se calibra el equipo ultrasónico para que la altura de respuesta del

eco sea de un 80% para el bloque Nº 8, para el resto de los bloques la altura

deberá ser: Nº 7 de 61,25%, Nº 6 de 45,0 %, Nº 5 de 31,25 %, Nº 4 de 20,0 %,

Nº3 de 11,25 %, Nº 2 de 5,0 % y Nº 1 de 1,25%. Si inicialmente fijamos una

altura de eco para el bloque Nº 8 de 100 % en pantalla. La altura para el resto de

los bloques será: Nº 7 de 76,56 %, Nº 6 de 56,25 %, Nº 5 de 39,06 %, Nº 4 de

25,0%, Nª 3 de 14,06 %, Nº 2 de 6,25 % y Nº 1 de 1,56 %. Esta es una forma de

chequear que la relación entre la altura de los ecos en pantalla sea realmente

lineal; manteniendo siempre un margen de error, que se encuentra alrededor de

un 12,5 % y es aceptado por los códigos y normas aplicables. Además, como se

dijo anteriormente la relación de altura puede ser modificada variando la ganancia

u operando el control de atenuación o supresión, presentes en los equipos

ultrasónicos que disponen del mismo.

6.2.2. Aplicación del Set de Bloques ALCOA Serie B.

La Calibración de los equipos ultrasónicos mediante el set de bloques

ALCOA Serie B, o Hitt, se basa en la relación existente entre la distancia y la

amplitud, y es un poco mas complicada que la efectuada por medio del set ALCOA

Serie A, o set que relaciona el área de la discontinuidad con la amplitud de la

señal de respuesta.

Previamente, vamos a calibrar el equipo en distancia, tomando en cuenta la

máxima longitud del bloque (5-5075). A tal fin, la distancia a medir

horizontalmente en la pantalla será igual a seis pulgadas. Dependiendo del

palpador y de su zona de campo cercano tendremos, que para algunos bloques, la

altura del eco será deficiente de acuerdo con la ganancia previamente fijada, por


119

lo que debemos ubicar el bloque que nos resulte en la altura de eco mayor dentro

de la zona de campo lejano.

El procedimiento es el siguiente: una vez calibrada la pantalla en distancia

(por ejemplo, 6 pulgadas), colocaremos el palpador sobre el bloque de menor

distancia (1/16 de pulgada) y llevaremos el eco de respuesta a una altura de 80 %

de pantalla; luego ubicaremos el palpador sobre el bloque siguiente (1/8 de

pulgada), la ganancia o mejor dicho, el nivel de ganancia deberá ser disminuido

hasta que la altura del eco en pantalla sea igual al 80 %; ahora usaremos el

bloque siguiente (1/4 de pulgada) y así sucesivamente hasta que obtengamos el

bloque que resulte en una altura de eco 80%, y que con la misma graduación de

ganancia, sea mayor que la respuesta del resto del set de bloques. Si

mantenemos la ganancia seleccionada y probamos con todos los bloques,

marcando en la pantalla los puntos de máxima altura de todos y cada uno de ellos,

lograremos una curva de corrección distancia-amplitud (DAC-distance-amplitude

correction), tal y como se observa en la Figura 6.10.

Figura 6.10. Curva de corrección distancia-amplitud.

La curva de corrección distancia-amplitud es utilizada para definir un nivel

de aceptación o rechazo, o bien un nivel de referencia, con respecto a la altura de


120

los ecos en pantalla, provenientes de reflectores en la pieza de ensayo, según su

distancia o su profundidad en las piezas a ensayar.

6.2.3. Aplicación del Set de Bloques ASTM E-127. El set de bloques ASMT E-127 es una combinación de bloques de

calibración área-amplitud y distancia-amplitud. Por ser una mezcla de los sets de

bloques de calibración ALCOA Series A y B, su aplicación es similar a la

anteriormente expuesta; sin embargo, está restringida debido a la cantidad de

bloques que componen el set. Los bloques, en éste set, se encuentran

identificados de la misma forma que los bloques de las series Alcoa A y B, o sea,

según el diámetro de la superficie del agujero de fondo plano y de la longitud

desde la superficie de contacto hasta la reflectora.

6.2.4. Aplicación de los Bloques de Referencia I.I.W.

Como se dijo anteriormente, los bloques normalizados de referencia I.I.W. (

International Institute of Welding), se utilizan tanto para la calibración en distancia

como en sensibilidad, según el Código A.W.S. (American Welding Society), en

ensayos mediante la técnica de contacto directo.

6.2.4.1. Aplicación del Bloque de Referencia I.I.W. V-1.

Su aplicación, en cuanto a palpadores normales, se refiere a la calibración

en distancia, para lo cual se utilizan los espesores de una y cuatro pulgadas (ver

Figura 6.11 en sus posiciones A y B). Además, en la Figura 6.11 posición C, se

muestra la forma como puede ser utilizado para chequear el nivel de resolución de

los palpadores normales.


121

Figura 6.11. Aplicación del bloque I.I.W. V-1 para calibración de palpadores normales.

En la Figura 6.11 podemos observar tres posiciones para palpadores

normales (A, B y C). En la posición A, el palpador está dispuesto a medir una

distancia de una pulgada; y en la posición B, cuatro pulgadas. De ésta forma,

puede ser efectuada la calibración del instrumento para una distancia mínima de

cuatro pulgadas, con una distancia de referencia de una pulgada y la distancia

máxima (ver Figura 6.12).

En la Figura 6.12, se observan tres ecos. El primero corresponde al eco de

emisión o inicial, I; el segundo (ver Figura 6.12ª), identificado con la letra A, indica

la distancia equivalente a una pulgada. Nótese que entre el eco inicial y el eco A la

distancia es la curta parte de la pantalla, así como los subsiguientes rebotes de

fondo. Por último se observa el eco correspondiente a la posición B de la Figura

6.11 (identificado con la letra B en la Figura 6.12b), la distancia entre el eco inicial

y el eco B abarca toda la pantalla, y es equivalente a cuatro pulgadas. Es

importante hacer notar que cuando el palpador está ubicado en la posición A de la

Figura 6.11, únicamente se observarán los ecos inicial y A (ver Figura 6.12ª), con

los correspondientes segundo, tercero, cuarto, etc, rebotes de fondo; cuando se

ubica en la posición B, se obtendrá el eco B y el eco inicial se mantendrá, tal y

como se muestra en la Figura 6.12b.


122

Figura 6.12. Ubicación de los ecos de indicación de una y cuatro pulgadas en pantalla.

Una vez efectuada la calibración anterior podremos chequear el nivel de

resolución del palpador ubicándolo en la posición C de la Figura 6.11, donde

mediremos tres distancias a la vez (3.39 pulgadas, 3.64 pulgadas y 4 pulgadas; o

85 milímetros, 91 milímetros y 100 milímetros), cercanas y escalonadas. Para

efectuar el chequeo de resolución, el eco del primer rebote obtenido en la posición

A (Figura 6.12ª - eco A) debe ser llevado a una altura de pantalla entre el 50 y

75%, así obtendremos el nivel de referencia. Manteniendo el nivel de ganancia

(nivel de referencia) obtenido se procederá al chequeo de resolución.

Recordemos que en el CAPITULO 2, Apartado 2.5 Características de los

Palpadores, y Apartado 2.5.1. Resolución, se expuso que la resolución es la

habilidad que presentan los palpadores para identificar y separar las señales de

indicación de varios reflectores diferentes y cercanos, en lo que a profundidad se

refiere. En la figura 6.13 se muestran los ecos de indicación obtenidos mediante

un palpador normal, ubicado en la posición C (chequeo de resolución) de la Figura

6.11.

En el CAPITULO 5, Apartado 5.3.4.: Sistema de Ganancia, se muestra el

efecto producido por los controles de amplificación contra resolución (ver Figura


123

5.15); donde, operando éste control puede mejorarse la resolución de un sistema

de ensayo.

Figura 6.13. Ubicación de los ecos de indicación durante el chequeo de la resolución de un palpador normal.

Para la calibración y el chequeo de la condiciones de operabilidad de los

palpadores angulares, se pueden utilizas tanto el bloque I.I.W. V-1 como el bloque

miniatura. En cuanto al bloque I.I.W. V-1, éste puede ser usado para obtener: (1)

el punto real de salida del haz ultrasónico; (2) el ángulo real del haz ultrasónico del

palpador; y (3) la calibración en amplitud o sensibilidad. El chequeo del punto y del

ángulo real de salida del haz ultrasónico, se efectúan toda vez que la zapata

plástica desgaste debido al roce superficial con las piezas de ensayo, o cuando el

palpador no ha sido utilizado aún. En la Figura 6.14 se muestran las diferentes

posiciones de ubicación de los palpadores en el bloque I.I.W. V-1.


124

Figura 6.14. calibración de palpadores angulares mediante el bloque I I W.

El punto real de salida del haz ultrasónico se obtiene colocando el palpador

sobre el punto focal ubicado en el bloque I.I.W. V-1 (ver Figura 6.4). Si calibramos

el conjunto palpador-equipo a una distancia de cuatro pulgadas en pantalla, por

ejemplo, y colocamos el palpador en la posición D de la Figura 6.14, obtendremos

un eco de reflexión de pared posterior con el radio de cuatro pulgadas. Al

desplazar el palpador sobre la superficie del bloque con un movimiento atrás y

adelante, veremos que el eco aumentará y disminuirá su amplitud con el

desplazamiento, debemos ubicar el punto en el cual el eco presente su mayor

amplitud para así determinar el punto de salida de haz ultrasónico.

Adicionalmente, el radio de cuatro pulgadas, utilizado anteriormente para

determinar el punto real de salida del haz, puede ser utilizado para calibrar el

sistema ultrasónico en cuanto a distancia se refiere.

Una vez ubicado el punto real de salida del haz ultrasónico, podemos

proceder a determinar el ángulo real del haz ultrasónico del palpador. Si

observamos el bloque I.I.W. V-1, presentado en la Figura 6.4, veremos que


125

posee indicaciones según el ángulo de cada palpador en sus costados. En la

Figura 6.14 se indican dos posiciones C y F, estas posiciones corresponden a las

zonas donde se encuentran indicados los ángulos, y las reflexiones respectivas se

producirán desde el orificio de diámetro iguala dos pulgadas que posee en su

interior un relleno de plástico (plexiglás) a manera de interfase; la posición E para

palpadores con ángulo de incidencia entre 40 y 60 grados, y la posición F entre 60

y 70 grados. Al igual que en el caso anterior; si desplazamos el palpador sobre la

superficie del bloque observaremos que la amplitud de la indicación varía con el

desplazamiento, al obtener el punto de amplitud máxima obtendremos,

automáticamente, el valor del ángulo del haz ultrasónico del palpador.

La calibración en amplitud o sensibilidad se obtiene clocando el palpador

angular en la posición G de la Figura 6.14. El palpador debe ser desplazado atrás

y adelante hasta obtener la respuesta de máxima amplitud desde el orificio de

diámetro 0.006 pulgadas (1,5 milímetros). Una vez obtenida la máxima respuesta

se ajusta la ganancia para así determinar el nivel de referencia del sistema. La

sensibilidad debe ser ajustada con una altura de pantalla de 80 %, el valor de la

ganancia será el nivel de referencia.

La evaluación de las indicaciones según el Código A.W.S. (American

Welding Society), está referida a las diferencias algebraicas existentes entre los

niveles de ganancia de: nivel de indicación, nivel de referencia y factor de

atenuación, de la siguiente forma:

d = a – b – c (6.1)

Donde:

d : Grado de indicación.

a : Nivel de indicación.

b : Nivel de referencia.

c : Factor de atenuación.


126

El nivel de indicación es el valor de la ganancia de detección de la

discontinuidad. Esto significa que cuando detectamos una disacontinuidad y

llevamos su altura máxima de eco a un 80% de la pantalla, el valor de la ganancia

será el nivel de indicación.

El factor de atenuación se calcula en base a la distancia angular, o la

distancia recorrida por el haz ultrasónico desde el palpador hasta la

discontinuidad, en pulgadas; según la siguiente ecuación:

c = 2 – (h – 1) (6.2)

Donde:

c : Factor de atenuación.

h : Distancia angular, en pulgadas.

El grado de indicación “d”, obtenido de la ecuación 6.1 será comparado con las tablas de aceptación o rechazo, y clasificado según sea el caso. 6.2.4.2. Aplicación de Bloque de Referencia I . I . W. V-2.

En la Figura 6.5 se presentó un bloque miniatura. Este bloque presenta la

ventaja de ser mas liviano y de menor volumen que el bloque I . I . W. V-1, pero

aunque los códigos aplicables no admiten su sustitución, cumple las mismas

funciones en cuanto al chequeo del funcionamiento de palpadores angulares, tales

como: determinación del punto real de salida del haz, determinación del ángulo

real de incidencia del haz y calibración en amplitud o sensibilidad. En éste caso, la

determinación del ángulo real de incidencia se realiza utilizando el orificio de


127

diámetro 0.06 pulgadas. En la Figura 6.15 se presentan las posiciones de los

palpadores según su función en un bloque miniatura.

Figura 6.15. Calibración de palpadores angulares mediante el bloque miniatura.

Para la determinación del punto real de salida del haz, similarmente al

bloque I. I. W. V-1, se coloca el palpador en la posición D; mientras que tanto para

la determinación del ángulo de incidencia como para la calibración en sensibilidad

se utilizan las posiciones E y F, la posición E para palpadores con ángulo entre 45

y 60 grados, y la F para palpadores con ángulo mayor a 60 grados.

La calibración en distancia puede ser realizada con el bloque miniatura a un

mínimo de dos pulgadas en pantalla. Si colocamos el palpador en la posición D y

ubicamos el eco de indicación al final de la pantalla (2 pulgadas), luego con el

palpador invertido (midiendo hacia el radio de 1 pulgada) ubicamos el eco de

respuesta en el centro de la pantalla. Así, operando los controles de

desplazamiento y dilatación de la imagen en pantalla e invirtiendo el palpador

hacia los radios de 1 y 2 pulgadas, llegará el momento en el cual se obtendrán los

ecos en las posiciones deseadas.


128

En la Figura 6.16 se muestra la ubicación de los ecos al calibrar el equipo a

una distancia de cuatro pulgadas y ubicando el palpador en la posición señalada.

Nótese que el eco señalado con el número 1 corresponde a la respuesta obtenida

de la superficie con radio de una pulgada; sin embargo, por efecto de la interfase

ubicada entre bloque y palpador, parte de la onda ultrasónica continuará su

recorrido hasta la superficie ubicada a dos pulgadas de radio, será reflejada en (2)

y retornará a la interfase palpador-bloque, pero por la diferencia existente entre os

ángulos de la onda y del palpador no será detectada. Igualmente por efecto de la

interfase, parte de la onda viajará hacia el radio de una pulgada, será reflejada en

1 y detectada por el palpador. El eco de indicación correspondiente es el

señalado con el número 2, ubicado a cuatro pulgadas del eco inicial.

Figura 6.16. Calibración en distancia a cuatro pulgadas para palpadores

angulares con el bloque miniatura. Si ahora calibramos el equipo a una distancia igual a cinco pulgadas y

ubicamos el palpador tal y como se observa en la Figura 6.17, obtendremos de la

misma forma los ecos correspondientes a las distancias de dos y cinco


129

Figura 6.17. Calibración en distancia a cinco Pulgadas para palpadores angulares

Con el bloque miniatura. Pulgada (ecos 1 y 2). Cuando la calibración es mayor a cinco pulgadas, por

cálculo matemático se puede obtener la posición correspondiente en pantalla de

acuerdo a la distancia. En éste caso, los ecos se obtendrán a dos, cinco, ocho,

once, etc, pulgadas de distancia en la pantalla del equipo ultrasónico; mientras

que en el caso anterior, los ecos de indicación se observarán a una, cuatro, siete,

diez, etc, pulgadas de distancia en pantalla.

6.2.4.3 Aplicación del Bloque de Referencia I. I. W. para Calibración en

Resolución.

El bloque de referencia I.I.W. para calibración de palpadores angulares se

utiliza con el fin de chequear la resolución o el nivel de resolución de los

palpadores angulares. En éste caso, se presentan tres superficies curvas

(agujeros cilíndricos pasantes) a distancias diferentes pero cercanas. El objetivo

es que los ecos de indicación de las tres superficies sean claros y separados y así,

resolver cada eco con respecto al siguiente.

Cuando hablamos de la aplicación del bloque de referencia I.I.W. V-1, para

palpadores normales (ver Figura 6.11– posición C), se dijo que un palpador con


130

buena resolución debe presentar un oscilograma como el mostrado en la Figura

6.13, correspondiente a la posición C de la Figura 6.11.

En el presente caso ocurre exactamente lo mismo, la calidad del

oscilograma debe ser similar para considerar que el palpador, angular en este

caso, posee un buen nivel de resolución.

6.2.5. Aplicación de los bloques especiales.

Entre los bloques especiales, anteriormente descritos, se consideran: A.P.I.

(American Petroleum Institute), A.S.M.E. (American Society for Mechanical

Engineer) y el Bloque Escalonado.

6.2.5.1. Aplicación según A.P.I. 5L.

Según el Instituto Americano del Petróleo (API – American Petroleum

Institute), en su Especificación API 5L, el bloque de referencia debe presentar

entalladuras tanto en la superficie superior como en la inferior, o agujeros

pasantes tal y como se muestra en la Figura 6.6. Las entalladuras deben ser

paralelas al eje de la soldadura, y estarán separadas la distancia suficiente como

para producir señales fácilmente distinguibles entre sí. Los agujeros pasantes

deben ser perforados, a través de la pared, perpendicularmente a la superficie.

Los criterios de aceptación o rechazo nos remiten a la comparación de la

altura de los ecos en pantalla, entre las indicaciones provenientes de las

discontinuidades creadas en el bloque de referencia y las ubicadas en la pieza de

ensayo, según la siguiente tabla:


131

TIPO DE EFECTO PROCESO DE SOLDADURA ENTALLA AGUJERO

LIMITE DE ACEPTACIÓN

N5 1,60 mm 100% SOLDADURA POR ARCO

SUMERGIDO OTRA 3,20 mm 33%

N10 – V 3,20 mm 100% SOLDADURA RESISTENCIA ELECTRICA B - P ------ 80%

Tabla 6.2. Criterios de aceptación o rechazo

Según la especificación API 5L.

