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El ultrasonido

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CONSULTA ACERCA DE UN EQUIPO DE ULTRASONIDO

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  • 1. INFORME DE ANÁLISIS POR ULTRASONIDO POR: CRISTIAN STIVEN GALLEGO RIVERA N° DE FICHA: 65545 FECHA: 26/09/2011 INSTRUCTOR: Niltón Cesar Pére SENACENTRO DE LA INNOVACION, LA AGROINDUSTRIA Y EL TURISMO RIONEGRO, ANTIOQUIA 2011 Pag. 1
  • 2. INFORME DE ANÁLISIS POR ULTRASONIDO65545FECHA: 26 sep. 11MAQUINA-EQUIPO: Equipo UltrasónicoPrincipios de Ultrasonido IndustrialEn la Inspección por ultrasonido (UT = Ultrasonic Testing), se utilizan ondasacústicas de idéntica naturaleza que las ondas sónicas. En el sonido perceptible elnúmero de oscilaciones se encuentra en un rango de entre 16 a 20,000ciclos/segundo, mientras que al tratarse de ultrasonido es superior a los 20,000ciclos/segundo. En la inspección de materiales por ultrasonido las frecuencias son,por regla general, notablemente más elevadas y varían entre 0.5 y 25 millones deciclos/segundo.Por principio, las ondas ultrasónicas pueden propagarse a través de todos losmedios donde existe materia, esto es, átomos. Por el contrario, no puedenpropagarse en el vacío, por no existir materia que las sustente.Ya que la inspección ultrasónica se basa en un fenómeno mecánico, se puedeadaptar para que pueda determinarse la integridad estructural de los materiales deingeniería. Sus principales aplicaciones consisten en:1.-Detección y caracterización de discontinuidades.2.-Medición de espesores, extensión y grado de corrosión.3.-Determinación de características físicas, tales como: estructura metalúrgicatamaño de grano y constantes elásticas.4.-Definir características de enlaces (uniones).5.-Evaluación de la influencia de variables de proceso en el material.VentajasLas principales ventajas de la inspección por ultrasonido son:• Un gran poder de penetración, lo que permite la inspección de grandesespesores.• Gran sensibilidad, lo que permite la detección de discontinuidadesextremadamente pequeñas.• Su aplicación no afecta en operaciones posteriores.• Los equipos actuales proporcionan la capacidad de almacenar información enmemoria, la cual puede ser procesada digitalmente por una computadora paracaracterizar la información almacenada. Pag. 2
  • 3. LimitacionesLas limitaciones del método de la inspección por ultrasonido incluyen lassiguientes:• La operación del equipo y la interpretación de los resultados requiere técnicosexperimentados;• Es necesario el uso de un material acoplante.• Son necesarios patrones de referencia, para la calibración del equipo ycaracterización de discontinuidades.Antecedentes HistóricosLa posibilidad de utilizar el ultrasonido para realizar pruebas no destructivas fuereconocida en 1930 en Alemania por Mulhauser, Trost y Pohlman, y en Rusia porSergei Sokoloff, quienes investigaron varias técnicas empleando ondas continuas.Los equipos detectores de fallas fueron originalmente desarrollados, basándoseen el principio de la interceptación de la energía ultrasónica por discontinuidadesgrandes durante el paso del haz ultrasónico.Posteriormente, esta técnica recibió el nombre de inspección a través. Estesistema de inspección presentaba ciertas limitaciones, principalmente, lanecesidad del acceso en ambas superficies de la pieza inspeccionada paracolocar un transductor en cada superficie.No se encontró un método práctico de inspección hasta que el Dr. Floyd Firestone(EUA) inventó un aparato empleando haces de ondas ultrasónicas pulsadas paraobtener reflexiones de defectos pequeños, conocido como "ReflectoscopioSupersónico". En el mismo periodo en Inglaterra, Sproule desarrolló equipos deinspección ultrasónica en forma independiente. Pag. 3
  • 4. Como sucedió en la inspección radiográfica, al principio, los equipos fuerondesarrollados para ser usados como herramientas de laboratorio y no comoequipos de inspección.En la universidad de Michigan, Firestone y su grupo de trabajo investigaron losmecanismos de operación de los transductores, el uso de ondas transversales, laaplicación de las ondas superficiales o de Rayleigh, el dispositivo Raybender parala inspección por haz angular con variación del ángulo, el empleo de la columnade retardo para la inspección en zonas cercanas a la superficie de entrada, unmétodo de resonancia por pulsos para la medición de espesores, y varias técnicasempleando ondas de placa o de Lamb.El desarrollo reciente del método de inspección por ultrasonido esta relacionado,en primera instancia, con lo siguiente:1. Alta velocidad en la aplicación de sistemas automatizados de inspección.2. Instrumentos mejorados para obtener gran resolución en la detección de fallas.3. Una mejor presentación de los datos.4. Interpretación simple de los resultados. Pag. 4
