Ultrasonido - END.pdf

Ensayo de ultrasonido industrial

1. Ensayos No Destructivos
MÉTODO DE ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 1
Dr. Ing. Carlos ValdezSalazar
[email protected]
UNIDADV

2. Tecmat 2 -CVS 2

3. COMPETENCIAS
Tecmat 2 -CVS 3
Elalumnoidentificaelprincipiodefuncionamientodelos
equiposdeultrasonido.Aplicaelultrasonidoen
diferentesmateriales.

4. CONTENIDOS A TRATAR
•Competencias
•Introducción
•Definición
•Teoría del ensayo de ultrasonido
•Cálculos analíticos
•Ventajas
•Desventajas
•Palpadores
•Acoplamiento
Tecmat 2 -CVS 4

5. INTRODUCCION
Lainspecciónporultrasonidoesunaformadeinspecciónno
destructivaqueestádiseñadoparareunirinformaciónsobre
laspropiedadesdeunmaterialatravésdelusodela
ecografía
Seaplicaparaconocerelinteriordeunmaterialo
componentesalprocesarlatrayectoriadelapropagaciónde
lasondassonoras
Tienediferentesaplicacionesaniveldeingenieríaeindustria
yaquetrabajaconprincipiosfísicosquegeneranun
conocimientoprecisoacercadelmaterialdeestudio.

6. ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 6

7. ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 7

8. GENERALIDADES
En1917,PaulLangevinyChilowsky
produjeronelprimergenerador
piezoeléctricodeultrasonido,cuyocristal
servíatambiéncomoreceptor,ygeneraba
cambioseléctricosalrecibirvibraciones
mecánicas.Elaparatofueutilizadopara
estudiarelfondomarino,comounasonda
ultrasónicaparamedirprofundidad.
En1929,SergeiSokolov,científicoruso,propusoelusodel
ultrasonidoparadetectargrietasenmetalesbasándoseenel
principiodereflexión.
Tecmat 2 -CVS 8

9. FUNDAMENTOS FÍSICOS
Cualquiersonidopuededescribirseensutotalidad
especificandotrescaracterísticasensupercepción:
Eltono,laintensidadyeltimbre.
Esastrescorrespondenexactamenteatrescaracterísticas
físicas:lafrecuencia,laamplitudylacomposiciónarmónica
tambiéndenominadaformadeonda.
Tecmat 2 -CVS 9

10. FUNDAMENTOS FÍSICOS
Impedancia acústica específica (Resistencia):
Es la resistencia que opone un material al ser atravesado por
un haz ultrasónico.
Depende de la densidad de masa y de la velocidad de
propagación.
A mayor densidad, mayor absorción; a mayor absorción,
mayor frecuencia.
Z = ρ.v
Tecmat 2 -CVS 10

11. FUNDAMENTOS FÍSICOS
Atenuación:
Pérdida de energía que sufre el haz ultrasónico. Está en
función del elemento atravesado por el haz.
Efecto piezoeléctrico:
Fenómeno físico por el cual aparece una diferencia de
potencial eléctrico entre las caras de un cristal cuando éste
se somete a una presión mecánica.
Tecmat 2 -CVS 11

12. FUNDAMENTOS FÍSICOS
Reflexión:Seproduceenloslímitesdentrodelosmetales.
Dependedelageometríadelmismo.
Refracción:Elhazultrasónicosedesvíadependiendodela
velocidaddepropagaciónydeladensidaddelmaterial.
Tecmat 2 -CVS 12

13. FUNDAMENTOS FÍSICOS
Tecmat 2 -CVS 13

14. ¿QUE ES UN ENSAYO DE
ULTRASONIDO?
Permiteconocereinterpretarelestadofísicodedeterminado
materialmedianteunaondaacústicaosonoracuyafrecuencia
estáporencimadelespectroaudibledeloídodelserhumano
(aprox.20kHz);lareflexióndelsonidoescausadoporlas
discontinuidadesenelmateriallascualessemanifiestanen
unapantallaenformadeseñales(ecos).
Tecmat 2 -CVS 14

15. Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o
convertir un determinado tipo de energía de entrada, en
otra diferente de salida.
CARACTERÍSTICAS
1.Rango de operación
2.Sensibilidad
3.Compatibilidad
4.Robustez
5.Características de la señal de salida
Tecmat 2 -CVS 15
TRANSDUCTORES
FUNDAMENTOS FÍSICOS

16. oPiezoeléctrico
oElectroacústico
oElectromagnético
oElectromecánico
oElectroquímico
oElectroestático
oFotoeléctrico
oMagnetoestrictivo
oRadiacústico
TIPOS DE TRANSDUCTORES
Tecmat 2 -CVS 16
Eltipodetransductorindicalatransformacióndeenergíaque
realiza.Porejemplo:

17. •Siunhazatraviesadosmaterialesdediferenteimpedancia
acústica(Z),alllegaralasuperficiedeseparaciónuna
partesereflejayotrapartepasa.
FUNDAMENTOS FÍSICOS
Tecmat 2 -CVS 17

18. •Silasimpedanciasacústicas(Z
i)delosdiferentes
materialessonparecidas,lamayorpartedelhazpasará
deunmaterialaotro.
•Encambiosilasimpedanciasacústicas(Z
i)sondiferentes
pasarátodolocontrario.
FUNDAMENTOS FÍSICOS
Tecmat 2 -CVS 18

19. Tecmat 2 -CVS 19
LONGITUDINAL TRANSVERSAL HORIZONTAL
Los desplazamientos
de las partículas son
paralelos a la
prolongación del
sonido
Los desplazamientos
de las partículas son
en forma
perpendicular a la
dirección del haz
ultrasónico, se
propagan en sólidos
únicamente.
Son aquellas que se
desplazan sobre la
superficie del material y
penetran a una profundidad
máxima de una longitud de
onda, también es conocida
como ondas de Rayleighy
se propaga solo en sólidos
ONDAS ULTRASÓNICAS

20. ULTRASONIDO:
PRINCIPIOS FÍSICOS
Material Velocidad
(m/s)
Aire 330
Agua 1497
Metal 3000 -6000
Grasa 1440
Sangre 1570
Tejidos
blandos
1540

21. ULTRASONIDO:
PRINCIPIOS FÍSICOS
Tecmat 2 -CVS 21

22. ENSAYO DE ULTRASONIDO
MÉTODOCONVENCIONAL
ElmétododeUltrasonidoConvencionalsebasaenla
generación,propagaciónydeteccióndeondaselásticas
(sonido)atravésdelosmateriales.
METHODPHASEDARRAY
EsunmétodoavanzadodeUltrasonidos,fiableyseguro,
pararevelardefectosocultosdentrodeunaestructurao
soldadura,medianteunaavanzadatécnicapulso-ecoque
utilizamúltiplestransductoresminiaturizadosylosretrasos
detiempoparadarformaalhazdesonidoultrasónicoenun
ánguloyelenfoquedeseados

23. APLICACIONES
Ingeniería Mecánica
•Detectaralgunasfalenciasenlosmaterialesyequipos
talescomofallas,grietas,estructuragranular,soldadurasy
fracturas.Engenerallaindustriadeautomóviles,trenes,
barcosyaviones.
•Detectaretapaincipientedefallaenrodamientos,impedir
elexcesoofaltadelubricación,cavitaciónenbombas,
motores,cajasdeengranajes,ventiladores,compresores,
desgastesenlosmateriales,corrosióndemateriales,
verificacióndelestadodepinturas,forjas,fundicionesy
laminas.
Tecmat 2 -CVS 23