Los tipos de defectos se refieren a los presentados en la Figura 6.7; y los

límites de aceptación corresponden al porcentaje de altura de los ecos

provenientes de la pieza de ensayo respecto de los obtenidos del patrón de

referencia. Por ejemplo, si en juntas realizadas mediante el proceso de arco

sumergido calibramos con un agujero pasante de diámetro 1,60 mm y ubicamos el

eco de respuesta a un 80 % de altura de pantalla, cualquier indicación proveniente

de la pieza de ensayo que sobrepase éste valor será rechazada (mayor que el 100

%).

6.2.5.2. Aplicación del Bloque de Calibración A.S.M.E.

La Sociedad Americana de Ingeniería Mecánica (ASME – American Society

for Mechanical Engineer) en los Artículos 4 y 5 de la Sección V – Examinación No

Destructiva (Section V – Nondestructiva Examination) del Código de Calderas y

Recipientes a Presión (Boiler and Pressure Vessel Code), define el uso de las

curvas de corrección distancia-amplitud (DAC – Distance-Amplitude Correction)

creadas a partir de señales de indicación provenientes de los agujeros ubicados a

¼, ½ y ¾ del espesor del bloque presentado en la Figura 6.8.

La calibración del sistema se realiza obteniendo señales de indicación de

todos y cada uno de los agujeros para el recorrido total del haz ultrasónico en su


132

zona de interés. Así, se obtendrán ecos de indicación de: ¼ T, ½ T, ¾ T, 5/4 T,

3/2 T Y 7/4 T, para crear la curva DAC (100 % DAC). El procedimiento de

obtención de la curva DAC, es el siguiente:

- Dependiendo del espesor de la pieza a ensayar, se debe calibrar la

distancia de recorrido en pantalla. La calibración se hará mediante la

siguiente ecuación:

αcos

2 eh ⋅= (6.3)

Donde:

h : Distancia angular.

e : Espesor de la pieza.

α : Angulo del palpador.

Aplicado ésta ecuación, obtendremos la distancia de recorrido del haz

ultrasónico para un paso completo.

- Se debe obtener, ahora, el eco de indicación de cualquiera de los

agujeros, que resulte en la mayor altura de pantalla y lo ubicaremos

a un 80 %. Trazaremos el punto en la pantalla.

- Al obtener la altura de ecos de los restantes agujeros se deben

trazar en pantalla sin modificar el nivel de ganancia obtenida 80% en

el paso anterior.

- Dibujar en la pantalla la curva que una que una los puntos obtenidos

y trazados anteriormente. Esta curva es la 100% DAC (ver Figura

6.18).


133

- Siguiendo el procedimiento anterior, trazar sobre la pantalla una

curva que represente una disminución del 50% (6 dB) respecto de la

curva 100% DAC. Esta curva se denomina 50% DAC (ver Figura

6.18).

Los criterios de aceptación o rechazo están referidos a discontinuidades

cuyos ecos de indicación superen, en altura, la curva 50% DAC y estén por debajo

de la curva 100% DAC; o superen también la curva 100% DAC. Sin embargo,

depende de las dimensiones y del tipo de pieza sometida a examinación.

Figura 6.18. Realización de las curvas de corrección distancia-amplitud

50 y 100 % “DAC”.


134

6.2.5.3. Aplicación de Bloque Escalonado.

Los palpadores “E - R”, cuando son utilizados con equipos de presentación

A – scan (ver CAPITULO 5 – Apartado 5.2.1), son calibrados utilizando patrones

que presenten, como mínimo, dos espesores diferentes entre los cuales se

encontrará el rango de espesores a medir (ver Figura 7.1). Sin embargo, se

encuentran en el mercado patrones de calibración escalonados, los cuales

presentan escalones con diversas medidas destinados a la calibración (ver Figura

6.19).

Fig. 6.19. Calibración de palpadores “E – R” para medición de espesores.

La calibración de palpadores “E – R” para medición de espesores se realiza

de la siguiente forma:


135

- Seleccionar el rango de distancia – profundidad a medir (en la Figura

6.19, el rango seleccionado es de 10 milímetros);

- Colóquese el palpador en la posición “(a)” (3 milímetros) y ubíquese el eco

en la posición deseada;

- Colóquese el palpador en la posición “(b)” (6 milímetros) y ubíquese el

eco en su posición en pantalla.

Los pasos (2 y 3) deben ser efectuados cuantas veces sea necesario hasta

que ambos ecos estén en su posición correspondiente. En éste momento, el

sistema equipo-palpador estará listo para medir con precisión espesores dentro

del rango seleccionado (3 a 6 mm).

6.3. RELACION ENTRE LA ALTURA DE INDICACIONES.

Cuando operamos el control de ganancia de un equipo ultrasónico,

observamos que la altura de los ecos de indicación varia de acuerdo con la

cantidad de decibeles. Esta variación puede ser calculada algebraicamente, de

manera que podemos conocer con exactitud la cantidad de decibeles que deberán

ser aumentados o disminuidos para llevar la altura de un eco a mayor o menor

posición. Hasta llevar la altura de un eco a mayor o menor posición. Esta relación

nos indica que un decibel es igual a “veinte veces el logaritmo decimal de la

relación de altura del 0 los ecos de indicación”. Esta relación queda definida por

la ecuación:

1

220HH

LogH ⋅=δ (6.4)

Donde:

δH : Valor en dB de la diferencia de altura entre dos ecos.

H2: Altura final de la indicación o del segundo eco.

H1: Altura inicial de la indicación o altura del primer eco.


136

Es posible formular ésta ecuación en función de la diferencia de altura de

los ecos de indicación, de la siguiente forma:

( ) 20

1

2 10H

HH δ

=

De la misma forma, existen ciertas ecuaciones que definen la relación

existente entre la altura de los ecos de indicación con la diferencia en distancia o

tamaño del reflector.

6.3.1. Relación Entre Altura de Indicación y Distancia de Pared Posterior.

La relación existente entre la variación de la altura de los ecos de indicación

y la variación de la distancia del palpador a la pared posterior es inversamente

proporcional, ya que a menor distancia mayor altura de eco, manteniendo siempre

el mismo nivel de ganancia. Esta relación queda definida por la ecuación:

2

1

1

2

ss

HH

= (6.6)

Donde:

H2= Altura del eco de indicación correspondiente a la distancia s2.

H1= Altura del eco de indicación correspondiente a la distancia s1.

S2= Distancia de recorrido del haz ultrasónico correspondiente al eco H2.

S1= Distancia de recorrido del haz ultrasónico correspondiente al eco H1.


137

6.3.2. Relaciones Entre Altura de Indicación y Agujero Cilíndrico Transversal.

Existen dos ecuaciones que relacionan la variación de la altura de los ecos

de indicación con los agujeros cilíndricos transversales (TCH – Transverse

Cilindrical Hole). La primera, relaciona la variación de la altura de los ecos de

indicación con la variación de la distancia de recorrido del haz ultrasónico a través

del material hasta el agujero cilíndrico transversal, la ecuación es la siguiente:

5,1

2

1

1

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ss

HH

(6.7)

La segunda, relaciona la variación de la altura de los ecos de indicación con

la variación del diámetro del agujero cilíndrico transversal, manteniendo la

distancia de recorrido constante. Esta relación queda definida por la ecuación:

5,0

1

2

1

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

DD

HH

Donde: D2 : Diámetro del TCH correspondiente al eco de indicación H2 .

D1 : Diámetro del TCH correspondiente al eco de indicación H1 .

6.3.3. Relaciones Entre Altura de Indicación y Agujero de Fondo Plano.

Existen dos ecuaciones que relacionan la variación de la altura de los ecos

de indicación con los agujeros de fondo plano (FBH – Flat Bottom Hole). La

primera, relaciona la variación de la altura de los ecos de indicación con la


138

variación de la distancia de recorrido del haz ultrasónico a través del material

hasta el agujero de fondo plano, de la siguiente manera:

La segunda, relaciona la variación de la altura de los ecos de indicación con

la variación del diámetro del agujero de fondo plano, manteniendo la distancia de

recorrido constante. Esta relación queda definida por la ecuación

6.3.4. Relación Entre las Superficies Reflectoras de “TCH” con “FBH”.

Cuando procedemos a calibrar los sistemas ultrasónicos, a menudo es

necesario realizar patrones de calibración que presenten agujeros de fondo plano

como requisito para la comparación de los ecos de respuesta de la pieza de

ensayo. Resulta difícil la realización de éste tipo de superficies reflectoras, sobre

todo cuando éstos deben ser mecanizados sin las maquinarias adecuadas y en

cortos períodos de tiempo.

Sin embargo, teniendo la posibilidad de sustituir las superficies reflectoras

de fondo plano (FBH) por superficies reflectoras cilíndricas (TCH), las cuales son

mas fáciles de mecanizar, podemos obtener resultados similares. La siguiente

ecuación demuestra que es posible sustituir los agujeros de fondo plano por


139

agujeros cilíndricos transversales, ubicados a la misma distancia, tomando en

cuenta tanto la longitud de onda como la distancia de recorrido del haz ultrasónico.

Es importante hacer notar que ésta ecuación es válida únicamente en la zona de

campo lejano del haz, así:

sTCHFBH ⋅∅=∅ λπ2 (6.11)

Donde:

∅ FBH : Diámetro del orificio de fondo plano.

λ : Longitud de onda.

∅ TCH : Diámetro del agujero cilíndrico transversal.

S : Distancia de recorrido del haz ultrasónico.


140

TIPOLOGÍA DE LAS INDICACIONES ULTRASÓNICAS.

A lo largo de la exposición realizada sobre las técnicas operatorias,

aplicadas primordialmente a la detección de discontinuidades en los materiales, no

se ha tomado en cuenta el problema de la interpretación de las indicaciones que

aparecen en pantalla. Producida la indicación, mediante la técnica operatoria

adecuada, es preciso interpretarla. La interpretación consiste en hallar la

correlación entre la indicación observada con la propia naturaleza, morfología,

orientación, posición y tamaño de la discontinuidad; es decir, la interpretación es el

dictamen sobre que es lo que da motivo a una indicación. Sin embargo, se debe

ser cuidadoso, pues, algunas veces los ecos observados en pantalla no

corresponden a discontinuidades presentes en la pieza de ensayo.

La interpretación es, pues, una función de importancia primordial y su

responsabilidad recae de lleno en el experto en los ensayos no destructivos por

ultrasonido (ver Introducción – Apartado i.4, Niveles I y II).

En los ensayos por el método de pulso-eco con representación de las

indicaciones en la pantalla tipo A-scan, hay que resaltar la dificultad que supone la

interpretación adecuada de éstas indicaciones, ya que son originadas por

reflectores de características, en principio, desconocidas. La única información de

que se dispone para su identificación es precisamente la indicación de su eco en

pantalla, la cual se deberá analizar cuidadosamente en todos sus parámetros,

entre los que cabe destacar:

- Distancia de la indicación al origen de la pantalla,

- Altura de la indicación,

- Forma de la indicación,

- Cambio que experimenta al mover el palpador, y

- Variación que sufre con la frecuencia de ensayo.


141

De los resultados de éste análisis, se deberán extraer conclusiones acerca

de la naturaleza, morfología, orientación, posición y tamaño de la discontinuidad

que ha dado lugar al eco.

La indicación del eco de una discontinuidad es, pues, una imagen

abstracta de la misma. Indudablemente, nada ayudará tanto al interesado como

su propia experiencia en la resolución de problemas reales y prácticos mediante

ensayos por ultrasonido, y sus conocimientos sobre la tecnología de lo materiales

y sobre los procesos o las condiciones de servicio a que ha sido sometida la

muestra de ensayo, es decir, sobre el historial de la misma.

Antes de continuar, es importante aclarar conceptos acerca de las

indicaciones que pueden presentarse durante la ejecución de los ensayos

ultrasónicos, así como los diferentes tipos de discontinuidades.

7.1. DIFERENCIA ENTRE REFLECTOR, DISCONTINUIDAD Y DEFECTO. Generalmente se hable de defecto, entendiendo por esto todo eco de

indicación que aparece entre el eco de emisión y el de fondo; ésta argumentación

es totalmente incorrecta.

Lo correcto es hablar de reflectores, entendiéndose por éste término, todo

lo que origina un eco de indicación, es decir, una reflexión del sonido; según ésta

definición, tanto puede ser un reflector una pared de fondo como un cambio de

sección, una perforación o una grieta que pueda presentar la pieza bajo ensayo;

en fin, cualquier superficie que origine un eco.

Dentro de éstos casos, existen los reflectores propios de la pieza, es decir,

los que por disposición constructiva o por geometría de la pieza, originan


142

reflexiones del sonido. Estos reflectores, no pueden ser llamados “defectos”, ya

que son propios de la pieza, o sea, superficies límites.

A todo eco de indicación o reflexión del sonido producido por cualquier otra

causa que no sean las anteriores, se les debe tratar como “discontinuidades”, o

sea, son reflectores que no son propios de la geometría de la pieza y, por tanto

requieren una mayor atención.

Una vez detectadas y localizadas las discontinuidades, hay que estudiar su

posible origen, y seguidamente ver si ésta discontinuidad pone en peligro la

función que ésta pieza o elemento vaya a realizar y, por tanto, la hace

inapropiadas; en éste caso si podemos hablar de defectos.

La decisión sobre la peligrosidad de una discontinuidad no pude depender

del operario del equipo, sino que éste debe disponer de una especificación exacta,

en la cual, se le debe informar sobre los criterios de evaluación de tales

discontinuidades, de forma que basándose en éstos pueda determinar si la

discontinuidad localizada es un defecto.

En resumidas cuentas, las discontinuidades son reflectores que pueden ser

defectos o no. Los ecos de indicación originados por una pared opuesta, una

perforación o cualquier otra característica constructiva de la pieza sometida a

verificación, no son discontinuidades.

7.1.1. Reflectores Pequeños y Grandes.

Una vez vista la diferencia entre reflector, discontinuidad y defectos, y ante

la importancia que éstos tienen, conviene, además, definirlos de una forma


143

cuantitativa, es decir, aparte de señalar su posición, hay que definir también su

forma, orientación y tamaño.

En cuanto a su tamaño, conviene compararlos con algún valor conocido;

éste puede ser en principio la forma o geometría del haz que puede, en todo

Fig. 7.1. Comparación entre los ecos de indicación

de reflectores pequeños y grandes.

momento, ser determinada. Es decir, podemos clasificar las discontinuidades

diciendo que son mayores o menores que el haz sonoro, según como se muestra

en la Figura 7.1.

En la Figura 7.1 se muestra la comparación entre los ecos de indicación de

reflectores grandes y pequeños. Nótese, tanto la reducción comparativa entre los

ecos de indicación de pared de fondo entre las Figuras 7. la y 7.1b, como su

desaparición en la Figura 7.1c. También se puede observar que en la Figura 7.1c

se encuentra oculto, al haz ultrasónico, un reflector pequeño.


144

La orientación y forma del reflector pueden determinarse por el empleo

sucesivo de varios palpadores, con diferentes ángulos de refracción, o con

diferentes frecuencias. Mediante el cambio de altura del eco de indicación de un

reflector, se puede saber la orientación y forma del mismo, así como su extensión

transversal con respecto al eje del haz sonoro.

En el caso de reflectores grandes, o sea, reflectores que tengan un tamaño

y forma mayor que el haz sonoro, no existe tanta dificultad a la hora de determinar

su forma y orientación, así como la evaluación de su tamaño.

Sin embargo, en el caso de reflectores pequeños, hay que emplear otro

sistema de evaluación. Hay que tener en cuenta que una parte del haz sonoro

pasa lateralmente por los reflectores pequeños, por cuyo motivo se obtienen ecos,

tanto del reflector como de la pared posterior, en caso de existir.

Lógicamente, la profundidad del reflector puede determinarse con el equipo

perfectamente ajustado en un campo apropiado. La altura del eco intermedio, o

de discontinuidad, nos informará acerca del tamaño del reflector, si se compara

dicha altura con la altura del eco de fondo, teniendo en cuenta la relación entre la

altura de los ecos y la distancia entre palpador y reflector.

7.2. CLASIFICACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.

Las discontinuidades, de acuerdo a su origen, pueden clasificarse en tres

grandes grupos:

- Discontinuidades inherentes.

- Discontinuidades de proceso o fabricación.

- Discontinuidades de servicio.

7.2.1. Discontinuidades Inherentes.


145

Las discontinuidades inherentes son todas aquellas que se originan durante

la solidificación del material. Ejemplos de éstas son: rechupes, grietas de

solidificación, porosidades, gotas frías, laminaciones, etc.

Durante el proceso de fabricación de piezas fundidas pueden ocurrir

discontinuidades por interrupción de vaciado, gotas frías, o se pueden observar

grietas superficiales o de contracción, vacíos de contracción, agujeros, bolsas de

gas, porosidades, inclusiones de escoria o arena, etc.

7.2.2. Discontinuidades de Proceso o Fabricación.

Las discontinuidades ocurridas durante los procesos de fabricación, como

su mismo nombre lo indica, son aquellas que se originan durante los procesos de

manufactura, tales como: laminación, forja, estrusión, soldadura, tratamientos

térmicos, revestimientos metálicos, etc.

Durante la laminación de planchas, pueden ocurrir laminaciones por efectos

de bolsas de gas aplastadas por el proceso. Además, pueden ocurrir también

variaciones de espesor, agujeros, orificios y defectos superficiales.

El proceso de forja puede producir, a su vez, una serie de discontinuidades,

tales como: pliegues, inclusiones, grietas, fisuras, corte y hendiduras.

Durante los procesos de soldadura se pueden crear ciertas

discontinuidades. Ejemplos de éstas discontinuidades son: inclusiones de escoria,

grietas de contracción, faltas de fusión, porosidades, faltas de penetración, etc. En

el Capítulo 8 se ampliará la información acerca de las discontinuidades y la

inspección de soldaduras.

