Curso Medición de Espesores
Curso Medición de Espesores
Curso Medición de Espesores
Claudio Carballal
ASNT Nivel 3
UT-PT-MT-ET-VT-MFL
IRAM-NM-ISO9712 Nivel 3
NAS 410 Nivel 3 UT- ET
Ing. Claudio A Carballal 2
Nivel 3 ASNT- IRAM-NM-ISO9712
Onda reflejada
proveniente de la
discontinuidad
interactúa con el
ttransductor
a sducto
Limitaciones y ventajas
j en comparación
p con otros END
Ventajas
El método ultrasónico tiene una alta sensibilidad al detectar pequeñas discontinuidades internas, por
ejemplo: Fisuras debido al tratamiento térmico.
En el caso de la radiografía o gamma rafia, en el proceso hay que revelar la película, que según lo
acostumbrado demanda un tiempo para informar los resultados.
Al contrario de lo que ocurre con las radiografía o gammagrafía, el ensayo ultrasónico no requiere
planes especiales de seguridad o de algún accesorio para su aplicación.
Limitaciones
Requiere un gran conocimiento teórico y experiencia por parte del inspector.
Las bandas con poco espesor constituyen una dificultad para aplicar el método.
Requiere
Req iere la preparación de la superficie
s perficie para su
s aplicación.
aplicación En algunos
alg nos casos de inspección de soldadura,
soldad ra es
necesario remover totalmente el refuerzo de la soldadura, lo que demanda un tiempo de fábrica.
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Onda longitudinal
VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN :
Es constante para cada material por tanto la velocidad es una característica del mismo
para cualquier frecuencia y longitud de onda.
Se puede calcular las velocidades de los diversos tipos de onda a partir de las constantes
elásticas
lá ti del
d l material
t i l que es Módulo
Mód l de d Elasticidad
El ti id d E [N/m²]
[N/ ²] la
l relación
l ió de d Poisson
P i
(adimensional) y de la densidad [kg/m3] .
Material Densidad Velocidad Acústica [m/s] Impedancia Acústica
103 Kg/M3 106 .Kg/m2.s
Z
Longitudinal Transversal
o Definiremos λ ((longitud
g de onda)) como la mínima distancia entre dos
partículas que tienen el mismo estado energético
o La velocidad acústica se relaciona con la longitud de onda y la frecuencia
mediante la expresión que tenemos a continuación
C
λ= = [mm]
f
Observamos que:
Con ell aumento
C t de
d la
l frecuencia
f i (f) disminuye
di i la
l longitud
l it d de
d onda
d (λ).
(λ)
Disminuyendo la frecuencia (f) aumenta la longitud de onda (λ).
IMPEDANCIA ACÚSTICA:
Indica cuanto se opone a la vibración los elementos de masa, pero no a la
propagación de la onda.
La forma más simplificada
p es: Z = δ. C [[Kg/m²seg]
g g]
(Z − Z ) 2
4Z Z
R= 2
, y el coefiente de T =
1 1 2
(Z + Z )
2 1
2
(Z + Z ) 2 1
2
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10
D2 D2. f
N= =
4.λ 4.c
l energía
la í cedida
did por la
l onda
d para que cada
d partícula
tí l del
d l medio
di ejecute
j t un movimiento
i i t ded
oscilación, transmitiendo la vibración a las otras partículas del propio medio. La absorción es
una
na conversión
con ersión directa de la energía ultrasónica
ltrasónica en calor,
calor La absorción aumenta
a menta
generalmente con la frecuencia.
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A partir del final del campo cercano, el haz adquiere un forma de tronco de
cono divergente con disminución de la presión gradualmente con la
distancia, fenómeno físico que es responsable por la pérdida de parte de
la intensidad o energía de la onda sónica
λ λ
sen (φ / 2) = 0.514
sen (φ / 2) = 1.22 D
D
Di
Divergencia
i – 6dB
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Cristal
Zona
muerta
N/2 N 3N
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La zona muerta
nos limita la
medición de
espesores
p y la
resolución
cercana
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vibraciones
mecánicas
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El cuarzo es un material
t i l piezoeléctrico
i lé t i muy antiguo,
ti t
translúcido
lú id y duro
d como ell
vidrio. El sulfato de litio es un cristal sensible a la temperatura y poco resistente a
la humedad.
Los cristales antes mencionados se montan sobre una base soporte (bloque
amortiguador) y junto con los electrodos y la carcaza externa constituyen el
transductor o cabezal propiamente dicho. Existen tres tipos usuales de
transductores: Recto o Normal, o angular y el de doble cristal.