24. INSPECCIÓN DE TANQUES DE
ALMACENAMIENTO
Rastreadores robóticos
utilizan el ultrasonido para
examinar las paredes de
los grandes tanques en
busca de signos de
adelgazamiento debido a
la corrosión.
Cámaras en largos
brazos articulados se
utilizan para
inspeccionar los
tanques de
almacenamiento
subterráneos.
Tecmat 2 -CVS 24

25. APLICACIONES
Ingeniería Civil
Elultrasonidoesútilpara
detectarelespesorde
materialescomoelconcreto,
ayudaadetectarfallasen
materialescomocorrosióno
desgasteentuberías,y
ayudaadetectarlacantidad
deflujoquepasaatravésde
unducto,ejemplodelos
acueductos.
Tecmat 2 -CVS 25

26. APLICACIONES
Medicina
Lasimágenesporultrasonido,también
denominadasexploraciónporultrasonido
oecografía,involucranlaexposicióndel
cuerpoaondasacústicasdealtafrecuencia
paraproducirimágenesdelinteriordel
organismo.
Lasexaminacionesporultrasonidono
utilizanradiaciónionizante(comoseusaen
losrayosX).Debidoaquelasimágenespor
ultrasonidosecapturanentiemporeal,
puedenmostrarlaestructurayelmovimiento
delosórganosinternosdelcuerpo,comoasí
tambiénlasangrequefluyeporlosvasos
sanguíneos.
(ImagenVesículabiliar)
Tecmat 2 -CVS 26

27. APLICACIONES
Corrosión
Tecmat 2 -CVS 27

28. ÍTEMS EN DETECCIÓN DE
FALLAS
Experienciayconocimientodelatécnicaautilizar.
Seleccióndelequipodepruebaadecuado
Conocimientodelosrequerimientosespecíficosde
laprueba
Tecmat 2 -CVS 28

29. EQUIPO DE INSPECCIÓN
ULTRASÓNICA
Equipo básico pulso-eco
Laseleccióndeberáserde
acuerdoalasnecesidades
deinspecciónyalsistema
detransmisiónapropiado.
Sinembargo,elsistemade
transmisiónpulso-ecoesel
más utilizadoenla
actualidad.
Tecmat 2 -CVS 29

30. Equipo de ultrasonidos
Palpador(transductor)
Cable de conexión
Receptor (si se necesita)
Calibrador
Acoplante
COMPONENTES DE
ENSAYO DE ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 30

31. Transductorespiezoeléctricos:Conviertenenenergía
eléctricamaterialescuandoseencuentransometidosaun
esfuerzomecánico.
Tecmat 2 -CVS 31
TRANSDUCTOR
ULTRASONICO

32. TRANSDUCTOR
ULTRASONICO
Lostransductorespuedenserclasificadosenlossiguientes
gruposdeacuerdoa:
a)Formadepropagarelhazultrasónico:Hazrectoyhaz
angular.
b)Técnicadeinspección:Decontactoydeinmersión.
c)Númerodecristales:Uncristal,doscristalesodualyde
cristalesmúltiples.
d)Gradodeamortiguamiento:Debandaancha,banda
angostaydeamortiguamientointerno.
e)Aplicacionesespeciales:Transductoreslibres,súper
amortiguados,puntuales,periscópicosyconlíneade
retardo.
Tecmat 2 -CVS 32

33. Tecmat 2 -CVS 33
TRANSDUCTOR
ULTRASONICO

34. CABLE COAXIAL
Unaccesoriodelsistemadeultrasonidoeselcablecoaxial,el
cualensusextremosposeeconectoresloscualesunenal
instrumentoyaltransductor.Lostiposdeconectoresmás
comunesson:
a)Microdot: Para transductores muy pequeños (con rosca).
b)BNC: De medio giro.
c)UHF: Para muy alta frecuencia (con rosca), usado en
inmersión.
d)Lemo: De media presión.
Tecmat 2 -CVS 34