7.2.3. Discontinuidades de Servicio.


146

Las discontinuidades de servicio abarcan todas aquellas relacionadas con

las condiciones de servicio, tales como: corrosión, erosión, fatiga, etc.

La corrosión puede ser definida, en pocas palabras, como el deterioro de

un material mediante reacciones químicas o electroquímicas con el ambiente al

cual está expuesto. La corrosión puede provocar la disminución desigual del

espesor. En los bordes de grano de la estructura metalúrgica, puede ocurrir un

fenómeno conocido como corrosión intergranular. También se pueden producir

grietas sumamente pequeñas o microgrietas por el fenómeno conocido como

corrosión bajo tensión.

Por su parte, la erosión se define como la destrucción de materiales por la

acción abrasiva de fluidos en movimiento, generalmente acelerada por la

presencia de partículas sólidas o materia en suspensión. Su efecto se refleja en

una disminución del espesor de la pieza.

La fatiga es un fenómeno que origina la fractura de un material sometido a

esfuerzos repetidos o fluctuantes, con un valor esfuerzo máximo (esfuerzo de

rotura), menor que el límite elástico del material. Las fracturas por fatigas son

progresivas, empezando como fisuras diminutas que crecen bajo la acción del

esfuerzo fluctuante. La fatiga produce una disminución de las propiedades

elásticas del material; por plasticidad, se producirá la fractura final.

7.3. INTERPRETACIÓN DE LAS INDICACIONES.

Como se dijo anteriormente, la interpretación de las indicaciones que se

presentan en la pantalla de un equipo de ultrasonido, requiere del conocimiento de

una serie de factores que permitirán su clasificación.

7.3.1. Tipos de Discontinuidades.


147

Las posibilidades de detección de una discontinuidad por ultrasonido,

depende de sus propias características, de las del material que las contiene y de

los parámetros de ensayo. Analizaremos brevemente éstos factores, recordando

algunos conceptos.

7.3.1.1. Características de las Discontinuidades.

Las discontinuidades vienen definidas, principalmente, por su naturaleza,

morfología, orientación, posición y tamaño.

7.3.1.1.1. Naturaleza de las Discontinuidades.

La naturaleza de las discontinuidades influye sobre su impedancia acústica.

Más que su valor absoluto, interesa su relación con la impedancia acústica del

medio que la rodea. Si ambas impedancia son similares, la reflexión en la

superficie limite será débil, lo que dará lugar a una menor altura de la indicación

del eco o, incluso, a su no aparición.

7.3.1.3.2. Características del palpador. Los palpadores se caracterízan por su frecuencia, diámetro y poder de

resolución.

El diámetro junto con la frecuencia, determina la longitud del campo

cercano y la divergencia del haz (ver capítulo 2, apartado 2.2).

Si el campo cercano es largo, el palpador tendrá buena sensibilidad para

detectar pequeñas discontinuidades situadas lejos de él. En general, será difícil

detectar discontinuidades pequeñas que estén situadas a una distancia superior a

tres veces la longitud del campo cercano.


148

La posibilidad de emplear palpadores de mayor diámetro o de mayor

frecuencia esta limitada, en la practica, por las disponibilidades del mercado, por la

superficie útil de apoyo del palpador en las muestras o por el aumento de la

atenuación.

Así, para muestras de grandes dimensiones, se utilizarán palpadores de

gran diámetro, eligiendo los más pequeños y de elevada frecuencia, sólo para

ensayos de hasta 100 mm de distancia.

El poder de resolución esta muy influido por el tipo de cristal piezoeléctrico y

por ciertas características constructivas del palpador, entre las que cabe destacar

la amortiguación de la vibración del cristal una vez concluido el impulso eléctrico.

Si el cristal esta insuficientemente amortiguado, el poder de resolución disminuye,

sobre todo, en distancias cortas, al aumentar la anchura de la señal de emisión.

7.3.2. Detección e Identificación de una Discontinuidad. Mediante las técnicas operatorias descritas en el capítulo 5, podemos

suponer detectada la discontinuidad, que habrá dado lugar a la indicación de su

eco en la pantalla. Esa indicación es la única imagen de que se dispone de la

discontinuidad y será preciso un cuidadoso análisis de la misma para interpretarla,

es decir, tratar de deducir las siguientes características de la discontinuidad:

• Morfología (plana, cilíndrica, esférica, rugosa, irregular),

• Orientación (respecto al haz ultrasónico: perpendicular u oblicua),

• Posición,

• Tamaño, y

• Naturaleza (grieta, escoria, poro, cavidad, hoja, etc.).

7.3.2.1. Morfología de la discontinuidad


149

La forma del eco de indicación, puede proporcionar alguna información

acerca de la morfología de la discontinuidad. Si el eco de la indicación alcanza su

altura total en pocos escalones (nodos de alta frecuencia), normalmente, suele

proceder de un reflector plano irradiado en dirección próxima a la perpendicular a

dicho plano. Por el contrario, si la discontinuidad no es plana o es irregular o,

siendo plana y rugosa, no se irradia perpendicularmente, la elevación del eco de

indicación puede ser más gradual, resultando, pues, mas ancha. Este mismo tipo

de eco de indicación, puede provenir de pequeñas discontinuidades aisladas muy

próximas, formando una agrupación de morfología esférica o cilíndrica.

Cuando se utilizan palpadores de incidencia normal a la superficie, suele

ser difícil la detección de la discontinuidad desde diversos ángulos, por lo que la

información acerca de su morfología no será muy completa. Sin embargo, si se

utilizan palpadores angulares, es posible, con frecuencia, irradiar la discontinuidad

desde diversos puntos o ángulos, lo que permite mayor precisión en la

determinación de su morfología. La forma de la curva envolvente de los picos de

las indicaciones móviles obtenidas al mover el palpador, puede proporcionar una

idea acerca de la morfología del reflector. En ensayos con palpadores angulares,

las discontinuidades se pueden clasificar dentro de tres categorías simplesÑ

• Planas, Figura 7.2,

• Cilíndricas, Figura 7.3, y

• Esféricas, Figura 7.4.

No siempre será posible una clasificación tan simple, ya que las

discontinuidades naturales no suelen tener una forma definida, pero se habrá dado

un gran paso en la determinación de su morfología si se logra un dictamen de este

tipo.


150

Otro método que permite determinar la morfología del reflector es su

análisis a distintas frecuencias. De ésta la superficie límite será débil, lo que dará

lugar a una menor altura de la indicación del eco ó, incluso, a su no aparición.

7.3.1.1.2. Morfología de las Discontinuidades. La configuración geométrica e las discontinuidades es importante, en

cuanto afecta a la cantidad de energía reflejada y, en consecuencia, sobre la

altura y la forma de la indicación, Así, una discontinuidad de tipo esférico y de

superficie rugosa, puede pasar desapercibida (a determinada frecuencia) a causa

de la dispersión de energía que provoca.

7.3.1.1.3. Orientación de las Discontinuidades. Deberá ser tal que permita alguna reflexión del haz en la dirección

adecuada. La orientación óptima se produce cuando el plano principal de la

discontinuidad es perpendicular al eje del haz ultrasónico. Una discontinuidad de

morfología plana, con orientación paralela al haz ultrasónico no dará,

prácticamente, lugar a un eco.

7.3.1.1.4. Posición de las Discontinuidades.

Si la distancia a que se encuentra la discontinuidad es suficientemente

grande, su eco pude llegar a confundirse con el ruido de fondo y pasar inadvertida.

Evidentemente, a medida que sea mayor su tamaño, mayor será la distancia a que

tengas lugar la pérdida de la indicación. Por otra parte, la discontinuidad puede

ser o no accesible al haz ultrasónico como consecuencia de la forma de la

muestra.


151

7.3.1.1.5. Tamaño de la Discontinuidades. En general, deberá ser igual o mayor que las semilongitud de onda del haz

ultrasónico. Un disco plano, de diámetro igual a la mitad de la longitud de onda,

sólo será detectable en condiciones muy favorables, por lo que, en la práctica,

ésta dimensión se considera como límite inferior de sensibilidad.

7.3.1.2. Características del Material. Las características del material que mas afectan al ensayo por ultrasonido,

son su impedancia acústica, su coeficiente de atenuación y el estado superficial de

la muestra.

7.3.1.2.1. Impedancia Acústica. Influye, sobre todo, según se ha dicho, su relación con la impedancia

acústica de la discontinuidad (ver Capitulo 3, Apartado 3.2).

7.3.1.2.2. Coeficiente de Atenuación. Los fenómeno de absorción y dispersión de la energía en el seno del

material limitarán, por un lado, la distancia que podrá ser alcanzada para un nivel

dado de sensibilidad y, por otro, producirán ruido de fondo que, en su caso, podrá

enmascarar las indicaciones de los ecos de las pequeñas discontinuidades.

7.3.1.2.3. Estado Superficial.

Será deseable que la muestra tenga un acabado fino, a fin de que las

pérdidas de energía en la transmisión sean mínimas, pero ésta circunstancia no

siempre se presenta en la práctica. Si la superficie posee una rugosidad de media

longitud de onda, la penetración de las ondas en el material puede no tener lugar,

por lo que deberá amolarse o lijarse la superficie para alcanzar la sensibilidad

requerida en el ensayo (ver Capítulo 3, Apartado 3.4.2.2).


152

7.3.1.3. Parámetros de Ensayo.

En los Capítulos 1 y 2 fue analizada la influencia de la frecuencia y de las

características del palpador sobre los parámetros de ensayo: longitud del campo

cercano, divergencia del haz, penetración, sensibilidad y poder de resolución.

7.3.1.3.1. Frecuencia.

Dada su relación con la longitud de onda, su influencia será decisiva en

cuanto a la detectabilidad de discontinuidades pequeñas. Por otra parte, si para

alcanzar niveles altos de poder de resolución se utilizan frecuencias de ensayo

elevadas, se corre el riesgo de que, al aumentar excesivamente el coeficiente de

atenuación, se pierda tanto poder de penetración que el ensayo resulte inviable.

(FALTA PAGINA SIGUIENTE)


153


154


155


156

7.3.2.2. Orientación de la Discontinuidad.

Para determinar la orientación de una discontinuidad, respecto del haz

ultrasónico o de la superficie de exploración, será preciso examinarla desde tres

ángulos distintos, si bien puede bastar con dos en algunos casos. Si se conoce el

historial de la muestra y la naturaleza de las discontinuidades que puede

presentar, puede ser suficiente la exploración desde un solo ángulo.

Concluyendo: como regla general, el eco será máximo cuando el haz

ultrasónico sea perpendicular al plano principal de la discontinuidad.

7.3.1.4. Posición de la Discontinuidad.

La determinación de la posición de una discontinuidad es sencilla en el caso

de incidencia normal y algo mas compleja en el caso de incidencia angular. En

ambos casos, es necesaria una calibración previa de la base de tiempo del

equipo, de manera que permita una lectura rápida de la distancia recorrida por el

haz ultrasónico en base al tiempo transcurrido entre el impulso acústico y la

reflexión del eco de indicación.

7.3.2.3.1. Incidencia Normal.

Si no se presenta reflexiones internas en la muestra debido a su forma

compleja, la determinación de la `posición de la discontinuidad es simple, ya que

estará situada en el eje del haz (para cerciorarse de esto es suficiente mover el

palpador, lentamente y en todas las direcciones posibles, hasta obtener la

indicación de máxima amplitud) y a una distancia de la superficie proporcional a

aquella a la que se presenta la indicación del eco en la pantalla. La relación de

proporcionalidad se fija, en la calibración en distancia del equipo, con una muestra


157

de espesor conocido y, a ser posible, de idéntica naturaleza a la muestra objeto

bajo ensayo (ver Capítulo 6, Calibración de los Sistemas Ultrasónicos).

Si por la forma compleja de la muestra de ensayo se presentan reflexiones

internas del haz, lo mas indicado será realizar un dibujo o croquis a escala de la

sección recorrida por el haz y, sobre el, reconstruir la trayectoria según las leyes

de reflexión, de manera que se pueda llevar la distancia y obtener así la posición

de la discontinuidad. En ciertos ensayos, éste trazado puede resultar muy

complicado, debido a la aparición de indicaciones de ecos provocados por

conversiones o transformaciones de onda (ver Capítulo 3 – Apartado 3.3.2,

Modos de Conversión) con los consiguientes cambios en la velocidad de

propagación.

7.3.2.3.2. Incidencia a Angular.

En el caso de incidencia angular, resulta mas compleja la determinación de

la posición de las discontinuidades, por lo que se debe hablar de casos

específicos. Siendo la inspección de soldaduras una de las aplicaciones mas

amplias dentro de las relativas a la detección de discontinuidades, en el Capítulo B

se dedica con sumo detenimiento a éste respecto. Así, mas adelante e realizará

una descripción amplia sobre la detección y ubicación de las diferencias

discontinuidades que pueden presentarse en soldaduras.

7.3.2.3.3. Ondas de Superficie.

En éste caso, la localización de la discontinuidad no presentará problemas,

ya que siempre estará en la superficie y a una distancia del palpador que se puede

leer directamente sobre la pantalla, si previamente ha sido calibrado el equipo

mediante discontinuidades artificiales realizadas en piezas patrones. Sin embargo,

la rugosidad superficial puede alterar o provocar indicaciones falsas, por lo que se

debe tener cuidado.


158

7.3.2.4. Tamaño de la Discontinuidad.

La determinación del tamaño de una discontinuidad es, sin duda, el aspecto

mas controvertido de la interpretación y el que ha dado lugar a mas trabajos de

investigación. Especialmente, cuando se trata de una discontinuidad cuyo tamaño

es menor que la sección transversal del haz ultrasónico.

Por ésta razón, en el Apartado 7.3.3 se analiza extensamente éste

problema.

7.3.2.5. Naturaleza de la Discontinuidad.

Hemos dejado para el final la discusión de la determinación de la naturaleza

de una discontinuidad, porque su diagnóstico debe venir informado previamente

con los datos obtenidos del ensayo y relativos a la morfología, orientación,

posición y tamaño de la discontinuidad. No se podrá asegurar, por ejemplo, que el

reflector es una grieta a menos que, previamente, se haya comprobado que su

morfología tiende a ser o es plana.

Pero, por su naturaleza, las discontinuidades se pueden presentar como un

vacío en el material (grietas, rechupes, cavidades, poros, etc.) o como impurezas,

esto es, un cuerpo extraño en el material (escoria, inclusiones, segregaciones,

etc.). Desde el punto de vista de su detección por ultrasonido recordamos que,

aunque sus impedancias acústicas son muy distintas, su diferenciación puede

llegar a ser engorrosa.

Aquí, una vez mas, son de gran utilidad los conocimientos sobre tecnología

de materiales, de sus procesos y el disponer del historial completo de la muestra.


159

Aún así, se presentan dificultades a la hora de dictaminar sobre la

naturaleza de una discontinuidad dada. Por ejemplo, en una unión soldada puede

ser difícil distinguir entre una falta de penetración y una grieta longitudinal en la

raíz, o una falta de alineación oculta y una falta de fusión en la raíz.

En los casos que se requiera de una interpretación correcta sobre la

naturaleza de una discontinuidad, se puede recurrir, si es factible, al empleo de

otros ensayos no destructivos que complementen la información obtenida

mediante un ensayo por ultrasonido. Si se trata de la puesta a punto de un

proceso de inspección de una producción, será aconsejable recurrir a ensayos

destructivos sobre muestras preseleccionadas.

7.3.3. Criterios y técnicas Operatorias para la Determinación del Tamaño de las Discontinuidades.

Desde el punto de vista del ensayo por ultrasonido, se establece una

primera clasificación del tamaño de las discontinuidades en “muy grandes” y

“normales”, sobre la base de que sean, respectivamente, mayores o menores que

la sección transversal del haz ultrasónico; ya que, según que la discontinuidad

pertenezca a uno u otro tipo, la determinación de su tamaño se realiza por

diferentes técnicas operatorias.

7.3.3.1. Discontinuidades Mayores que la Sección Transversal del Haz Ultrasónico.

Se determina su tamaño desplazando el palpador por la superficie de la

pieza, de manera que quede trazado el contorno de la proyección de la

discontinuidad sobre dicha superficie.


160

Esta técnica se suele denominar de exploración dinámica, en contraste

con la de exploración estática (sin movimiento del palpador) que se realiza para la

determinación del tamaño de discontinuidades que hemos denominado normales,

es decir, menores, que la sección transversal del haz ultrasónico.

En la Figura 7.5 se representa la variación de las alturas de las

indicaciones de los ecos de pared posterior y de la discontinuidad, al mover el

palpador desde una

Figura 7.5. Variación de las alturas de los ecos

de pared posterior y discontinuidad.


161

zona sana a otra defectuosa. La indicación de la discontinuidad alcanza una altura

máxima, que se mantiene constante si la discontinuidad se irradia

perpendicularmente a su plano principal y si presenta además, reflexión especular

(ver Figura 7.5ª).

Una discontinuidad muy grande de forma arbitraria (grietas oblicuas o

cavidades de contracción) se puede explorar de igual manera, siempre que sea

posible observar la variación de la altura del eco de indicación de pared posterior

que seguirá siendo regular, disminuyendo a la mitad de su valor cuando el eje del

haz toca el borde de la discontinuidad (ver Figura 7.5b). El tamaño así obtenido

es, sensiblemente, independiente del nivel de sensibilidad del ensayo.

Si no es posible disponible disponer de la indicación del eco de pared

posterior, una discontinuidad plana y perpendicular al haz ultrasónico, no

presentará problemas de determinación de su extensión, ya que será suficiente

fijarse en la variación de la altura de su indicación, que se reducirá al 50% de su

valor máximo cuando el eje del haz irradie el límite o contorno de la

discontinuidad. Sin embargo, en el caso de discontinuidades muy rugosas o que

estén orientadas oblicuamente respecto al haz, el tamaño sólo se podrá

determinar de manera aproximada. Será preciso elegir un criterio de mínima altura

del eco de indicación, que señale donde comienza la discontinuidad, lo cual estará

influido por el nivel de ganancia o sensibilidad del ensayo.