Capa
Cristal protectora
Amortiguador
(Backing)
Recto o Normal
Doble cristal
A
Angular
l
NORMAL DOBLE CRISTAL ANGULAR
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Bloques espesores
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Ejemplo de aplicación:
¿Cuáles son las ganancias correspondientes a una caída de 50% y de 20% en las
amplitudes de las dos señales en la pantalla del equipo de ultrasonido, según lo
mostrado abajo?
- 6dB
- 8dB
En estas figuras se muestran las posibles posiciones a usar con los bloques V1 y V2,
según
ú que blbloque se di
disponda,
d y cuall sea ell rango a trabajar.
t b j
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En estas figuras se muestran las posibles posiciones a usar con los bloques V1 y V2,
según que bloque se disponda, y cual sea el rango a trabajar.
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Discontinuidad cerca de
la superficie
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Existen equipos portátiles pequeños sin pantalla A-SCAN que solo tienen un
indicador digital, los cuales solo sirven para medir espesores. Estos equipos son
muy útiles
útil en lal mayoríaí de
d los
l casos, y de
d menor costot que un equipo
i A-SCAN.
A SCAN
Un equipo de medición de espesores no puede ser usado para detectar
discontinuidades.
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.
Para obtener una buena resolución cerca de la superficie con
transductores normales, se debe realizar el ensayo con transductores
Emisor-Receptor, Esta técnica usa dos cristales, que son acústicamente y
eléctricamente separados en la misma carcasa. Además de esto, estos
cristales se pegan a un camino de retraso relativamente largo (hecho de
perspex) y son ligeramente inclinados uno hacia el otro. La conexión del
E-R
E R en el equipo se hace en modo dual (doble),
(doble) es decir,
decir un elemento se
conecta al transmisor y el otro con la entrada del amplificador del
receptor. El pulso inicial se posiciona lejos de la izquierda de la pantalla,
d bid all largo
debido l camino
i ded retraso.
t
Transductor EE-R
R en la pieza: Eco de Transductor E-R en la ppieza: Eco de una
fondo en el TRC discontinuidad en el camino sónico.
Para tal fin se creo la técnica de ensayo con palpadores del tipo E-R, que
constan de dos osciladores separados eléctrica y acústicamente, esto se
logra con una planchuela de corcho o de policloruro de vinilo, donde un
oscilador cumple la función de emisor y el otro de receptor.
Ambos van montados sobre una columna o trayecto previo de acrílico
(generalmente Perpex), con una ligera inclinación (entre 4 y 12º) sobre las
bases de plástico para producir un trayecto previo “línea de retardo” del haz
ultrasónico pasado el cual incidirá sobre el material obteniéndose en el
ultrasónico,
interior de este, por focalización o convergencia, su concentración en una
zona de “máxima sensibilidad”; específicamente para puntos situados a una
d t
determinada
i d distancia
di t i de
d la
l superficie,
fi i zona que puede d hacerse
h coincidir
i idi con
fallas poco profundas, eliminándose así el efecto pernicioso de la
interferencia del impulso de emisión (zona muerta) en el comienzo de la
escala del TRC.
La inclinación de los cristales caracteriza por lo tanto al rango de la medición.
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Para obtener mayor cantidad de ecos de fondo se deben utilizar palpadores con cristales que
presenten los menores ángulos de inclinación, en cuyo caso se aleja de la superficie la zona
de máxima sensibilidad.
sensibilidad
Los transductores doble cristal son especialmente utilizados para detectar fallas en superficies
curvas y en tubos erosionados o corroídos o para la detección y evaluación de los defectos
lindantes con superficies planas o sea en todos los casos que resulte necesario una buena
resolución.
Estos palpadores E-R son los de mas alta definición en el campo cercano, pudiendo
detectarse defectos de hasta 1mm1mm² a profundidades no mayores a los 0,3 0 3 mm o a una
distancia del valor de la longitud de onda; su optimo alcance puede llegar a los 300mm
empleando frecuencias de 1 MHz a 10 MHz.
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Las
as dete
determinaciones
ac o es puede
pueden e efectuarse
ectua se a tetemperaturas
pe atu as máximas
á as ap
aproximadas
o adas a los
os
550ºC según que resulten consecutivas o espaciadas.
El disponer de los cristales montados independientemente uno del otro presenta la ventaja
de ppermitir seleccionar los materiales p
piezoeléctricos de acuerdo a su capacidad
p de emitir
o recepcionar al haz ultrasónico.
Debe tenerse presente, además, que a la capacidad del oscilador de ser buen emisor o
receptor debe sumársele una elevada sensibilidad teniendo en cuenta la atenuación del
haz en el trayecto previo, aun considerando que los plásticos utilizados (plexiglás, perpex
o lucite) presentan un bajo coeficiente de atenuación.