35. Tecmat 2 -CVS 35
CABLE COAXIAL

36. ACOPLANTES
Losacoplantesnormalmenteusadosparalainspecciónpor
contactosonagua,aceites,glicerina,grasasdepetróleo,grasa
desilicón,pastadetapizyvariassustanciascomercialestipo
pasta.
Latécnicaultrasónicanecesitadeunacoplanteadecuadopara
transmitirelultrasonidoentreeltransductorylapiezade
prueba.Elacoplantepuedeserlíquido,semilíquidoopastoso.
Tecmat 2 -CVS 36

37. BLOQUE DE CALIBRACIÓN
•Losbloquespatronessonusadosparaestandarizarla
calibracióndelequipoyevaluarenformacomparativalas
indicacionesobtenidasdelapiezadeensayo.
•Lospatronesdereferenciaestánhechosdemateriales
debidamenteseleccionadosparagarantizarsusanidad
internayquesatisfaganlosrequisitosdeatenuación,
tamañodegranoytratamientotérmico.
Tecmat 2 -CVS 37

38. Identificar el material de la probeta o componente a ensayar
Tipo de probeta u zona a ensayar (unión soldada, tubo,
chapa …).
Determinar el espesor de zona de ensayo.
Elección del tipo de palpador(normales o angulares) y
frecuencia a utilizar.
Calibración de equipo.
Limpieza de zona de ensayo.
Aplicación del acoplante(colas, aceites…).
Realización de ensayo.
Evaluación de posibles indicaciones o defectos.
PROCEDIMIENTO
DEL ENSAYO
Tecmat 2 -CVS 38

39. TÉCNICAS DE
ULTRASONIDO
Técnica Pulso -Eco
Seutilizaunsolotransductorqueenvíayrecibeelpulso
(transmisor–receptor)porloquerequiereaccesoauna
solasuperficie.
Tecmat 2 -CVS 39

40. TÉCNICAS DE ULTRASONIDO
Técnica con transductores
duales
Estatécnicaproporcionaunmétodoparaincrementarla
resolución,elelementodoblepermitequelafuncióndelcristal
receptorseencuentreelectrónicayacústicamenteaisladode
losefectosdelpulsodeexcitación.
Tecmat 2 -CVS 40
Estostransductoresmiden
elespesorydescubren
defectosycorrosiónen
materialesdelgados

41. TÉCNICAS DE
ULTRASONIDO
Técnica con haz angular
Esutilizadoparatransmitirunhazangularpredeterminado
deprueba.
Deacuerdoalángulodeincidenciaeseltipodeondas
producidasdentrodelmaterial(transversal,longitudinaly
superficial)
Tecmat 2 -CVS 41

42. TÉCNICAS DE
ULTRASONIDO
Técnica de transmisión a
través
Seutilizauntransmisory
unreceptor,soloqueen
estecasoseencuentran
localizadosensuperficies
opuestas.
Tecmat 2 -CVS 42

43. TÉCNICAS DE
ULTRASONIDO
Técnica de Picha y Cacha
Seutilizandostransductores,
dondeunoenvíaelpulsoyel
otrolorecibe(untransmisory
un receptor),ambos
transductoresselocalizanen
unamismasuperficie.
Tecmat 2 -CVS 43

44. •Ondasdealtafrecuenciaseintroducenenelmaterialyse
reflejanenlassuperficiesodefectos.
•Laenergíareflejadadelsonidosemuestraenfuncióndel
tiempo,yelinspectorpuedevisualizarunasección
transversaldelapiezaquemuestralaprofundidaddelos
defectosquereflejanelsonido.
f
PIEZA
grieta
0 2 4 6 810
Pulso
inicial
Eco de
la grieta
Eco de la
superficie
Osciloscopio, o pantalla
del detector
INSPECCIÓN POR
ULTRASONIDOS
Tecmat 2 -CVS 44
TRANSDUCTOR