La técnica de exploración dinámica se aplica, también, en los casos en los

que la discontinuidad no intercepta totalmente el haz ultrasónico, pero presenta

una dimensión preferente que la hace extenderse fuera de los límites del cono de

radiación. Este es el caso de algunos tipos de grietas, inclusiones o cavidades

alargadas, cuya longitud se determina moviendo el palpador desde la posición de

máxima altura de la indicación hasta que, a ambos lados, se reduzca su amplitud

a valores previamente definidos (1/5 de la altura de eco inicial, por ejemplo).


162

7.3.3.2. Discontinuidades Menores que la Sección del Haz Ultrasónico.

En éste caso, no se puede realizar la exploración dinámica, y la

determinación del tamaño de la discontinuidad se lleva a cabo comparando su eco

de indicación con los de otros reflectores ensayados en las mismas condiciones.

Estos pueden ser:

- Tipo A: discontinuidades naturales conocidas, de idéntica naturaleza y

morfología,

- Tipo B: discontinuidades artificiales, de morfología similar a la esperada,

- Tipo C: reflectores de forma de disco circular plano.

Evidentemente, lo ideal sería disponer de probetas de comparación con

reflectores del tipo A, pero esto no es siempre posible, por lo que su empleo está

limitado a casos muy particulares y sobre los que se tiene mucha experiencia.

La comparación con reflectores del tipo B se suele llevar a cabo en los

casos en que la forma peculiar de la muestra o la posición particular de sus

discontinuidades hace necesario el estudio cuidadoso de las condiciones de

ensayo.

El tipo C es el mas general y el que permite ser aplicado a mayor número

de problemas. A cambio, los resultados que se obtienen se apartan tanto mas de

la realidad cuanto mas lejos estén las discontinuidades reales de tener una forma

plana circular y orientadas perpendicularmente al haz ultrasónico.

Una discontinuidad en un campo ultrasónico se comporta como un

oscilador, es decir, puede asimilarse a un nuevo emisor de ondas, por lo que dará


163

lugar a fenómenos de difracción, dispersión e interferencia, en función de su

tamaño y de la longitud de onda del haz ultrasónico, con sus características

direccionales, campo cercano, campo lejano y otras.

Por ello, cuando las discontinuidades son menores que la sección del haz

ultrasónico, se puede establecer una nueva clasificación de tamaño, en base a su

comparación con la longitud de onda:

- Discontinuidad muy pequeña, en relación con la longitud de onda,

- Discontinuidad pequeña, del mismo orden de tamaño que la longitud de

onda,

- Discontinuidad grande, en relación con la longitud de onda.

El efecto de la relación tamaño de la discontinuidad / longitud de onda

(Dd/λ ), sobre la direccionalidad, produce que, para el caso de un reflector perfecto

en forma de disco circular plano, perpendicular al haz y ultrasónico, la reflexión

sea especular para relaciones de Dd/λ ≥ 2, mientras que la reflexión será difusa

para relaciones Dd/λ ≤ 0,5.

En el caso de un reflector perfecto, en forma esférica con una relación Dd /

λ ≈ 3, la reflexión será difusa, por lo que la altura de su eco de indicación es de

solamente 1/50 a 1/60 de la de un disco circular de igual diámetro.

En un reflector perfecto de forma cilíndrica, la reflexión es mas débil. La

altura de su indicación es del orden de 1/10 de la altura de la indicación de un

disco circular de superficie proyectada equivalente.


164

La rugosidad de la superficie de éstos reflectores afecta, también, el

carácter de la reflexión, de manera que, para rugosidades menores que 1/3 de la

longitud de onda, la reflexión será del tipo especular y difusa para rugosidades

mayores.

La morfología, el tamaño y la rugosidad de una discontinuidad son, pues,

magnitudes relativas y función de la longitud de onda.

Las discontinuidades naturales pueden ser de morfología muy irregular y

compleja, por lo que no será fácil la determinación de su tamaño mediante cálculo.

No obstante, en primera aproximación, se pueden asimilar a una discontinuidad en

forma de disco circular perpendicular al haz ultrasónico, en cuyo caso los cálculos

se simplifican y, en la práctica, se utilizan para éste fin también taladros de fondo

plano.

Dados que las discontinuidades naturales presentan, además, superficies

irregulares y rugosas y que no siempre su superficie reflectante principal es

perpendicular al haz ultrasónico, darán lugar, en la práctica, a indicaciones de

altura menor que la de un disco circular de igual superficie reflectante

perpendicular al haz ultrasónico. Es decir, y esto es lo que se desea resaltar. El

tamaño de una discontinuidad natural, menor que la sección del haz ultrasónico,

será igual o mayor que el de un disco circular perpendicular al haz ultrasónico,

presente en la misma muestra, cuyo eco de cómo resultado una indicación de

igual altura. A éste respecto, ya se hizo notar la excepción, poco probable, de que

la superficie de la discontinuidad natural forme un espejo cóncavo, en cuyo caso el

haz reflejado se focalizará, pudiendo dar lugar a un eco mas fuerte que el

correspondiente a una discontinuidad equivalente en forma de disco circular plano.

Los estudios y experiencias sobre la determinación del tamaño de una

discontinuidad, mediante la comparación de sus ecos de indicación con las


165

correspondientes a reflectores en forma de disco circular plano, han dado lugar a

dos técnicas distintas, pero que conducen a resultados similares:

- Utilización de bloques patrones, con reflectores constituidos por taladros de

fondo plano (ver capitulo 6, Calibración de los Sistemas Ultrasónicos),

- Empleo de diagramas, obtenidos mediante estudios teórico del

comportamiento de un reflector circular plano en el campo ultrasónico.

Ambos procedimientos permiten, si son correctamente utilizados, la

obtención de resultados reproductibles, evitando errores que podrían introducirse

por cambio de operador, modificación o avería del equipo, influencias del clima o

la temperatura, etc.

7.3.4. Guía para la Interpretación.

Las siguientes reglas son un compendio de todo lo anteriormente expuesto

y pueden ser útiles al operador en el momento de realizar el ensayo:

1. Determinar con la mayor exactitud la posición de la discontinuidad.

2. Si la discontinuidad es mayor que la sección del haz ultrasónico, mover el

palpador y determinar la proyección de su contorno sobre la superficie de la

pieza. Si se trata de discontinuidades menores que la sección del haz,

aplicar alguna de la técnicas descritas.

3. Si la discontinuidad está inclinada, ensayar con varios ángulos de incidencia

hasta obtener la indicación máxima, lo que significará que se irradia

perpendicularmente.


166

4. Si la altura de la indicación permanece relativamente constante al variar el

ángulo de incidencia, la discontinuidad puede ser muy pequeña, rugosa o

esférica.

5. Si la altura de la indicación decrece rápidamente al variar el ángulo de

incidencia, la discontinuidad puede ser relativamente grande y plana.

6. Si la altura de la indicación aumenta al ensayar a frecuencias mas bajas, la

discontinuidad es rugosa.

7. Si, por el contrario, la altura de la indicación disminuye al utilizar frecuencias

mas bajas, la discontinuidad está probablemente formada por pequeños

reflectores discretos.

7.4. Indicaciones Falsas.

Se consideran como indicaciones falsas, los ecos de indicación que

aparecen en pantalla y que no se deben a discontinuidades propias del material, o

a la presencia de reflectores no identificados. Su aparición puede estar motivada

a las siguientes causas:

- Interferencias eléctricas.

- Indicaciones motivadas por el palpador.

- Indicaciones originadas por la rugosidad superficial de la pieza.

- Indicaciones debidas a reflexiones con conversión de ondas.

- Indicaciones debidas a detalles constructivos de la pieza de ensayo.


167

- Indicaciones debidas a la estructura del material.

- Indicaciones accidentales.

7.4.1. Interferencias Eléctricas.

Debido a que el rango de frecuencia del material está, prácticamente,

dentro de la gama de los receptores de radio, se pueden captar interferencias que

se manifiestan en la pantalla como una “crepitación” de la línea base de tiempo o

un aumento del nivel de ruido.

Estas interferencias pueden originarse por chispas producidas en máquinas

o instrumentos eléctricos, tales como: espectrógrafos, equipos de soldadura,

hornos eléctricos, etc., conectados o no a la misma red que el equipo de

ultrasonido. Este tipo de interferencia, rara vez da lugar a errores en los casos de

operación manual. Sin embargo, puede crear problemas en instalaciones

automáticas, cuyo monitor no será capaz de distinguir cuando un impulso proviene

de una interferencia exterior o cuando corresponde a una discontinuidad real. Para

evitarlo, se construyen los monitores de manera que sólo acusan recibo de una

señal cuando está dentro de sus límites. De ésta forma, es muy difícil, pero no

imposible, registrar un impulso procedente de interferencias, pero, con ello, se

limita la velocidad de ejecución del ensayo.

7.4.2. Indicaciones Motivados por el Palpador.

Cuando se trabaja con palpadores angulares, aparecen indicaciones de

ecos próximos al eco inicial que provienen de reflexiones internas en la zapata de

plástico y que son fácilmente identificables, pues se presentan aún sin apoyar el

palpador en la pieza. En la Figura 7.6 se muestra éste efecto.


168

Figura 7.6. Efecto producido por la zapata

Del palpador en la señal ultrasónica

Cerca del eco inicial.

Si el cristal piezoeléctrico se daña, se afloja o se separa del amortiguador o

de la suela protectora, el eco inicial se ensanchará en la pantalla aumentando la

zona muerta. Esta avería se puede traducir, también, en una baja de la

sensibilidad o del poder de resolución del palpador, o de ambos. En la Figura 7.7.

se muestra tanto la ubicación y amplitud los ecos de un palpador en

funcionamiento correcto, como de un palpador dañado.

Figura 7.7. Indicaciones motivadas

Por el palpador.


169

7.4.3. Indicaciones Originadas por la Rugosidad Superficial de la Pieza.

Estas indicaciones pueden aparecer debido a la formación de ondas de

superficie, aún cuando se emplean palpadores de incidencia normal.

Si se utilizan dos palpadores, uno emisor y otro receptor, separados, puede

haber transmisión directa de impulsos a través de ondas de superficie. La

sindicaciones que se forman en la proximidad del eco inicial, se identifican

fácilmente, ya que se alejan del eco inicial cuando se separan los dos palpadores

y, además, desaparecen o disminuye su amplitud si se apoya un dedo entre los

palpadores. En la Figura 7.8 se observan las indicaciones producidas por ondas

de superficie Figura 7.8a. Con el empleo de un medio de acoplamiento adecuado

puede lograr su eliminación Figura 7.8b.

Incluso con un solo palpador, pueden aparecer indicaciones de ecos

perturbadores, debido a la reflexión de ondas de superficie en las aristas o bordes

de la pieza de ensayo. También se identifican fácilmente, ya que se desplazan

hacia la derecha a medida que se aleja el palpador de la arista, también apoyando

un dedo en el espacio comprendido entre el palpador y la arista.

Figura 7.8. Indicaciones producidas por

ondas de superficie.


170

La rugosidad superficial de la pieza puede tener una influencia considerable

sobre la apariencia de las señales de respuesta, especialmente cuando la

rugosidad regular del mecanizado es del orden de la longitud de onda.

7.4.4. Indicaciones Debidas a Reflexiones con Conversión de Ondas.

En el Capitulo 3 – Apartado 3.3.2, vimos como se producen los modos de

conversión de ondas ultrasónicas. Cuando una onda ultrasónica incide sobre una

superficie limite oblicuamente, se produce, tanto la reflexión como la refracción de

la onda. En los casos prácticos, la conversión de las ondas puede dar origen a

ecos secundarios por reflexión, tal y como se muestra en las Figuras 7.9 y 7.10.

Afortunadamente, las indicaciones de éste tipo de ecos secundarios

aparecen, en éstos ejemplos, detrás de la indicación del primer eco de fondo, con

lo que el operador dispone de toda una zona libre de indicaciones ajenas a

discontinuidades. Por ésta razón, se suele limitar la zona de ensayo a la

comprendida entre el eco de emisión y la indicación del primer eco de fondo.

Figura 7.9. Ecos secundarios en el

ensayo de un cilindro.


171

Figura 7.10. Ecos secundarios en el

ensayo de un redondo.

En ocasiones, éste efecto de conversión de ondas con producción de

indicaciones secundarias, se puede aprovechar para el ensayo de terminado tipo

de muestras. Así, por ejemplo, un redondo de acero, presentará unas señales

como las mostradas en la Figura 7.11ª, si el material está libre de discontinuidades

en el núcleo. Ahora bien, si se presentan ciertas discontinuidades (ver Figura

7.11b), resultará en la desaparición de los ecos secundarios por el impedimento

en la transmisión de las ondas transversales.


172

Figura 7.11. Pérdida de los ecos secundarios por la

presencia de discontinuidades en el núcleo.

7.4.5. Indicaciones Debidas a Detalles Constructivos de la Pieza de Ensayo.

Figura 7.12. Ecos secundarios debidos a detalles

constructivos de la pieza de ensayo.


173

Estos resultan debidos a chaveteros, flancos, agujeros, huecos internos,

etc. En la Figura7.12, se muestran algunos de los casos en que se producen

reflexiones por la forma de la pieza. En éstos casos, es preciso estudiar,

detenidamente, los planos de diseño de la pieza y, dibujar a escala anotando las

posibles trayectorias del haz ultrasónico y recurrir, con frecuencia, al empleo de

palpadores angulares, explorando por mas de una cara, duplicando las medidas

en puntos simétricos y realizando cuidadosas localizaciones.

7.4.6. Indicaciones Debidas a la Estructura del Material.

Estas indicaciones son motivadas por los fenómenos de dispersión del haz

ultrasónico. Se producen, sobre todo, cuando se ensayan materiales con tamaño

de grano grueso, porosos, fundiciones, etc, lo que hace que se eleve de tal

manera el nivel de ruido que no es posible distinguir pequeñas discontinuidades,

perdiéndose, el pode de penetración (ver Figura 7.13a). En ocasiones, dará

resultado disminuir la frecuencia (ver Figura 7.13b), o someter el material a

tratamiento térmico para afinar el grano.

Los cambios locales de estructura (por ejemplo, zonas de crecimiento de

grano en algunas uniones soldadas) pueden dar lugar a indicaciones como

resultado de la dispersión del haz ultrasónico. Esto, que podría considerarse

como una circunstancia desfavorable, se puede aprovechar para detectar cambios

Figura 7.13. Indicaciones debidas a la estructura

Interna del material bajo ensayo.


174

estructurales que impliquen variaciones significativas de sus características

mecánicas.

7.4.7. Indicaciones Accidentales.

La presencia de gotas de aceite o grasa, así como restos de tejidos o

suciedad, puede ser causa de la aparición de cos perturbadores, sobre todo

cuando se trabaja con palpadores angulares o de onda superficial.


175

INTRODUCCIÓN

INSPECCION RADIOGRÁFICA.

Radiografía es un método de Inspección no Destructivo, utilizado para

detectar discontinuidades en materiales y componentes, por medio de las

radiaciones electromagnéticas no absorbidas después de atravesar el material,

que impresionan una película radiográfica a ser vista en una pantalla fluorescente.

Esta técnica se basa en la diferencia de absorción de radiación penetrante

de la pieza que se inspeccione. Debido a las diferencia en densidad y variaciones

de espesores que pueden existir en la pieza, las distintas porciones de ésta

absorberán diferentes cantidades de radiación penetrante.

a.- Radiografía Convencional.

En la radiografía convencional se bombardea un objeto con un haz de

Rayos X o Gamma y la porción de radiación no absorbida por el objeto se hace

incidir en una película radiográfica, de modo semejante a la manera en que la luz

impresiona a la película fotográfica. Al ser revelada la película se obtiene una

imagen de dos dimensiones del objeto. Las variaciones en densidad, espesor y

composiciones del objeto inspeccionado causan variaciones en la intensidad de la

radiación no absorbida que producirán cambios en la densidad de la película

revelada.

La evaluación o interpretación de la radiación se basa en la comparación de

las diferencias de densidad fotográfica contra características conocidas del objeto

mismo o de patrones radiográficos de objetos similares de calidad aceptable.


176

b.- Medición de Radiación.

Es el proceso mediante el cual se cuantifica la intensidad de la radiación

utilizándose instrumentos electrónicos.

c.- Fluoroscopia.

El proceso radiográfico recibe el nombre de fluoroscopia cuando la

inspección contempla la apreciación visual de la imagen radiográfica en una

pantalla fluorescente o pantalla intensificadora de imagen, en este caso se

observa el positivo.

d.- Neutrografía o Radiografía Mediante Neutrones.

Este proceso radiográfico utiliza un haz de neutrones en lugar de la

radiación electromagnética.

e.- Riesgos de Salud.

El uso de los Rayos X o rayos Gamma en la inspección no destructiva

puede ser nocivo para la salud. Por lo tanto, se hace necesario el control estricto

de la exposición del cuerpo humano a las radiaciones. Aunque no todos los

órganos son afectados por igual, los que resultan más sensibles a las radiaciones

ionizantes son: la sangre, gónadas, la médula ósea, el cristalino, ovarios y otros

órganos internos.

VENTAJAS.

La inspección radiográfica y ultrasónica son los dos métodos no

destructivos generalmente utilizados por detectar defectos internos del objeto. La

radiografía es más efectiva cuando los defectos no son planos, mientras que el


177

ultrasonido es mas efectivo cuando los defectos son planos. En comparación con

otros métodos no destructivos, la radiografía ofrece las siguientes ventajas:

a) Habilidad para detectar fallos internos.

b) Habilidad para detectar variaciones significativas en composición.

c) Posibilidad de dejar un registro permanente del ensayo.

APLICACIONES.

La inspección radiográfica es utilizada en el examen de piezas fundidas o

soldadas, especialmente cundo e requiere que los objetos se encuentren libres de

defectos internos. La radiografía también se utiliza en piezas forjadas y

ensamblajes metálicos.

La sensibilidad de la radiografía por Rayos X, fluoroscopia por Rayos X y la

Radiografía Gamma para detectar diferente defectos, depende de varios factores,

entre otros, del tipo de material, tipo de defectos y forma de la pieza.

La radiografía puede utilizarse para inspeccionar la mayoría de los

materiales sólidos, con excepción de materiales de muy alta o muy baja densidad.