  • 5. 5. Estudio avanzado de los cambios finos de las condiciones metalúrgicas.6. Análisis detallado de los fenómenos acústicos involucrados.El primer instrumento ultrasónico medidor de espesores comercial, que usaba losprincipios derivados del sonar, fue introducido al final de los años 40. En los años70 fueron comunes los instrumentos portátiles pequeños utilizados para unaamplia variedad de aplicaciones. Recientemente, los avances en la tecnología demicroprocesadores ha dejado nuevos niveles de funcionalidad en instrumentosminiatura sofisticados y fáciles de usar.La Física del UltrasonidoOnda UltrasónicaComo sabemos, la propagación del ultrasonido está caracterizada por vibracionesmecánicas periódicas, las cuales son comúnmente representadas por”movimientos ondulatorios” (ondas sinusoidales).Velocidad AcústicaEn ultrasonido se define como: “la distancia total de viaje por unidad de tiempo”.Puede ser identificada con la letra “v” o “C”, y se maneja en unidades del sistemainternacional (metro/segundo, centímetro/segundo, milímetro/segundo) o delsistema ingles (pulgadas/segundo).En la inspección por ultrasonido, la velocidad acústica es de gran importanciapráctica puesto que los instrumentos ultrasónicos deben calibrarse considerandoel valor de la misma para el material que será inspeccionado; esto se debe a quees una constante del material.Relación entre Longitud de Onda, Frecuencia y Velocidad Pag. 5
  • 6. La siguiente expresión matemática representa la relación entre las característicasmencionadas de la onda ultrasónica:Modos de OndaEn la inspección por ultrasonido, los modos de onda más frecuentementeutilizados son: las ondas longitudinales y las ondas de corte o transversales.Ondas LongitudinalesLa característica principal de estas ondas es que provocan que las partículasvibren en dirección paralela con respecto a la dirección de propagación de la ondaultrasónica.Ondas de CorteLas ondas de corte están caracterizadas porque las partículas vibran en direcciónperpendicular con respecto a la dirección de propagación de la onda ultrasónica.Su velocidad es de aproximadamente la mitad de la velocidad de las ondaslongitudinales para un mismo material, además solo se pueden propagar ensólidos.Impedancia acústicaEs la resistencia que oponen los materiales a la propagación del sonido. Laimpedancia acústica ( Z ) está definida como el producto de la densidad delmaterial ( ρ ) y la velocidad de propagación del sonido ( v ), normalmentelongitudinal, está dada por:Z=ρvDonde:Z=Impedancia acústica, gramos/cm2-segundoρ = densidad del material, gramos/cm3v = velocidad de propagación, cm/segundoInterfase acústica - Es el límite entre dos materiales o medios con diferenteimpedancia acústica. Pag. 6
  • 7. ReflexiónUna onda ultrasónica es “reflejada” cuando encuentra un cambio en el material,una interfase acústica.RefracciónEs el cambio de dirección de una onda ultrasónica cuando pasa de un medio aotro medio con diferente velocidad y con un ángulo de incidencia diferente a cerogrados con respecto a la normal de la interface.Conversión de Modo Pag. 7
  • 8. Cuando una onda ultrasónica incide sobre una interface acústica, parte de suenergía puede ser convertida en otros tipos de onda, durante la reflexión o larefracción; este efecto es causado por que la onda tenga un ángulo de incidenciadiferente a cero grados con respecto a la normal a la interface acústica.Generación del UltrasonidoLas vibraciones mecánicas utilizadas para realizar mediciones, análisis oinspecciones son generadas por transductores electromecánicos, que sonaccesorios que transforman energía eléctrica a energía mecánica.Existen 4 tipos básicos de transductores ultrasónicos: Pag. 8
  • 9. Efecto PiezoeléctricoEl efecto piezoeléctrico es la propiedad que tienen algunos materiales paratransformar energía eléctrica en mecánica y viceversa.Características del haz ultrasónicoEl haz ultrasónico se esparce, como resultado de los efectos de difracción, con elincremento de distancia desde la cara del transductor y varia en intensidad.La cara de un transductor no vibra en forma uniforme, lo hace como un mosaicocompuesto por cristales diminutos que vibran, emitiendo un frente de onda Pag. 9
  • 10. esférico. Debido a las variaciones en amplitud inherentes, el campo cercano no esrecomendado para la inspección.Transductores de Haz RectoContienen un solo elemento activo que genera ondas longitudinales. Es eltransductor frecuentemente utilizado por considerarse el más versátil en ladetección de fallas.Transductores de Haz AngularLos transductores angulares consisten, generalmente, de un solo cristal quegenera ondas longitudinales, montado sobre una zapata de plástico, inclinado a unángulo determinado para producir una onda refractada apropiada para diferentesnecesidades. Pag. 10
  • 11. Generalmente este tipo de transductores es utilizado en la inspección desoldaduras.Transductores DualesEstos transductores cuentan con dos elementos activos en una misma carcaza,montados sobre líneas de retardo y ligeramente inclinados y se encuentranseparados por una barrera acústica.Transductores de inmersiónEstán diseñados para situaciones donde la pieza inspeccionada está parcial ototalmente sumergida en acoplante, generalmente agua.Equipo de UltrasonidoUn sistema de inspección ultrasónica esta compuesto por los siguienteselementos: Pag. 11
  • 12. Básicamente todos los instrumentos ultrasónicos realizan las funciones degenerar, recibir, medir la amplitud y determinar el tiempo de viaje de pulsoseléctricos. Pag. 12
  • 13. Pag. 13

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