45. INTERPRETACIÓN
•Eslainterpretacióndeondassonorasreflejadaspara
formarunretrato.
•Lainterpretacióndeloshallazgosessubjetiva.
•Visualizacióndelamorfologíasedebealaspropiedades
ecogénicasdistintasdelostejidos.
Tecmat 2 -CVS 45

46. INTERPRETACIÓN
Depende en gran medida del reconocimiento de patrones:
•Identificación de estructuras normales.
•Establecimiento de diagnósticos específicos a partir de
patrones de la anatomía anormal.
Tecmat 2 -CVS 46

47. IMAGEN ULTRASONICA
Imagen en escala de grises
producida utilizando el sonido
reflejado por la superficie frontal
de la moneda.
Imagen en escala de grises
producida utilizando el sonido
reflejado por la superficie posterior
de la moneda (vista desde el frente)
Imágenesdealtaresoluciónpuedenserproducidasmediante
eldibujodelapotenciadelaseñalodetiempodevuelo
utilizandounsistemadeescaneadocontroladopor
computadora.
Tecmat 2 -CVS 47

48. Esunatécnicamuysensibleyquepuedecubriráreasmuy
grandesenunasolaprueba,encomparaciónconotra
técnicadeensayonodestructivo.
Mayorpoderdepenetraciónqueotrastécnicasdeensayo
nodestructivo.
Fácilaccesoalasuperficiedelosmateriales.
Norepresentaningúnpeligroparaeloperario
Esportátil,porlotantoesdegranayudaparainspecciones
detuberíasalargasdistanciasdelarefineríaodelpozo.
VENTAJAS DEL
ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 48

49. VENTAJAS DEL
ULTRASONIDO
Gran velocidad de prueba; debido a que la operación es
electrónica, proporciona indicaciones prácticamente
instantáneasde la presencia de discontinuidades.
Mayor exactitud: En comparación con los demás métodos
no destructivos, en la determinación de la posición de
discontinuidades internas, estimando sus tamaños,
orientaciones, forma y profundidad.
Alto poder de penetración: Lo que permite localizar
discontinuidades a una gran profundidad (varios metros).
Tecmat 2 -CVS 49

50. Buenaresolución:Siendoestacaracterísticalaque
determinaquepuedandiferenciarselosecosprocedentesde
discontinuidadespróximasenprofundidad.
Permitelainterpretacióninmediata,laautomatizaciónyel
controldelprocesodefabricación.
Noutilizaradiacionesperjudicialesparaelorganismo
humanoynotieneefectossobreelmaterialinspeccionado.
Seguridad:Norequierecondicionesespecialesdeseguridad.
Altasensibilidad:Permiteladeteccióndediscontinuidades
extremadamentepequeñas.
VENTAJAS DEL
ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 50

51. DESVENTAJAS DEL
ULTRASONIDO
•Está limitado por la geometría, estructura interna, espesor y
acabado superficial de los materiales sujetos a inspección.
•Localiza mejor aquellas discontinuidades que son
perpendiculares al haz de sonido.
•Las partes pequeñas o delgadas son difíciles de
inspeccionar por este método.
•El equipo puede tener un costo elevado, que depende del
nivel de sensibilidad y de sofisticación requerido.
Tecmat 2 -CVS 51

52. DESVENTAJAS DEL
ULTRASONIDO
•Elpersonaldebeestarcalificadoygeneralmente
requieredemuchomayorentrenamientoyexperiencia
paraestemétodoqueparacualquierotrodelosmétodos
deinspección.
•Lainterpretacióndelasindicacionesrequieredemucho
entrenamientoyexperienciadepartedeloperador.
Tecmat 2 -CVS 52

53. PROTOCOLO
DE ENSAYO
DE
ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 53

54. PROTOCOLO DE ENSAYO
DE ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 54

55. PROTOCOLO
DE ENSAYO
DE
ULTRASONIDO
Tecmat 2 -CVS 55

57. PRÓXIMA CLASE
CVS 57

58. Resmat -CVS 58
ESTIMADOS
ALUMNOS