LIMITACIONES. La radiografía al ser comparada con otros métodos de inspección no

destructivos presenta las siguientes limitaciones:

a.- Costo de Equipos:

Al requerir mayor inversión de capital en la instalación de laboratorios

radiográficos, fluoroscópicos o equipos de intensificación de imagen. Aunque al

utilizarse equipos móviles de rayos X o Rayos Gamma los costos resultan


178

relativamente bajos y se requiere de espacio solamente para el procesamiento y

evaluación de la película.

b.- Consumo de Tiempo. Los costos de operación generalmente son altos al consumirse hasta un

60% del tiempo total en el arreglo de las exposiciones. En la inspección de campo

también se consume considerable tiempo. Las fuentes portátiles de Rayos X están

limitadas a una capacidad máxima de 300 kv; estas características limitan la

inspección en campo a secciones con absorción equivalentes a un máximo de 75

mm. de acero.

c.- Discontinuidades no Detectables. Ciertos tipos de discontinuidades son difíciles de detectar por medio de la

radiografía. Las grietas o laminaciones no pueden ser detectadas a menos que

sean paralelas a la dirección del has de radiación. Las grietas muy cerradas

contenidas en los objetos de espesores gruesos, no pueden ser detectadas, aún

cuando se encuentren orientados favorablemente.

d.- Riesgos de Salud. Son muy conocidos los efectos nocivos de la radiación penetrante en la

salud, requiriéndose protección no solamente para los que operan los equipos,

sino también para las personas que se encuentren en las cercanías.


179

LA INSPECCIÓN RADIAGRÁFICA COMO MÉTODO NO DESTRUCTIVO. Todos los sistemas de ensayos no destructivos poseen como mínimo seis

elementos u operaciones que son comunes: a saber:

* Un medio prueba.

* El objeto ó espécimen.

* Un medio de registro.

* Amplificación.

* Interpretación de los resultados.

* Disposición del objeto en base a la interpretación.

a.- Medio de Prueba. El medio de prueba puede ser (a) de origen electrónico (Rayos X), (b) de

origen natural como un isótopo radioactivo, producido artificialmente (Rayos

Gamma), ó (c) radiación de partículas (neutrones). En a y b, se producen radiación

electromagnética, de aspecto igual al de la luz visible pero con longitud de onda

más corta, que le permite interaccionar con los átomos y penetrar objetos no

penetrables por la luz. Estos es lo que da origen al término de “Radiación

Penetrante”.

b.- El objeto o Espécimen.

En radiografía, los cambios que experimenta el medio de prueba al ser

absorbido diferentemente por las distintas porciones del objeto, determina los

resultados del ensayo. Por ejemplo, la figura 1, muestra la radiografía de una

pieza de acero que posee un vacio interno, producido por un gas. Debido a la

reducción que presenta el espesor de acero en el sitio del vacio, pasara mayor


180

cantidad de radiación en este que en el acero circundante. La radiación que

emerge de la pieza de acero mostrará la película y está mostrará áreas claras y

oscuras en la radiografía.

c.- Medio de Registro.

En la radiografía, el medio de registro provee una imagen visible

“permanente”. El medio comúnmente utilizado en radiografía es la película. Si el

medio utilizado es una pantalla fluorescente o amplificadora de imagen, entonces

el proceso recibe el nombre de fluoroscopia en vez de radiografía. Si el medio de

indicación utilizado es un instrumento medidor de radiación, entonces el proceso

se denomina medición de radiación.

d.- Amplificación. La mayor amplificación que se hace en radiografía, tiene lugar en el

proceso de revelado de la película. Esta amplificación tiene una magnitud de

aproximadamente 109 veces. También se utilizan pantallas fluorescentes y

pantallas de plomo intensificadoras que amplifican la exposición de 2 a 25 veces.

En fluoroscopia, la pantalla fluoroscópica es en sí misma un amplificador,

los elementos que realizan dicha función poseen circuitos electrónicos internos de

amplificación. Es la medición de radiación, el instrumento de registro posee

circuitos amplificadores incorporados.

e.- Interpretación de los Resultados. En radiografía y prácticamente en todos los otros métodos no destructivos,

la interpretación de las indicaciones es el paso más completo del proceso. Esta


181

requiere agudeza visual y conocimientos de la técnica para interpretar los

resultados e invariablemente depende de la habilidad, criterio y experiencia del

interpretador. En el caso de la película radiográfica, la interpretación de la

discontinuidad frecuentemente es ayudada por el uso apropiado de radiografías de

referencia o de pautas escritas requeridas por el contrato que rige la inspección no

destructiva o Normas y Códigos.

f.- Disposición del Objeto. A menudo, este es un paso del sistema que se olvida, pero si no se toma

una decisión sobre la disposición de la pieza inspeccionada, el ensayo resulta de

muy poco valor. La disposición se debe incluir en el informe final de la inspección,

que se entrega a los responsables de la manufactura de la pieza.


182

ELEMENTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA RADIOGRÁFICO

1. Fuente de radiación:

1.1. Generador de Rayos X.

1.2. Isótopo Radioactivo.

2. Material de ensayo u objeto.

3. Película Radiográfica.

4. Cuarto oscuro para revelar las películas.

5. Negatoscopio.

6. Interpretación.

7. Disposición del objeto en base a la interpretación.

Fig. 1: Elementos del Sistema Radiográfico.


183

TERMINOLOGÍA Y PRINCIPIOS FISICOS

RADIACIÓN.

El término Radiación es definido como “El proceso mediante el cual los

átomos y moléculas emiten energía debido a cambios internos”. Las partículas

subatómicas que viajan a través del espacio a elevadas velocidades, interaccionan

con átomos y moléculas que encuentran a su paso, provocando la coalición de

partículas que pueden ser absorbidas o por lo menos cambiar su velocidad y/o

dirección, lo cual de cómo resultado que se emita energía. Esta energía, por

definición es radiación.

Las partículas subatómicas más conocidas son las siguientes:

a.- Partículas Alfa.

Son partículas cargadas positivamente que proceden del núcleo de los

átomos (protones). La radiación producida por la interacción de partículas alfa es

muy débil y no tiene ningún valor práctico en radiografía.

b.- Partículas Beta.

Son partículas cargadas negativamente (electrones) que han escapado de

las órbitas atómicas de sus núcleos. Producen efectos de radiación de

significativa importancia, en su interacción con otros átomos y moléculas.

c.- Los neutrones

Los neutrones son partículas subatómicas halladas en el núcleo del átomo,

no poseen carga pero tienen una masa muy considerable. La interacción de los

neutrones con los átomos y moléculas de muchos elementos frecuentemente


184

causa la liberación de partículas alfa y beta, así como también radiación Gamma

debido a cambios en la estructura atómica, que producen radioactividad.

La Radiación Electromagnética.

La radiación electromecánica se presenta en forma de ondas de baja

energía y longitud pequeña, las cuales no poseen masa o peso, ni son desviadas

por campos eléctricos ni magnéticos, la radiación viaja a la velocidad de la luz

(300.000 Km/seg). Teóricamente e h descrito a la radiación como pequeños

paquetes de energía llamados fotones o quantums. La radiación electromagnética

se caracteriza por poseer movimiento de onda, longitud de onda y frecuencia, esta

última se define como el número de ondas por unidad de tiempo y longitud de

onda es la distancia entre dos puntos iguales sobre las ondas.

En toda onda de radiación electromagnética, el producto de su frecuencia

por su longitud de onda es constante. Esta constante es la velocidad de la luz.

C = f * λ donde f = frecuencia (Hz)

λ = longitud de Onda (cm)

c = velocidad de la luz (3*1010 cm/seg)

La energía característica de los fotones o quantums depende de la

frecuencia o de la longitud de onda de la radiación.

λchfhE ∗

=∗=

donde: E = energía (ev, electrón – voltios)

h = Constante de Plank (6,63 x 10-34 Joul. seg)

De tal modo, que al disminuir la longitud de onda de la radiación

electromagnética, la frecuencia y la energía aumentan, dando como resultado que


185

la radiación puede penetrar la materia a mayor profundidad. Los dos tipos de

radiación que interesan en radiografía industrial son la Radiación Gamma y los

Rayos X. Esta radiación se denomina comúnmente “Radiación Penetrante”.

CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA RADIANTE (RAYOS X Y GAMMA).

a.- Ambos son electromagnéticos, y su energía es indirectamente proporcional

su longitud de onda.

b.- No tienen carga eléctrica ni masa.

c.- Son penetrantes y absorbidos por la materia.

d.- Sufren dispersión.

e.- Pueden ionizar la materia.

f.- Pueden producir fluorescencia de ciertos materiales.

g.- Pueden impresionar una película por ionización.

h.- Son invisibles y no pueden ser detectados por ninguno de los

sentidos.

CARACTERÍSTICAS DE LOS RAYOS X.

La radiación producida en el blanco del tubo de Rayos X poseen diferentes

longitudes de ondas, las cuales pueden considerarse como espectro continuo,


186

análogo a la luz blanca. Las ondas de menor longitud las determinan los

electrones que chocan con mayor velocidad y son absorbidos por el blanco. Como

la velocidad que se imprime a los electrones está gobernada por el kilovoltaje

aplicado entre el ánodo y el cátodo, la radiación X de menor longitud de onda está

determinada por el mayor kilovoltaje que posee la máquina. La radiación de mayor

longitud de onda producida en el blanco del tubo tiene poco poder de penetración

y es absorbida por las paredes del tubo, el medio de enfriamiento alrededor del

tubo y por el material de la ventana que posee el tubo.

Calidad de la Radiación X.

Al incrementar el kilovoltaje (Kv) de un tubo de Rayos X, se aumenta la

velocidad de los electrones, los cuales producen unos Rayos X de menor longitud

de onda y de mayor penetración.

TIPOS DE RAYOS X.

a) Rayos X Característicos.

Se producen cuando los electrones acelerados interactúan con los

electrones orbitales de los átomos del blanco ó ánodo. Estos rayos se producen

en pequeña cantidad, son de bajo contenido energético y de longitud de onda

específica. Dependen de la característica del material del blanco.


187

b) Rayos X Continuos.

Se producen cuando los electrones chocan con los núcleos de los átomos

del material del blanco ó ánodo. Forman un espectro continuo de longitudes de

onda, las cuales constituyen la mayor parte del haz de radiación. Estos no

dependen totalmente de la característica de los átomos que perturban.

Característica de la calidad de los Rayos X.

La radiación obtenida de un tubo de Rayos X, está constituida por los

Rayos Característicos y los Rayos Continuos, mencionados anteriormente. La

radiación característica es de pequeña cantidad de energía y de una longitud de

onda específica determinada por el material del blanco en que se producen. El

espectro de radiación continua abarca una amplia banda de longitudes de onda y

posee un contenido de energía mayor. Ver. Fig. 2. Los Rayos X continuos son los

que se utilizan en radiografía. Como la longitud de onda de cualquier Rayos X está

determinada parcialmente con el blanco, originan los rayos, al aumentar el voltaje

se producen Rayos X de menor longitud de onda (más energía). La Figura 3 ilustra

el efecto que ejerce el voltaje sobre los Rayos X generados.

Al aumentar el voltaje aplicado se eleva la intensidad (cantidad de Rayos

X); pero de mayor importancia para el radiólogo es el hecho de que se generan

Rayos X duros, y los Rayos X blandos.

La Figura 4 ilustra el efecto de la corriente del tubo en la intensidad de los

Rayos X. Al variar la corriente del tubo varía la intensidad del haz, pero el

espectro de longitudes de ondas permanece inalterable. La tabla Nº. 1 presenta

las relaciones entre la corriente del tubo y el voltaje aplicado.


188

Mili amperaje Bajo Mili amperaje Alto

Kv Bajo Rayos X blandos y de

baja intensidad

Rayos X blandos y de alta

intensidad

Kv Alto Rayos X duros y de baja

densidad

Rayos X duros y de alta

densidad

Tabla Nº 1

Interacción con la Materia.

Para apreciar la interacción de los Rayos x con la materia es necesario

tomar en cuenta las propiedades de ésta, que influyen en la interacción.

La materia está formada por diminuta y numerosas partículas llamadas

átomos. Las sustancias compuestas en su totalidad por átomos idénticos se

denominan elementos, y las sustancias que contienen dos o más elementos

reciben el nombre de compuesto. Las partículas fundamentales que interesan en

radiografía se indican a continuación:

PARTICULAS FUNDAMETALES --------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PARTICULA DESCRIPCIÓN PROTÓN Es una partícula portadora de una carga eléctrica positiva.

Su masa es aproximadamente una unidad de masa atómica.

NEUTRÓN Es una partícula eléctricamente neutra, que posee

aproximadamente la misma masa del protón.

ELECTRÓN Es una partícula que porta una carga eléctrica negativa. Su

masa es de 1/1840 de la unidad de masa atómica.

POSITRÓN Es una partícula portadora de una unidad de carga eléctrica

positiva y posee la misma masa del electrón.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- La unidad de masa atómica es 1/12 de la masa del átomo de carbono 12.

Es una unidad escogida arbitrariamente. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------


189

OTRAS DEFINICIONES:

NUMERO ATOMICO: Es el número de protones que se encuentran en el núcleo

del átomo de un material dado.

PESO ATOMICO: Es la suma de protones y neutrones contenido en el núcleo del

átomo de un material dado.

ISÓTOPO: Es un elemento cuyos átomos han perdido o ganado neutrones,

cambiando así sus pesos atómicos.

ION: Molécula o átomo que ha ganado o perdido electrones, eliminándose así su

neutralidad eléctrica.

INTERACCÓN POSIBLE DE UN FOTON CON LA MATERIA

1) Interacción básica con electrones atómicos.

2) Interacción con nucleones.

3) Interacción con los campos electromagnéticos que rodean las partículas.

4) Interacción con los campos mesónicos del núcleo.

MECANISMO SEGÚN LOS CUALES OCURREN LAS INTERACCIONES CON LA MATERIA.

a) Absorción. b) Difusión coherente. c) Difusión incoherente.

De la combinación de estos mecanismos con las interacciones se obtienen

los siguientes efectos:

(1-A) Efecto de Thompson o Efecto Fotoeléctrico.

(1-C) Efecto de Compton.


190

(4-A) Producción de pares (e+ , e-).

(1-B) Efecto de Rayleingh.

(2-b) Efecto Fotoeléctrico Nuclear.

El mecanismo de absorción propiamente dicho en radiografía corre a causa

de los efectos Fotoeléctricos y Compton, y en menor escala para energía mayores

de 1,022 MeV el de producción de pares, por esta razón sólo haremos referencia a

los mismos.

EFECTO FOTOELECTRONICO O EFECTO DE THOMPSON.

Ocurre cuando un fotón de Rayos X ó Gamma de baja energía (0,5 MeV y

menores) penetran la materia, transfiriendo por choque inelástico toda su energía

a un electrón orbital de un átomo de la materia, produciéndole gran excitación

como para desprenderlo de su órbita. Ver Figura 5.

EFECTO COMPTON.

Ocurre cuando un fotón de mediana energía (0.1 a 3.0 MeV) penetra la

materia y le cede parte de su energía a un electrón orbital externo, resultando una

partícula en movimiento y un fotón secundario de menor energía y distinta

dirección (radiación dispersa). Ver Figura 5.

PRODUCCIÓN DE PARES.

Ocurre cuando un fotón de radiación electromagnética de alta energía (1.02

MeV y mayor) en el campo nuclear transforma su energía en un par positrón-

electrón (e+ - e-). Ver Figura 5.


191

DISPERSIÓN DE LA RADIACIÓN.

Los tres procesos: Efecto Fotoeléctrico, Compton y Producción de Pares,

liberan electrones que se desplazan a diferentes velocidades y direcciones. Como

los Rayos X se producen por electrones libres que chocan con la materia, se tiene

que los Rayos X en si generan radiación X secundaria al penetrar la materia.

Estos Rayos X secundarios forman un componente de menor longitud de onda

que se conoce con el nombre de “Radiación Dispersa”.

El mayor componente de la dispersión son los Rayos de baja energía

representados por fotones debilitados en el Efecto Campton. La radiación

Dispersa es uniforme, pero de un bajo nivel energético y de dirección no definida.

a) Dispersión Interna.

Esta ocurre en el interior de la pieza que se radiografía (Figura 6) y es más

o menos uniforme en el espécimen de un solo espesor, pero afecta la definición de

la imagen radiográfica.

b) Dispersión Lateral.

Es producida en las paredes u objetos vecinos al espécimen, o porciones

del espécimen, que causan la entrada de los Rayos por los lados del espécimen.

(Figura 7). La radiación lateral, al igual que la radiación interna oscurece la imagen

radiográfica.

c) Dispersión Posterior.


192

Es la dispersión de la radiación que ocurre en las superficies u objetos

colocados detrás o debajo del espécimen. Esta dispersión también oscurece la

imagen de la pieza en la radiografía (ver Figura 8).

Fig. 2: Espectro de Rayos X.

Fig. 3: Efecto del voltaje sobre la calidad del haz de Rayos X.


193

Fig. 4: Efecto de la corriente del tubo de Rayos X.


194

Figura 5.


195

FUENTES DE RADIACIÓN.

PRODUCCIÓN DE RAYOS X. Los Rayos X son producidos cuando los electrones dotados de velocidades

distintas dentro de un tubo vacío, son frenados por la masa del anticátodo.

Comúnmente los tubos de Rayos X constan de un filamento (como los de los

bombillos eléctricos) que es calentado hasta la incandescencia. Esta parte

suministra los electrones y forma el cátodo o electrodo negativo del tubo. El Ánodo

o electrodo positivo del tubo, normalmente contiene una pastilla de volframio

(tungsteno) incrustada en una masa de cobre que sirve para disipar el calor

generado por el choque de los electrones.

La aceleración de los electrones se obtiene aplicando un alto voltaje del

orden de miles de voltios, entre el cátodo y el ánodo que atrae a los electrones del

filamento y los empuja a altas velocidades contra el blanco constituido por el

ánodo. La rápida interacción de los electrodos en movimiento con la superficie de

la pastilla de volframio del ánodo da como resultado la generación de Rayos X de

distintas longitudes de onda. El grado de vacío, el diseño y separación de los

electrodos guardan ciertas relaciones, de forma tal que en los tubos corrientes no

ocurre flujo de electrones entre el cátodo y el ánodo hasta que el filamento no

alcance la incandescencia y el voltaje sea aplicado entre el cátodo y el ánodo.