Además de los apoyos de plástico deben tener una buena impedancia acústica,
compatible con la del material a examinar considerando que si difieren en mucho
(coeficiente de reflexión acústica R próximo a uno) se producirá una fuerte reflexión del
haz en la superficie con la consiguiente perdida de energía.
Entre los efectos debido a la condición de la superficie de la exploración hay que distinguir en
primer lugar las ocasionadas por la cascarilla de óxido o por los recubrimientos cuya falta de
adherencia puede dar lugar a una merma sensible de la transmisión de la presión acústica
incidente debido al efecto de la película de aire interpuesta entre la cascarilla o el
recubrimiento y el metal base, por lo que es conveniente preparar la superficie de
exploración mediante amolado
amolado, cepillado
cepillado, arenado o algún otro medio adecuado a la
necesidad.
En cuanto a los efectos propios de la rugosidad de la superficie se pueden agrupar de la
ssiguiente
gu e te manera:
a ea
Disminución de la transmisión de la presión acústica.
Aumento del ancho de la zona muerta.
Cambio en la dirección del haz y g generación de ondas p parásitas de superficie.
p
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El Scan
Scan-B B es una representación
especial, en función del recorrido,
del espesor de pared del objeto a
ensayar Esta representación es
ensayar.
ideal para reproducir secciones
corroídas. Para esta
representación,
ió ell palpador
l d se
guía sobre la sección a
comprobar de la pieza. La
sección transversal del objeto a
comprobar mostrada en la
pantalla proporciona al inspector
una visión general rápida de la
distribución del espesor en la
pieza De este modo,
pieza. modo pueden
verse claramente de forma
especial los espesores de pared
mínimos.
í i
La velocidad del sonido en el objeto medido cambia también con la temperatura del material.
Por ello, circunstancialmente pueden producirse errores de medición mayores si la calibración
del instrumento se realiza en el bloque de calibración frío (temperatura ambiente) y la
medición del espesor de pared, por el contrario, en el objeto medido, caliente.
Estos errores de medición pueden evitarse si la calibración se realiza con la ayuda de un
patrón
t ó atemperado
t d o en base
b a una tabla
t bl de
d corrección,
ió se tiene
ti en cuenta
t la
l influencia
i fl i de
d la
l
temperatura en la velocidad del sonido. – Velocidad del sonido disminuirá aproximadamente
6% a 500 grados respecto a la velocidad a temperatura de 25 grados.
Ing. Claudio A Carballal 48
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El palpador utilizado para la medición debe estar en buen estado, por lo que no
debe mostrar ningún desgaste destacable de la superficie de acoplamiento o del
tramo de avance. El rango de medición (campo de aplicación) indicado en las hojas
de da
datos
os de
del pa
palpador
pado respectivo
espec o debe cocomprender
p e de eel rango
a go de espeso
espesor de pa
pared
ed a
comprobar. La temperatura del objeto medido debe encontrarse dentro de la gama
de temperatura permitida para el palpador seleccionado.
El barrido sobre una superficie irregular con un palpador de contacto hace necesario la utilización
de una capa gruesa de acoplante. Esto puede producir distorsión del haz.
Cuando se utilizan los modos 1,1 2 o 4,4 se puede incluir en la lectura el tiempo de recorrido en la
capa de acoplante, que resultara en un error aditivo. Para una relación de velocidades del
acoplante-material de 1 a 4, este error puede ser igual a cuatro veces el espesor real del
acoplante.
El medio de acoplamiento debe ser seleccionado para adaptarse a las condiciones superficiales y
las irregularidades de la superficie y asi asegurar un acoplamiento adecuado.
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5,00 mm
5,00 mm 4,95 mm
4,88 mm
4,90 mm
4,81 mm
4,80 mm
4,75 mm
4,68 mm
4,70 mm
4,60 mm
4,50 mm
25,0 º 100,0 º 200,0 º 300,0 º 400,0 º 500,0 º
53
•
55
Cuando
C d se mide
id a ttravés
é dde revestimientos,
ti i t se
producirán errores debido a las diferentes
velocidades del sonido del revestimiento y del
objeto de ensayo.
57
El material
t i lddell objeto
bj t a ser medido
did puede
d iinfluenciar
fl i en lla selección
l ió dde lla té
técnica
i
aplicada para la medición ultrasónica del espesor.
Metales forjados o rolados normalmente tienen una atenuación menor y una
velocidad del sonido constante y bien definida. Estos materiales son fácilmente
medibles.