La Figura 9 muestra un diagrama esquemático de las partes esenciales que

forma el tubo de Rayos X y su fuente de energía.

El Cátodo. El cátodo consiste en un filamento espiral de volframio, el cual es calentado

por una corriente de varios amperios que le suministra un transformador de bajo


196

voltaje y alto amperaje. Aunque en la Figura 9, un reóstato forma parte del circuito

primario para ajustar la corriente que servirá para aumentar o disminuir la

temperatura del filamento. El filamento va colocado dentro de la estructura del

cátodo conocida como copa focalizadora, cuya función es la de concentrar el haz

de los electrones en una pequeña área del blanco del ánodo denominada punto

focal. Puesto que el flujo de electrones en un haz constituye una corriente

eléctrica, esta flujo se denomina corriente del tubo y se mide en miliamperios (

ma= milésimas de amperio). Al permanecer constantes otras condiciones, la

cantidad de Rayos X producida es proporcional a la corriente del tubo.

Figura 9: Tubos de Rayos X.

Figura 9A : Punto focal real y efectivo.


197

Figura 9B: Campo de radiación de 360°.

En este circuito simplificado de Rayos X, el voltaje alto es suministrado por

el transformador de alto voltaje. El primero de este transformador opera

básicamente a 110 voltios y comúnmente va conectado a un auto transformador

que varía el voltaje del primario. Aunque el primario del transformador de alto

voltaje funciona con bajo voltaje, el secundario produce altísimos voltajes hasta de

400.000 voltios.

La mayor parte de la energía que se suministra al tubo es transformada en

calor generado en el punto focal, y menos del 1% de la energía se convierte en

Rayos X. La alta concentración de calor en un área tan pequeña impone severas

condiciones y limitaciones en cuanto a los materiales y diseños a utilizar, en los

ánodos.


198

El Anticátodo ó Ánodo.

Normalmente, el material seleccionado para el blanco es el volframio debido

a su alto punto de fusión; aunque también se utilizan otros materiales en

aplicaciones especiales.

A la vez de depender la eficiencia de la producción de Rayos X del material

utilizado como blanco, también es proporcional al número atómico. El elevado

número atómico del volframio (74), constituye una segunda ventaja. Prácticamente

todos los tubos de Rayos X utilizados en la radiografía industrial, poseen blancos

fabricados de volframio.

Refrigeración del Ánodo. Puesto que el 99% de la energía suministrada a el tubo de Rayos X, se

convierte en calor, entonces se hace necesario enfriar el ánodo de alguna manera.

Prácticamente todos los tubos de Rayos X usan ánodos de cobre, por ser un buen

conductor y porque extrae el calor del blanco evitando su fusión.

La circulación de agua o aceite a través o alrededor de la masa de cobre es

un medio efectivo de mover el calor.

También se utilizan aletas radiantes sujetas al extremo del ánodo fuera del

tubo, pero dentro de la carcaza del tubo para transferir el calor al aceite que rodea

el tubo.


199

Punto focal del ánodo. Como buena práctica radiográfica se requiere que el punto focal sea lo más

pequeño posible para producir una mejor definición de la imagen radiográfica. Sin

embargo, como el punto focal concentra una gran cantidad de energía en un área

muy pequeña, para evitar el daño del blanco, será necesario concentrar menos

energía o utilizar un sistema eficiente de enfriamiento para disipar el calor.

Reduciendo el ángulo entre la cara del ánodo y el eje central del tubo

(comúnmente unos 20º) se tiene un punto focal efectivo, se hace relativamente

pequeño y de forma casi cuadrada (ver Fig. 9A). Los tubos de Rayos X de este

tipo producen un cono de radiación que tiene su vértice en el punto focal, estando

limitado el diámetro del cono por el diseño de la puerta del tubo de la carcaza.

Tubos Panorámicos.

También se diseñan tubos para emitir radiación en 360º, que se utilizan en

las llamadas radiografías de exposición panorámica. El ánodo de estos tubos es

de forma cónica y se encuentra en el centro del tubo. El haz de electrones,

perfectamente focalizados, incide sobre la punta del cono. De esta modo, se

consigue la casi ortogonalidad del haz de radiación, con respecto al eje del tubo,

en un desarrollo de 360º, como se muestra en la Figura 9B.

Equipos de Rayos X.

Los tubos de Rayos X, constituyen la fuente de Rayos X utilizados en

radiografía industrial y se fabrican en una gran cantidad de tamaños, formas y

materiales. La escogencia o selección de un tubo de Rayos x dependerá en gran

parte del uso que tendrá. La envoltura externa del tubo puede fabricarse de vidrio,

metal o cerámica capaz de mantener el vacío interno. Este material absorbe la


200

mayor parte de la radiación X de longitud de onda larga, generada en el punto

focal, y por ser una característica del tubo se le denomina filtración inherente del

tubo de Rayos X. Algunos tubos utilizan berilio en el área de salida de los Rayos X

para aumentar la cantidad de filtración inherente y se denominan tubos con

ventana berilio.

Los generadores de Rayos X también son suministrados en una gran

variedad de tamaños, energías de salida y configuraciones, algunos de ellos son

diseñados para aplicaciones especiales como de radiografía de oleoductos. En

general, los generadores usualmente empleados en radiografía industrial son

calificados según el kilovoltaje que producen (o poder de penetración). La

clasificación es aproximadamente como sigue:

De Bajo Voltaje = Entre 5 kv y 50 kv.

Mediano Voltaje = Entre 50 kv y 300 kv.

Alto Voltaje = Entre 300 kv 1.000 kv.

Super Voltaje = 1 Mev a 30 Mev.

CIRCUITOS DE RAYOS X

Circuitos Auto-rectificador.

La figura 10 muestra un diagrama muy simplificado de un circuito básico de

Rayos X autorectificado. Para conseguir la aceleración de los electrones, es


201

preciso crear una diferencia de potencial adecuada entre el filamento y el ánodo.

Esto se logra con un transformador de alta tensión. Por otra parte, el filamento

debe ser calentado mediante una corriente de escaso voltaje. Sera, por lo tanto,

también necesario un transformador de baja tensión. La alimentación del equipo

se realiza con corriente alterna y el circuito debe ir dotado de los correspondientes

instrumentos que permitan conocer la tensión empleada y la intensidad de

corriente que circula por el tubo. Como puede observarse en la Figura 10, la alta

tensión aplicada al tubo, en esta circuito, cambia de signo con la variación del

sentido de la corriente en la red. Así, si esta trabaja a 50 c/seg, 50 veces en cada

segundo, el blanco o ánodo, actuará realmente como cátodo. El circuito de

autorectificado de Rayos X, permite que solamente pase la corriente cuando el

cátodo (filamento) sea negativo y el ánodo positivo. Esto produce rectificación de

media onda, puesto que únicamente usa la mitad de la onda de la corriente alterna

para impulsar hacia el ánodo los electrones del filamento.

Un inconveniente de este circuito es la necesidad de tener que limitar la

cantidad de corriente (Nº de miliamperes), ya que un calentamiento exagerado del

ánodo, podría provocar una emisión de electrones en sentido opuesto, lo cuál

deterioraría el filamento del cátodo.

Estos circuitos autorectificados se emplean con mucha frecuencia, por su

sencillez y ligereza, especialmente en equipos portátiles; aún a costa de tener que

disminuir rendimientos, al tener que trabajar con intensidades de corrientes bajas

y, por ello, adoptar tiempos de exposición demasiados largos.


202

Figura 10: Circuito básico de alto voltaje.

Circuitos Rectificados.

Cuando el peso del equipo no representa un inconveniente y se desea

mejorar el rendimiento, se utilizan los circuitos rectificados. Con estos se liberan al

tubo de la función rectificadora, por medio de condensadores y válvulas

rectificadoras de alta tensión. Con este circuito se logra corriente rectificada de

onda completa, lo cual permite duplicar el tiempo de emisión de Rayos X en cada

ciclo y también someter el sistema a una diferencia de potencial constante.

El circuito básico descrito en la Figura10 es el comúnmente utilizado en

equipos de Rayos X de 400 Kv. Entre los tipos de generadores de alto voltaje y

supervoltajes están el generador de Van Der Graaf y otros generadores que


203

utilizan circuitos muy sofisticados que hacen uso de los avances modernos de las

técnicas electrónicas.

El propósito de fabricar equipos de grandes voltajes (ejemplo: BETATRON),

es el proveer mayor poder de penetración para satisfacer necesidades específicas

en el campo de la radiografía. Los equipos de bajo voltaje son utilizados en la

radiografía de materiales delgados, plástico y otros materiales que absorben poca

radiación. Los equipos de supervoltajes se utilizan para radiografiar elementos de

materiales muy gruesos o pesados.

Otras consideraciones:

Un selector de voltaje que consiste en un transformador con núcleo de

hierro con un devanado simple, con una serie de derivaciones en varios puntos del

devaneo es conocido como AUTOTRANSFORMADOR.

El cambio de la corriente alterna a corriente directa, para satisfacer las

necesidades de corriente direccional en una radiografía con Rayos X, puede

realizarse por medio de un RECTIFICADOR.

Un tubo de Rayos X, que tiene indicado un voltaje de 250 Kvp, puede

operarse con un máximo de 250.000 voltios de voltaje pico o máximo.

El hecho que los gases, cuando son bombardeados por la radiación, se

ionicen y lleguen a ser conductores eléctricos hacen que se utilicen en los

EQUIPOS DE DETECCIÓN DE RADIACIÓN.


204

RAYOS GAMMA

Los Rayos X y los Rayos Gamma son formas de radiación

electromagnética. El origen o fuente de los Rayos X es electrónico, mientras que

los Rayos Gamma se originan en la desintegración nuclear de sustancias

radioactivas.

En los Rayos X, son controlables por el usuario tanto el poder de

penetración como la intensidad del haz, pero estos mismos factores no pueden ser

controlados polos que utilizan los Rayos Gamma.

Algunos Isótopos radioactivos emisores se encuentran en estado natural,

como el Radio. Pro otros, como el Cobalto 60, Iridio 192, son producidos

artificialmente, estos últimos son ampliamente utilizados en la actualidad.

FUENTES DE RAYOS GAMMA UTILIZADAS EN RADIOGRAFIA

Las radiografías con Rayos Gamma ofrecen las siguientes ventajas:

Simplicidad de los aparatos.

Fuentes livianas de radiación.

No requiere fuerza eléctrica.

Portabilidad conveniente.

Estas ventajas son particularmente deseables cuando se radiografía en

sitios confinados y todas aquellas aplicaciones en tuberías y ensamblaje en el cual

el acceso es limitado.


205

Mientras que las máquinas de Rayos X emiten radiación de diferentes

longitudes de onda, las fuentes de Rayos Gamma emiten una o contadas

longitudes de ondas diferentes.

Fuentes Artificiales.

Existen dos fuentes de isótopos radioactivas (Radioisótopos) hechos por el

hombre. Durante la fusión del Uranio 235 en el reactor nuclear se producen

diferentes isótopos utilizables como fuentes de radiación. El Cesio 137, uno de los

radioisótopos utilizados en radiografía, es obtenido como sub-producto de la fisión

nuclear. El segundo, y más común, medio de producir radioisótopos es mediante

el bombardeo de ciertos elementos con neutrones.

El núcleo del elemento bombardeado se altera, debido usualmente a la

captura de neutrones, y por lo tanto se vuelve inestable o radiactivo. Los

radioisótopos utilizados en radiografía industrial que proceden del bombardeo de

neutrones son: Cobalto 60, Tulio 170 e Iridio 192. L designación numérica de

cada isótopo corresponde a su peso atómico y lo distingue de los otros isótopos

del mismo elemento. Los isótopos artificiales emiten Rayos Gamma, partículas

alfa, y partículas beta del mismo modo que lo hacen los isótopos naturales.

El punto focal se denomina a la porción del ánodo (blanco) donde se

generan los Rayos X. En radiografía con Rayos Gamma el punto focal está

constituido por el área de superficie que presente el isótopo, en dirección al objeto

que se inspecciona. Por este motivo es conveniente que las dimensiones de la

fuente Gamma sean lo más pequeña posibles. La mayoría de los isótopos usados

en radiografía tienen forma cilíndrica de diámetro y altura aproximadamente

iguales. La forma de la fuete permite que ésta sea usada con cualquiera de sus

lados dirigidos al espécimen, ya que presenta al misma extensión de superficie en

cualquier dirección. Cuando se utilicen fuentes que no sean cilíndricas, será

necesario colocar su lado de menor superficie dirigido paralelamente al plano del


206

espécimen, cuando la pastilla de la fuente sea rectangular el tamaño de fuente

será la diagonal del rectángulo.

a) Radio.

El radio es un isótopo natural que tiene una vida media de 1620 años. En

aplicaciones prácticas se considera que tiene una emisión constante debido a que

su desintegración es muy lenta.

b) Cobalto 60.

El Cobalto 60 es n isótopo creado artificialmente mediante el bombardeo

con neutrones al cobalto. Su vida media es de 5.3 años. El rayo primario de la

radiación de Cobalto 60 consiste de rayos que poseen de 1.33 a 1.17 Mev,

energía similar en contenido ala de una máquina de Rayos X de 2 Mev.

El radioisótopo es suministrado en forma de cápsula de diferentes tamaños.

Se utiliza en radiografía de acero, cobre, latones y otros metales de mediano peso

en espesores comprendidos entre 25 y 180 milímetros.

Debido a su alto poder de penetración estos isótopos requieren blindajes

muy gruesos, lo cual dificulta su manejo.

c) Iridio 192.

El Iridio 192, es otro isótopo artificial producido por bombardeo de

neutrones, su vida media es de 75 días. Tiene una actividad específica alta y

emite Rayos Gamma de 0.13 a 0.60 Mev, comparable a la fuerza de penetración

de un quipo de Rayos X de 300 kv. Industrialmente se utiliza para radiografiar

acero y metales similares de espesores comprendidos entre 6 y 60 milímetros. Su


207

energía de radiación relativamente baja y su elevada actividad específica hacen

del Iridio 192 una poderosa fuente de radiación que es fácil de blindar.

d) Tulio 170.

Se obtiene mediante bombardeo de neutrones, tiene una vida media de 130

días. La desintegración de este isótopo produce 84 y 52 kev de Rayos Gamma,

radiación equivalente a un equipo de Rayos X que opere entre 50 y 100 kv. Es el

mejor isótopo conocido para radiografiar metales delgados al producir radiografías

de buena calidad en especimenes cuyos espesores sean inferior a 12 milímetros.

e) Cesio 137.

El Cesio 137, es un subproducto de fisión nuclear y su vida media es de 30

años. Emite Rayos Gamma de 0.66 Mev, equivalente en energía a la radiación de

un Mev de una máquina de Rayos X. Son utilizados en radiografía de acero con

espesores comprendidos entre 25 y 90 milímetros. Su ventaja esta en el bajo

decaimiento radiación. El cesio 137 se maneja usualmente en la forma de Cloruro

CsCl; un polvo soluble que requiere precauciones especiales de seguridad.

Muchas normas establecen la doble encapsulación de este isótopo, construidas de

acero inoxidable.

Todas las fuentes modernas de Rayos Gamma vienen protegidas de

cámaras blindadas y se operan por control remoto en resguardo del operador.

Un diagrama de una máquina tipo control remoto para una fuente se

presenta en la figura 11, indicada a continuación:


208

En la posición (a) la fuente se encuentra dentro de la protección de plomo y,

por lo tanto, está segura. La mitad del cable de control se encuentra dentro del

tubo guía, la otra, en el tubo de almacenamiento.

En la posición (b), la manivela accionada está avanzando en la fuente fura

de la protección y se encuentra dentro del cable guía.

En la posición (c), ha llegado al final del cable guía, está en el pico de

exposición y es esa la posición para la realización de la radiografía.

En la tabla 2 se indican los espesores máximos (aproximados)

inspeccionados con diferentes fuentes radiográficas.


209

TABLA Nº 2 Iridio 192 Cobalto 60 Cesio 137 Tulio 170 Radio 226

Vida Media 75 días 5.3 años 30 años 130 días 1620 años

Energía de Mev 0.137 - 0.651 1.13 – 1.17 0.66 0.137 - 0.651 0.24 a 2.20

Máximo espesor de acero o su equivalente

2-1/2 Pulg. (62 mm)

7-1/2 Pulg. (185 mm)

3-1/2 Pulg. (90 mm)

1/2 Pulg. (12 mm)

5.0 Pulg. (125 mm)

Tasa de dosis (Emisividad)

mR / hr * Cl a 1.0 m 480 1320 330 2.5 830

mSv / hr * GBg a 1.0 m 0.13 0.36 0.09 0.00068 0.22

PRINCIPALES ELEMENTOS RADIOACTIVOS UTILIZADOS EN RADIOGRAFÍA


210

Unidades de la Radiación de Alta Energía.

La radiación de alta energía, producida por voltajes altos o súper voltajes de

Rayos X o por Rayos Gamma, se especifica frecuentemente en términos de la

energía de los quantums individuales, en vez de longitud de onda o kilovoltaje. La

unidad de energía utilizada es el electrón voltio (ev) una cantidad de energía igual

a la energía cinética del electrón que se mueve a través de una diferencia de

potencial de un voltio. Pero comúnmente se utilizan múltiplos más convenientes

tales como kilo electrón voltios (Kev) que representan 1000 ev, y el millón de

electrón voltios (Mev), de 1.000.000 de ev.

La longitud de onda (capacidad de penetración) de los Rayos Gamma está

determinada solamente por la fuente radiactiva, y no puede ser ajustada. La

intensidad de la radiación de los Rayos Gamma también está determinada por el

tamaño y la edad de la fuente radiactiva y no puede ser cambiada.

a. Intensidad de la Radiación.

La intensidad de la radiación depende de la actividad del material radiactivo

y está directamente relacionada con el número de átomos que se desintegran en

un segundo, es decir la velocidad de desintegración de la fuentes en ese

momento.

El curie (Ci) es la unidad de la actividad radiactiva. Cómo cada fotón

gamma procede de la desintegración de un núcleo, es posible definir el Ci en

función del número teórico de núcleos que se desintegran en 1 gramo de radio.

1 Curie = 3,7 x 10 10 desintegración/segundo (Bg).

La actividad, en un tiempo dado t, de un elemento radiactivo viene dada

por:

t

TLn

eAA∗⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∗=2

0


211

Donde :

Ao = Actividad Inicial.

T = Tiempo de vida media.

t = Tiempo transcurrido.

b) Actividad Específica.

La Actividad Específica es la actividad de una fuente radiactiva en Curies

por gramo o Curies por centímetro cúbico e indica el grado de concentración de la

misma.

c) Vida Media.

Debido a que la intensidad de la radiación Gamma está relacionada con la

desintegración de los átomos de la fuente radiactiva, la misma no puede ser

ajustada, ni tampoco es de valor constante. Las fuentes de Rayos Gamma pierden

gradualmente su actividad con el tiempo, y la tarea de decaimiento está

determinada por el tipo de material radiactivo de la fuente.

La Vida Media de una fuente radiactiva es el tiempo requerido para que la

intensidad o actividad de la fuente radiactiva, disminuya hasta la mitad de su valor

original.

En la Tabla Nº 2 se indican los valores de vida media de las fuentes de

rayos gamma comúnmente utilizados en Radiografía Industrial.

d) Construcción.

Una fuente de radiación contiene algunos miligramos o gramos de material

radioisótopo, dentro de una cápsula de protección. En la Figura 12 se muestra un


212

esquema de una fuente de radiación Gamma de uso industrial. El material

radiactivo en forma de pastilla se encuentra dentro de un cápsula de acero cerrada

por soldadura. Está cápsula retiene y protege al material, lleva la identificación

correspondiente y posee una prolongación o lengüeta que permite su fijación al

dispositivo de manejo.

La pastilla de material radiactivo es usualmente un cilindro sólido de metal

puro (caso del Ir-192 y Co-60) o cerámico (caso de Cs-137 y Tm-170), cuyo

diámetro y altura son iguales. Su tamaño puede variar de 0.5 x 0.5 mm hasta 6 x 6

mm. En el caso de Cs-137 la pastilla radiactiva es usualmente una esfera.

e) Cámara de Almacenamiento.

Las regulaciones oficiales establecen que las fuentes deben estar Selladas.

Esto significa que las fuentes se depositan en cámaras hechas de plomo, uranio

decaído u otro material protector. Cuando no se encuentren en uso, dichas

cámaras están provistas de dispositivos que permiten realizar la exposición

cuando sea requerido. Existen dos tipos básicos de cámaras, uno retiene en forma

permanente la fuente en su interior y para hacer la exposición se abre un


213

diafragma colimador del haz que restringe el ángulo sólido de exposición a un

valor determinado. Otro tipo dispone de un mecanismo que permite conducir la

fuente, por control remoto, desde el blindaje hasta el extremo de un tubo flexible

que se posiciona en el lugar adecuado para hacer la exposición.

CALCULOS DE EXPOSICIÓN, PELÍCULAS RADIOGRÁFICAS Y PROCESAMIENTO.

PRINCIPIO GEOMÉTRICO DE LAS EXPOSICIONES

Los elementos materiales que básicamente se requieren para producir una

radiografía son los siguientes:

- Una Fuente Radiográfica.

- Un Objeto a ser radiografiado.

- Una Película radiográfica

La Figura 13 representa un diagrama de exposición radiográfica en el cual

se muestran las relaciones geométricas entre la fuente de radiación, el espécimen

y la película radiográfica tanto para Rayos X como para Rayos Gamma.

La imagen sufre agrandamiento o deformación debido a la proyección del

objeto que no se encuentra en contacto con la película, cuando el plano de la

película no es paralela al plano del objeto, el haz de radiación no es perpendicular

al haz de radiación ó el tamaño de la fuente o punto focal es muy grande.


214

En la figura 14 se muestra la calidad de la imagen radiográfica, cuando está

afectada la distancia fuente-película.

En la figura 15 se muestra la distorsión de la imagen radiográfica

ocasionada por: (a) Tamaño de la Fuente y (b) cuando el haz de radiación no es

normal al plano del espécimen.

Los factores geométricos están relacionados mediante la penumbra

geométrica o indefinición radiográfica (Ug), la cual podemos expresar como:

DTFUg ∗

= , T = t si DOP = 0, t = Espesor del espécimen.

Siendo

F : El tamaño de la fuente (Rayos Gamma) o Tamaño Focal (Rayos X)

T: La distancia Objeto-Película.

D: Distancia Fuente-Película (DFP)

Figura 13: Factores geométricos


215

Figura 14: Penumbra geométrica efecto de la DFP.


216

Figura 15A

Figura 15B.

Densidad Radiográfica se define como el grado de oscurecimiento de la película

radiográfica, y se expresa como:

IILogD

0

=

Donde D es la densidad de la película, I 0 es la intensidad de la luz incidente, e

I la intensidad de la luz transmitida.

SELECCIÓN DE LA PELÍCULA.

La selección de la película está determinada por la necesidad de obtener

una radiografía de un contraste y definición específicos. El contraste de la película,

la velocidad y la granulación están Inter.-relacionados. Las películas rápidas son

de granos gruesos y pobre resolución, mientras que las películas lentas con de

grano fino y buena resolución. Por lo tanto, aunque resulta económicamente


217

ventajoso al hacer exposiciones cortas, el uso de las películas rápidas está

limitado por la granulación que puede ser tolerada en la radiografía. Los

fabricantes de películas la ofrecen de diferentes características, cada una

diseñada para un propósito específico.

PROCESAMIENTO DE PELÍCULAS

Una vez realizada la exposición radiográfica se requiere procesar la

película para hacer visible la imagen latente creada por la radiación.

a.- Precauciones en el procesamiento.

Para obtener resultados satisfactorios, deben cumplirse las siguientes

precauciones durante el procesamiento de la película:

1. Mantener las concentraciones químicas, temperatura y tiempo de

procesamiento dentro de los límites establecidos.

2. Evitar la contaminación de las soluciones utilizando tanques, agitadores,

colgadores, etc. fabricados de material resistente a los reactivos, como acero

inoxidable.

3. Los cuartos oscuros deben estar provistos de lámparas de seguridad y filtros

para evitar el velado de películas.

4. Es necesario mantener una buena limpieza para evitar vetas y manchas en las

radiografías.

b.- Procesamiento en Tanques.

Es un proceso manual que se efectúa dentro de recipientes con relativos y

agua de lavado. Antes de comenzar el revelado, la película se saca de las fundas

en que fueron expuestas y se colocan cuidadosamente en los colgadores.


218

Toda la operación se realiza dentro de un cuarto oscuro para evitar el

velado de las películas.

Principales etapas en el procesamiento de películas.

- Revelado.

- Baño

- Fijado.

- Lavado final.

- Agente humectante – secado.

REVELADO.

Es el proceso químico de reducir los cristales de plata de las áreas

expuestas de la emulsión de la película, a plata metálica. El revelador es una

solución alcalina y agua, la cantidad de cristales de bromuro de plata reducidos a

plata metálica es una función de:

TIEMPO - CONCENTRACIÓN QUÍMICA - TEMPERATURA.

5 MINUTOS A 68 º F (21 º C)

- Se debe agitar la película mientras se revela.

- A medida que aumenta la temperatura el tiempo de revelado

disminuye.

BAÑO DE PARADA:

Neutraliza el revelador remanente sobre la película.


219

Es una mezcla de ácido acético y agua. Después del revelado, se sumerge

la película en el baño de parada durante 1 minuto a 68 º F si no se dispone de un

baño de parada, también se puede emplear agua no contaminada por espacio de

2 minutos antes del fijado.

FIJADO.

Disuelve y remueve los cristales de plata de la superficie de la película que

no fue expuesta sin afectar la zona expuesta.

El fijador también endurece la emulsión y deja la plata reducida como una

imagen permanente. Los fijadores son soluciones de ácido sulfúrico en baja

concentración, mezclado con agua.

Nuevamente se debe agitar la película.

LAVADO:

Las películas se deben lavar completamente para eliminarles el fijador que

quede en la emulsión.

Se puede utilizar un tanque con agua en circulación de forma tal que la

película esté constantemente en contacto con agua en movimiento.

AGENTE DE MOJADO.

Hace que el agua se escurra uniformemente de la película, evitando

posibles marcas de gotas de agua.


220

SECADO:

Se realiza colocando la película revelada en una corriente de aire caliente.

Aprox. 25 minutos a 120 º F.

PROCESO AUTOMATICO.

1. Soluciones químicas especiales.

2. Agitación constante de la película.

3. Soluciones a altas temperaturas.

Resultados defectuosos y sus posibles causas.

Antes de atribuir una diferencia local de ennegrecimientos de la imagen

radiográfica a una falta de homogeneidad del objeto examinado, se debe tener la

certeza de no hallarse en presencia de un defecto producido por un error de

manipulación o de tratamiento de película. Es pues importante poder identificar

estos defectos en la radiografía. Así mismo, es interesante poder determinar su

naturaleza para poder eliminar la causa antes o durante el tratamiento de las

siguientes películas.


221

Figura 24: Protección contra la radiación.


222

TÉCNICAS RADIOGRÁFICAS CONVENCIONALES.

Una radiografía de buena calidad presentará un mínimo de distorsión,

buena definición, alto contraste y adecuada densidad cuando la exposición sea

debidamente controlada.

El radiólogo para producir radiografía de calidad solamente necesita seguir

los procedimientos establecidos. El radiólogo que posea un conocimiento y

comprensión de los procesos radiográficos y la habilidad para utilizar las cartas y

ábacos disponibles, puede establecer procedimientos efectivos para radiografiar

diferentes especimenes.

El procesamiento de la partícula constituye una parte esencial de la buena

práctica radiográfica. Podría utilizarse la mejor técnica de exposición, pero si la

película no es revelada adecuadamente, la radiografía resultaría inútil. Las

técnicas de exposición dadas a continuación son efectivas solo si el

procesamiento de la película es adecuado.

a) Selección de Equipos.

La selección del equipo para un ensayo particular consiste de varias

decisiones relacionadas entre si.

(1) Selección de la radiografía como método de ensayo.

(2) Selección de la radiografía por Rayos X o Rayos Gamma.

(3) Selección de un equipo específico de Rayos X ó Gamma.

Debido a su flexibilidad, facilidad de operación y un menor riesgo de la

salud, se prefiere la radiografía con Rayos X a la de Rayos Gamma. La radiografía

con Rayos Gamma es preferible cuando la aplicación industrial incluye:


223

- Necesidad de radiación de alta energía.

- Confinamiento del área donde se realizará la exposición.

- Inspección de campo en área donde no se dispone de fuerza

eléctrica.

b) Equipos Auxiliares.

Para tomar una radiografía se requiere solamente de: una fuente de

radiación, un espécimen y una película. Pero, cando se requiere una radiografía

de suficiente calidad y utilidad se requieren equipos y accesorios adicionales.

Estos accesorios que facilitan el trabajo del radiólogo son:

- Diafragmas, colimadores y conos.

- Filtros.

- Pantallas.

- Material de enmascaramiento.

- Penetrámetros (ICI).

- Láminas de suplementos (Shims).

- Fundas o chasis.

- Dispositivos de medición lineal y angular.

- Indicadores de identificación y posición.

- Material de blindaje.

- Densitómetro.

- Gráficas de exposición para Rayos X y Rayos Gamma.

- Gráficas de decaimiento de isótopo.

- Gráficas característica de la película (gráfica H & D)

- Tabla de factores radiográficos equivalentes.


224

Diafragmas, Colimadores y Conos: Son accesorios instalados en el tubo de

Rayos X o en la cámara de Rayos Gamma para reducir el área de radiación (Fig.

25) y sirven para disminuirla radiación dispersa.

Filtros: Están constituidos por metales o aleaciones de número atómico alto como

el plomo, latón, cobre y acero y que absorben la radiación blanda del haz y sus

funciones son: 1.- Reducir el contraste subjetivo permitiendo el registro de un

amplio rango de espesores con una sola exposición y eliminar la radiación

dispersa causada por la radicación blanda (Fig. 25). No existen tablas para la

selección del espesor del filtro, sin embargo al radiografiar el acero se obtiene

buen resultado utilizando filtros de plomos con espesor igual al 3% del máximo

espesor del espécimen.

Pantallas: La película para producir una imagen, por medio del efecto fotoeléctrico

observe menos del 1% de la energía de la radiación X ó Gamma que recibe. Para

mejorar la absorción de ésta energía por la película se utilizan dos tipos de

pantallas radiográficas: fluorescente y de plomo.

a) Pantallas Fluorescentes: Consisten de materiales fluorescentes

pulverizados, comúnmente de tungstanato de calcio adherido a la pared plástica.

Se usan en pares con la película entre ellas en íntimo contacto dentro de la funda

o chasis de exposición, como la luz emitida es difusa, disminuyen la definición de

la imagen radiográfica pero, mejora el tiempo de exposición.


225

Figura 25: Diafragmas, colimadores y filtros.

Las pantallas fluorescentes tienen un alto factor de intensificación, el cual

permite reducir el tiempo de exposición hasta en una magnitud del 95%, está es la

única ventaja de utilizar la pantalla fluorescente. Debido a la disminución de la

definición de la imagen que producen, las pantallas fluorescentes solo se utilizan

en aplicaciones especiales.


226

El factor de intensificación viene definido como la razón entre el tiempo de

exposición sin pantalla y el tiempo de exposición con pantalla.

b) Pantallas de Plomo: Son construidas de aleación de plomo y antimonio, la

cual resulta más fuerte y resistente al desgaste que la del plomo puro. Son

utilizadas en pares y se colocan con la película entre ellas, en íntimo contacto con

el plomo dentro de la funda o chasis de exposición. Varían de acuerdo al espesor

del espécimen y la energía de radiación. En la mayoría de las aplicaciones la

pantalla frontal y posterior son de 0,005 y 0,010 pulgadas respectivamente. Estas

son muy eficientes por su habilidad para absorber la radiación dispersa (Radiación

Blanda), en adición al incremento del efecto fotoeléctrico que ejercen sobre la

película.

El aumento del efecto fotográfico es el resultado de la liberación de los

electrones de los átomos de plomo cuando reciben la acción de la radiación.

El factor de intensificación de la pantalla de plomo es inferior al de la

pantalla fluorescente. Sin embargo debido a su capacidad de reducir el efecto de

radiación difusa mejorando el contraste y la definición de la imagen radiográfica

son ampliamente utilizadas en las radiografías con Rayos Gamma.

Las pantallas de plomo deben estar libres de polvo, grasa y sucio, porque

estos materiales pueden absorber los electrones emitidos por las pantallas, los

cuales son requeridos para la acción intensificadora.

Material de Enmascaramiento: Enmascaramiento es la acción de cubrir o rodear

parte del espécimen con material muy absorbente de radiación durante la

exposición. Reducen la exposición de las áreas cubiertas del espécimen evitando

la dispersión. Los materiales comúnmente utilizados son: plomos, arcillas de bario


227

y bolillas metálicas (Fig. 26). El principal propósito del enmascaramiento es reducir

la radiación dispersa.

Figura 26: Enmascaramientos.

Parámetros o indicadores de Calidad de Imagen (ICI).

Prácticamente toda la radiografía que requieran su interpretación contiene

la imagen de un penetrámetro como indicación que la técnica radiográfica utilizada


228

es adecuada. El parámetro determina el nivel de calidad (sensibilidad), pero no es

utilizado para determinar tamaño de indicaciones o establecer criterios de

aceptación de las mismas. El penetrámetro debe fabricarse del mismo material del

espécimen; su forma geométrica sencilla contiene pequeños dispositivos tales

como agujero o alambres, cuyas dimensiones guardan cierta relación con el

espesor del espécimen.

La imagen del penetrámetro en la radiografía constituye una evidencia

permanente de que el examen radiográfico fue conducido en condiciones

adecuadas. Esto es una característica única de la radiografía como ensayo no

destructivo.

En Norteamérica, el penetrámetro mas utilizado es el de tipo placa

(penetrámetro standard) formado por un rectángulo metálico que posee tres

agujeros pasantes cuyos diámetros están relacionados con el espesor del

penetrámetro. Otros penetrámetros similares que difieren del tipo ASTM son

requeridos por los diferentes Códigos y Especificaciones. Por ejemplo API-1104,

AFNOR, DIN, etc.

Las Figuras 27a y 27b muestra diferentes versiones de penetrámetros.

1.- El espesor (T) del penetrámetro estándar es el 2% del espesor denotado por el

número que identifica el penetrámetro (Nº I.) y los diámetros de los agujeros son 1

x T (1T), 2 x T (2T) y 4 x T (4T). El penetrámetro espesor de 0.015, tiene por

número de identificación 15 y los diámetros de los agujeros aparecen indicados en

la Figura 27.b. Los diámetros de los penetrámetros estándar (ASTM) aparecen en

la Tabla 9 y en los niveles de sensibilidad se muestran en la Tabla 10.

2.-Prácticamente en todos los casos, el penetrámetro va colocado del lado que

presenta el espécimen a la fuente de radiación. Esta es la posición geométrica

más desfavorable. Sin embargo, en algunas ocasiones esta posición no es


229

práctica. Como por ejemplo al radiografiar soldaduras de unión entre tubos

estando la fuente dentro del tubo y la película en la superficie externa. En estos

casos es aceptable el uso de penetrámetro del tipo “Lado-película” que es

equivalente al penetrámetro normalmente utilizado del lado de la fuente.

Figura 27.A: Penetrámetros.


230

NOTAS:

1. El diámetro de cada agujero puede ser de 1/16” (1.6 mm).

2. Los agujeros deben ser redondos y perforados perpendicular a

la superficie.

3. Los agujeros deben estar libres de rebabas, pero los bordes

no deben ser biselados.

4. Cada parámetro debe tener su número de identificación.

D = Diámetro del agujero esencial del penetrámetro.

T = Espesor del penetrámetro en milésimas de pulgadas.

En este caso T = 0.015”

Figura 27.B: Penetrámetro Estándar API-5L


231

SENSIBILIDAD ( % )

NIVEL DE CALIDAD

“ T “ AGUJERO ESENCIAL

0.7 1-1T 1%E 1T

1.0 1-2T 1%E 2T

1.4 2-2T 2%E 1T

2.0 2-2T 2%E 2T 2.8 2-4T 2%E 4T

4.0 4-2T 4%E 2T

T : Espesor del penetrámetro. E: Espesor del espécimen.

Ing. Nelson López.

TABLA 10: NIVELES DE SENSIBILIDAD


232

TABLA Nº 9: SELECCIÓNDEL PENETRAMETRO SEGÚN ASME V.

PENETRÁMETRO LADO FUENTE LADO PELÍCULA

ESPESOR DE PARED

SIMPLE DEL

MATERIAL (Pulgadas)

Nº DE IDENTIF.

AGUJERO ESENCIAL

DIÁMETRO DE

ALAMBRE (‘)

Nº DE IDENTIF.

AGUJERO ESENCIAL

DIÁMETRO DE ALAMBRE (‘)

HASTA 0.250 12 2T 0.008 10 II. 2T 0.006

0.250 HASTA 0.375

15 2T 0.010 12 2T 0.008

0.375 HASTA 0.500

17 2T 0.013 15 2T 0.010

0.500 HASTA 0.750

20 2T 0.016 17 2T 0.013

0.750 HASTA 1.000

25 2T 0.020 20 2T 0.016

1.000 HASTA 1.500

30 2T 0.025 25 2T 0.020

1.500 HASTA 2.000

35 2T 0.032 30 2T 0.025

2.000 HASTA 2.500

40 2T 0.040 35 2T 0.032

2.500 HASTA 4.000

50 2T 0.050 40 2T 0.040


233

Láminas de Suplemento o Shim.

Estas piezas son láminas delgadas, fabricadas de material idéntico al del

espécimen y se utilizan en radiografías de soldaduras para complementar el

espesor base con el resalte del cordón de soldadura. Se colocan debajo del

penetrámetro y en la practica se utilizan láminas de ancho y longitud mayores a

las del penetrámetro.

Fundas o Chasis.

Son estuches que resguardan la película de la acción de la luz y la protegen

de daños. Se fabrican de una variedad de materiales cómo vinil, tela y goma.

Deben ser flexibles para adaptarse al contorno del espécimen de manera que la

distancia entre éste y la película sea mínima.

Dispositivos de Medición Lineal y Angular.

Los dispositivos corrientes de medición como cintas métricas y

transportadores son necesarios para determinar con cierta exactitud la distancia

fuente-objeto ó fuente-película.

Indicadores de Identificación y Posición.

Para ser posible la correcta interpretación de la radiografía, el espécimen y

la placa deben de estar identificados de tal modo que el espécimen, su orientación

y posición de los defectos puedan ser fácilmente identificables. Esto se realiza


234

utilizando números y letras de plomos que se colocan sobre el espécimen o sobre

la película antes de la exposición y que luego aparecen en la radiografía.

Equipos de Blindaje de Área. La radiación dispersa puede controlarse instalando blindajes para proteger

los lados de la pieza. En las instalaciones permanentes se utilizan blindajes en las

salas o compartimientos. Cuando la radiografía se toma en áreas exteriores se

colocan pantallas de plomo para absorber la radiación dispersa.

Desintómetro.

Es un instrumento utilizado para medir la densidad de la placa radiográfica,

existen dos tipos de desintómetro: visual y electrónico. Su principal característica

es la preescisión y consistencia.

Gráficas (Ábacos) de Exposición para Rayos X.

Estas gráficas relacionan es espesor del espécimen, el kilovoltaje y la

exposición requerida. Son aplicables bajo ciertas condiciones tales como:

máquinas de Rayos X, distancia fuente-película, tipo de película, condiciones de

revelado y densidad de la película.

En la Figura 16 se muestra la gráfica de exposición en Miliamperaje por

segundo vs. Espesor del acero, para máquina de Rayos X de 80 a 270 Kv.

Gráficas de Exposición para Rayos Gamma.


235

La Figura 28 muestra una gráfica típica para exposición con Rayos Gamma,

las variables que intervienen en la misma son: actividad de las fuentes y distancia

fuente-película, las cuales están relacionadas para cada una de las diferentes

velocidades de películas. Estas gráficas normalmente son suministradas por el

fabricante de película y son muy precisas cuando se utilizan correctamente las

condiciones de revelado de la película.

El factor de exposición mostrado en la Figura es la representación

logarítmica del grupo de valores derivados de la división del producto de la

actividad de la fuente y el tiempo entre la distancia fuente-película elevado al

cuadrado. Los factores de corrección de la densidad fueron obtenidos de las

curvas características de la película.

Gráficas de Decaimiento.

Estas gráficas son suministradas por el fabricante del isótopo y permiten

determinar la actividad de la fuente en una determinada fecha.

Gráficas Características de la Película. Estas curvas se utilizan tal como la suministra el fabricante de la película sin

tener que efectuar ningún cambio. Las mismas fueron explicadas en capítulos

anteriores.

Factor de Equivalencia Radiográfica.


236

La mayor información sobre las fuentes de radiación esta expresada en

términos de los espesores de aluminio y acero (ver Tabla 2). En la Tabla 3 se

muestran los factores de equivalencia radiográfica para otros metales. Para

obtener el espesor de un material dado, se multiplica el espesor des espécimen

por el factor de equivalencia.


237

Figura 28: Gráfica de exposición para Rayos Gamma.


238

INTRODUCCION CORRIENTES INDUCIDAS. 1.1.- Breve introducción histórica.

Dentro del área de los Ensayos No Destructivos, la técnica conocida como

Corrientes inducidas, destaca por el amplio rango de aplicaciones que van desde

la simple detección y localización de discontinuidades (Defectologia) hasta la

determinación de características físicas de los materiales tales como medición de

espesores de recubrimientos, determinación de Conductividad Eléctrica y

permeabilidad magnética, diferenciación de materiales en base a su composición,

dureza, microestructura, tratamientos térmicos, perfilometria, determinación de

propiedades geométricas etc.

La técnica de Corrientes Inducidas (también conocida como Corrientes de

Foucault, Corrientes de Eddy, Corrientes Parásitas entre otros) se fundamenta en

el fenómeno de inducción Electromagnética, descubierto por Michael Faraday en

1.831. Faraday[1] demostró que al pasar una corriente eléctrica cuyas

características dependen del tiempo, a través de una espira (alambre enrollado)

Esta era capaz de producir (inducir) una corriente eléctrica en otra espira

adyacente. En 1.864 James C, Maxwell propuso sus famosas ecuaciones para

describir el comportamiento de los campos electromagnéticos, proporcionando con

esto la fundamentacion teórica del método[ 1]

En 1.879, D.E Hughes desarrollo un sistema para aplicación de las

Corrientes Inducidas, con el cual consiguió detectar diferencia en las medidas de

Conductividad Eléctrica y Permeabilidad Magnética en función de la temperatura

para diferentes materiales. En 1.926, H.E Kranz de la firma Western Electric,

desarrollo un equipo para aplicación de Corrientes Inducidas, con la finalidad de

medir espesores de pared para materiales que eran conductores eléctricos. En la

década de los “30” fueron desarrollados sistemas para detección de

discontinuidades en línea de producción de tubería con costura, la cual es una de

las aplicaciones más importantes de la Corrientes Inducidas.


239

Durante los anos “40” Frederich Foerster desarrollo los primeros equipos

comerciales de Corrientes Inducidas. Luego en la década de los “50” introdujo el

concepto de “Análisis por Diagrama de Impedancia” el cual ha sido vital en los

posteriores desarrollos y aplicaciones de la técnica, entre otras cosas permitió

discriminar el efecto de los diferentes parámetros y propiedades que afectan a las

corrientes, aunque de una manera empírica. A partir de este momento puede

decirse que el rango de aplicaciones de la técnica de Corrientes Inducidas, se ha

ampliado para ir desde el monitoreo y control de procesos de fabricación, hasta la

evaluación de componentes en servicio como es el caso de la industria

aeronáutica.

1.2.- Principios Físicos del método.

La técnica de inspección por Corrientes Inducidas, es similar a la de

Calentamiento por Inducción utilizada en procesos de soldadura por calentamiento

inductivo. Ambas técnicas dependen del principio de inducción electromagnética

para la creación de las corrientes eléctricas (inducidas) en una pieza que se

encuentra colocada dentro o en las proximidades de una bobina de inducción. El

calentamiento producido es una consecuencia del fenómeno de conversión de

energía eléctrica en calor (Efecto Joule P = I2 x R) sufrido por dichas corrientes

inducidas. Este proceso depende de la forma en la cual varia la corriente eléctrica

que circula por la bobina, en general se aplica una corriente alterna (AC) cuya

frecuencia (f) puede ser ajustada, pero en este caso su valor es condicionado por

una propiedad de los materiales conductores de la electricidad, la cual se conoce

como “Efecto Piel”

Por otra parte, existen diferencias entre ambas técnicas, entre las mas

importantes se encuentran los niveles de potencia utilizados; en el caso del

calentamiento por inducción, los niveles que se aplican son mayores que los

empleados en corrientes inducidas, otra diferencia consiste en las bobinas


240

utilizadas; En el caso del calentamiento por inducción normalmente se usa una

sola bobina (actúa como primario) mientras que en el caso de las corrientes

inducidas, el sistema esta compuesto por una bobina primaria y una secundaria.

En la técnica de inspección por corrientes inducidas, la pieza o componente

a ser inspeccionado, se coloca dentro de una bobina (o en contacto con ella) por

la cual circula una corriente alterna (AC) que recibe el nombre de corriente de

excitación (Ver figura # 1) Como una consecuencia de lo anterior, se produce en

las proximidades de la bobina un Campo Electromagnético llamado Campo

Primario (Hp) el cual produce el flujo de corrientes inducidas sobre la pieza

inspeccionada. Estas corrientes inducidas a su vez producen un segundo campo

electromagnético llamado Campo Secundario (Hs) cuya principal característica es

la de tener un sentido opuesto al primario (Ley de Lenz) Estos campos se

combinan para producir un campo electromagnético resultante (Hp – Hs)

Las variaciones en las propiedades del material que esta siendo ensayado,

tales como composición química, dureza, espesores de recubrimientos,

tratamientos térmicos, presencia de discontinuidades, variaciones de geometría y

dimensiones entre otros, producen variaciones en el flujo de las corrientes

inducidas, esto a su vez produce variaciones en el campo secundario (Hs) y a

través de este en el campo resultante (Hp – Hs) Este campo resultante actúa

sobre la bobina inductora, produciendo variaciones en el voltaje alterno que se le

aplica y en su impedancia eléctrica. Estas variaciones pueden ser detectadas y

procesadas, para ser representadas en algún dispositivo de medición analógico o

digital, tubo de rayos catódicos o un registrador grafico.


241

Figura # 1.- PRINCIPIOS FISICOS DE LA TECNICA.

La figura # 2, muestra la distorsión producida en el flujo de las corrientes

inducidas en la superficie de una pieza plana y en una barra debido a la presencia

de discontinuidades.

FIGURA # 2.- DISTORSION EN EL FLUJO DE CORRIENTES INDUCIDAS POR LA PRESENCIA DE DISCONTINUIDADES


242

La Intensidad del campo magnético primario (Hp) depende principalmente

de la intensidad de la corriente alterna de excitación aplicada a la bobina, es decir:

(1) )( IH p Ψ=

Donde: ψ = Una función cualquiera.

I = Intensidad de corriente que circula por la bobina

Por otra parte, la intensidad del campo secundario producido por la pieza,

depende de factores diversos como la Conductividad Eléctrica de la pieza (σ) La

Permeabilidad Magnética (μ) Las características geométricas de la pieza (G) La

Frecuencia de la señal de Corriente Alterna aplicada (f) entre las más importantes.

Lo anterior tiene como consecuencia que la intensidad de dicho campo secundario

se pueda escribir como:

(2) ),,,( fGZH S μσ=

Donde: Z = Función cualquiera.

La intensidad del Campo Magnético resultante es:

(3) ),,,()( fGZIHHH SpT μσ−Ψ=−=

Cuando la pieza a inspeccionar se encuentra libre de discontinuidades, el sistema puede ser ajustado para que exista una compensación entre ambos campos de manera que el resultado sea cero. Esto se conoce como “Equilibrar el Sistema” Cuando hay variaciones en

alguno de los parámetros que aparecen en la ecuación # 3 los campos

magnéticos no se compensan, esto produce variaciones en el campo resultante


243

las cuales a su vez generan sobre la bobina exploradora, un voltaje (por el

fenómeno de Inducción Electromagnética) cuyo valor viene dado por la “Ley de

Faraday”

(4) t

H Tind Δ

Δ=ε

Donde: ΔHT = Variaciones en el campo magnético resultante

Δt = Variación en el tiempo.

En las aplicaciones de la técnica, generalmente la corriente eléctrica alterna

que se aplica a la bobina (I) y su frecuencia (f) se ajustan para lograr un fin

específico (Calibración del sistema) de manera que tanto el campo resultante

como el voltaje inducido, pasan a depender solamente de las características de la

pieza. En cuanto a la dependencia con la geometría de la pieza, podemos decir

que esta afecta a través de dos aspectos fundamentales:

a.- Geometría de la pieza propiamente dicha.

b.- Distancia bobina – pieza

En cuanto al primer aspecto, este se refiere a propiedades como espesor,

diámetros, o longitud de la pieza entre otras. El segundo aspecto es de gran

importancia en la aplicación de la técnica, ya que condiciona la intensidad con la

cual se producen las corrientes inducidas y el campo magnético que ellas

generan; Esto se conoce como “Efecto de Despegue o Lift – Off” Por los

momentos su efecto puede resumirse de la siguiente manera:

“ A mayor “Lift – Off menor intensidad en las corrientes inducidas”


244

Si estos factores se mantienen constantes al aplicar la técnica, podemos

decir que las variaciones en el campo magnético total (Hp) solamente son

producidas por las variaciones en el campo magnético secundario “Z” las cuales a

su vez son producidas por variaciones tanto en la conductividad eléctrica y la

permeabilidad magnética de la pieza. Es decir:

(5) ),( ind tZΔ

Δ=

μσε

Donde se ha suprimido el efecto de los factores considerados constantes.

En vista de lo anteriormente expuesto, podemos establecer las siguientes

consideraciones:

1.- Las variaciones en Permeabilidad Magnética (μ) se relacionan con cambios en

la dureza del material [2]

2.- Las variaciones en Conductividad Eléctrica (σ) se relacionan con cambios en la

composición química o aleación del material [3]

3.- Las variaciones locales (Δσ) en la Conductividad Eléctrica, se relacionan con la

presencia de discontinuidades en la pieza [4]

Estas premisas nos permiten concluir que la detección de la posible

presencia de discontinuidades en una pieza mediante la técnica de las corrientes

inducidas, se reduce a detectar (mediante la bobina exploradora) los cambios en

el campo magnético secundario que estas producen y que a su vez se originan por

las variaciones en las características electro – magnéticas producidas por los

aspectos anteriormente mencionados.


245

1.3.- Algunas Aplicaciones.

Entre las aplicaciones más importantes de la técnica de Corrientes

Inducidas tenemos:

a.- Detección de discontinuidades en materiales:

1.- Ferromagnéticos.

2.- No Ferromagnéticos.

b.- Medición de Conductividades Eléctricas en materiales no ferromagnéticos.

c.- Medición de espesores de recubrimientos No conductores sobre material

conductor (Por Ej. pinturas)

d.- Medición de espesores de recubrimiento conductores no magnéticos sobre

materiales conductores no magnéticos (Por Ej. Niquelados)

e.- Separación de materiales en base a:

1.- Composición química (Sorting)

2.- Dureza

3.- Microestructura

4.- Tratamientos térmicos.

5.- Otras.

f.- Monitoreo de metales líquidos.

g.- Detección y monitoreo de vibraciones.

h.- Otras.


246

1.4.- Ventajas y desventajas del método.

1.4.1.- Ventajas.

a.- Gran sensibilidad en la detección de discontinuidades superficiales.

b.- Puede aplicarse en materiales Ferromagnéticos y No Ferromagnéticos.

c.- La señal que indica la presencia de una discontinuidad, se produce de manera

inmediata

d.- En la mayoría de las aplicaciones, no se necesita un contacto directo entre la

pieza y la bobina de prueba.

e.- No precisa de materiales consumibles.

f.- Puede ser automatizado, y alcanzar altas velocidades de inspección.

g.- No necesita una preparación superficial rigurosa de la pieza a ser

inspeccionada.

h.- Tiene una gran variedad de aplicaciones (Metrologia, caracterización de

materiales, investigación, etc.)

1.4.2.- Desventajas.

a.- La profundidad de penetración en la pieza, se encuentra limitada por:

1.- Frecuencia de la señal AC

2.- Propiedades del material.


247

b.- La señal producida es afectada simultáneamente por diferentes variables.

c.- Las indicaciones no son producidas directamente sobre la pieza a inspeccionar.

d.- En algunas aplicaciones, los resultados producidos son cualitativos y no

cuantitativos.

e.- La inversión inicial para el equipamiento es elevada.

f.- Tiene algunas dificultades para la producción de un registro permanente.

g.- Para detectar discontinuidades en materiales ferromagnéticos, es necesario

saturarlos magnéticamente. Esto implica una posterior desmagnetización

h.- En algunas aplicaciones, se necesita que la geometría de las piezas a

inspeccionar sea lo mas uniforme posible.

i.- Requiere del empleo de “Patrones de Calibración” ya que es una técnica

comparativa

1.5.- ¿Que debe tomarse en cuenta en una inspección?

Una vez que se dominan los principios de la técnica de corrientes inducidas, es

posible responder a las siguientes preguntas típicas de una inspección:

¿Cual o cuales bobinas debo emplear?

¿Cual será la frecuencia de la señal AC mas adecuada para inspeccionar?

¿Cuales patrones de calibración y discontinuidades patrón debo usar?


248

¿Que debo hacer para distinguir las señales relevantes de las no relevantes?

¿Como estimar la profundidad a la cual se encuentran las discontinuidades?

manual introduccion a los end

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