Gribbin, John. - Historia de la ciencia, 1543-2001 [EPL-FS] [2019].pdf
14.- Ultrasonido (1).pdf
1. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Ultrasonido
Energía sónica. – Es la energía transmitida por ondas que tienen la misma forma
de ondas acústicas, no necesariamente dicha energía crea sonidos audibles. Las
frecuencias audibles normales varían de 50 a 15,000 ciclos por segundo (c.p.s.).
Algunos individuos captan desde 20 a 20,000 c.p.s. y las frecuencias desde 20 a
20,000 c.p.s. son generalmente conocidas como rango audible.
Energía ultrasónica. - Es la energía sónica que se transmite a frecuencias
superiores a la audible y hasta 50 millones de c.p.s.
Energía infra sónica. - Es la energía sónica que tiene frecuencias inferiores a
los 20 c.p.s. (inferiores al rango audible).
Supersónico. - Se refiere a velocidades de movimiento superiores a la velocidad
de propagación del sonido (1238.4 Km/Hr ).
Transductor. - Es cualquier dispositivo físico que convierte una forma de energía
en otra. Tratándose de energía sónica el transductor convierte energía eléctrica o
mecánica en energía sónica y algunas veces lo contrario.
Medio elástico. - Es cualquier material que después de ser comprimido por
impacto físico, tiende a recobrar su estado original y también a “estirarse”.
Virtualmente todos los materiales son elásticos hasta cierto grado. El aire es muy
elástico. El plomo casi es inelástico. Los metales como acero, cobre y aluminio
tienen excelentes propiedades desde el punto de vista de la energía sónica y
también el agua y el aceite. Los plásticos, el hule, jarabes o almibares, son pobres
conductores del sonido.
2. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Medio acoplador o acoplante. - Es cualquier material que
transporta energía sónica desde la fuente
(transductor) hasta el punto en el cual se realiza el
trabajo útil. El aire es un acoplador pobre porque
es demasiado compresible para trasferir la energía
sónica que está transmitiendo al acero. El agua y el
aceite son buenos acopladores.
Principio. - La inspección ultrasónica es echa posible por las características de la
mayoría de los materiales solidos que soportan la transmisión de ondas de sonido
de alta frecuencia. Esta habilidad para soportar estas vibraciones mecánicas, varían
en extensión para diferentes materiales y depende de las propiedades físicas de
cada material.
Todos los ensayos ultrasónicos envuelven la introducción de energía ultrasónica
hacia el objeto bajo ensayo, y puede observarse algún defecto a través del pasaje
de la energía. Cualquier discontinuidad desigual en el material puede reflejarse,
dispersarse o atenuarse en la energía. De hecho, las ondas iniciadas en una cara
de los objetos solidos regresan por reflexión al llegar a cualquier bolsa de aire del
material o la cara opuesta del mismo. (ver figura siguiente)
3. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Ultrasonido
Definición
Es un ensayo no destructivo que se realiza a materiales de cualquier índole y que
detecta fallas externas, internas tanto longitudinales y transversales, así como otras
aplicaciones.
Aplicaciones
Defecto
Cable coaxial al instrumento
Cristal de cuarzo que envia y
recibe ondas
Material bajo ensayo
Ondas reflejadas desde el
defecto
Ondas reflejadas desde el otro
lado del material
4. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Se utiliza para detectar fallas o discontinuidades en los materiales, los defectos que
se pueden detectar por medio de la técnica de ultrasonido son:
Poros
Rechupes
Grietas
Laminaciones
Falta de fusión
Defectos de soldadura
Inclusiones
Otras aplicaciones:
Inspección de flechas para turbina, cigüeñales, ejes, etc.
Inspección de tuberías, soldaduras, llantas, etc.
Variación de espesores.
Espesor de materiales.
Mediciones de espesores de pared de tanques.
Medición de longitud de viguetas recubiertas de concreto.
Comprobar la longitud de barras almacenadas sin moverlas de su
lugar.
Comprobar la altura de líquidos contenidos en recipientes cerrados.
Determinar la uniformidad de la longitud o del espesor.
Materiales
Los materiales donde son aplicables el o los ultrasonidos son; metálicos y no
metálicos.
5. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Metalicos
Ferrosos.- Aceros y sus
aleaciones, fundiciones de hierro
No ferrosos.- Plomo, uranio,zinc,
niquel, oro, platino, aluminio,
cobre, yaleacciones, etc.
No metalicos
Porcelana, vidrio, plasticos,
hules, carbon, concreto,
madera, etc
6. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Ventajas
Es una prueba no
destructiva
Alta velocidad de
prueba
Determinaciones de fallas
profundas
Localizacion y cuantificacion
exacta de los defectos
Desventajas
Alto costo del equipo
Personal altamente capacitado
Se requiere de una fuente de poder
Se requiere un material acoplante
No se pueden verificar piezas demasiado
porosos o de formas complejas
7. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Teoría
El ultrasonido no es, en cuanto a sus características fundamentales otra cosa que
es el sonido. Dicho en otra forma; comparándolo con el movimiento de la materia,
supongamos que esta materia (sonido) se componga de pequeñas partículas
unidas entre sí por medio de una fuerza elástica (partículas atómicas). Siendo así
es factible un movimiento de dichas partículas a partir de su posición fija, si se
empuja una partícula, esta empieza a oscilar y comunica su energía a las partículas
contiguas. La energía se propaga, por tanto, a través, de las partículas individuales
de la materia. Por lo cual los ultrasonidos son ondas sonoras de mayores
frecuencias que las perceptibles por el oído humano (1,600-20,000 ciclos/seg).
Las frecuencias usadas están muy arriba del rango audible y generalmente entre
100,000 y 25,000,000 c.p.s. puesto que el aire no soporta estas señales
ultrasónicas, un líquido tal como el agua o el aceite son usadas para acoplar la
energía o el transductor al material bajo ensayo
Distancia desde la
superficie de ensayo hasta
el defecto
Ondas reflejadas
desde el defecto
Escala de tiempo y
distancia
Pulso orginal en la
superficie del
ensayo
Distancia desde la superficie de ensayo hasta
la superficie opuesta
Ondas reflejadas desde la
sur opuesta
a) No aparece ningun defecto
b) Defecto indicado a la distancia mostrada
0
1
2
3
4
5
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0 0 1 2 4 5
3
0
1
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9
0 0 1 2 4 5
3
8. Ciencias de materiales II
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ESQUEMA GENERAL DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO
Para la generación de ondas ultrasónicas en primer lugar se debe contar con un
emisor que transmite las ondas ultrasónicas de alta frecuencia, necesarias para la
comprobación de materiales, luego hay que procurar que estas ondas ultrasónicas
penetren realmente en el objeto a ensayar o verificar
Como emisores para el control ultrasónico se utilizan materiales piezoeléctricos,
como estos materiales se consideran todos aquellos que cambien su forma en el
momento de surgir potenciales eléctricos, en sus superficies límites.
De los materiales con propiedades piezoeléctricas, solo algunos son empleados
para la generación de ondas ultrasónicas siendo los más comunes; el cuarzo,
titanato de bario, sulfato de litio y metanovato de plomo. Otros materiales con estas
propiedades son utilizados solo en casos especiales.
La transmisión de las oscilaciones al objeto a verificar, es decir, el acoplamiento
correcto de la placa de cuarzo solo es posible si no existe aire entre la placa y la
superficie del objeto a verificar. Este aire se elimina interponiendo entre estas 2
superficies un líquido que en la mayoría de los casos es aceite o agua.
La pieza piezoeléctrica va alojada junto con el material amortiguante y las
conexiones necesarias en una carcasa metálica, esto es que constituye al emisor
ultrasónico y se le denomina comúnmente palpador.
Generador de
impulsos Emisor Cabezal de
exploracion
Amplificador
Pieza a ensayar
defecto
Tubos de rayos
catodicos
Generador de
relajacion
Red
9. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Elección del palpador
Al elegir un palpador se toman en cuenta 3 magnitudes:
1. Clase de cristal
2. Diámetro del cristal
3. Frecuencia
a) al elegir una mayor frecuencia del palpador, se obtiene:
1) Mayor posibilidad de identificación de los defectos de tamaño pequeño.
2) Menor profundidad de penetración (sensibilidad).
3) Mayor poder resolutivo.
4) Mayor longitud en un campo cercano.
b) Al elegir un palpador con un diámetro mayor, se obtiene:
1) Mayor profundidad de penetración.
2) Mayor longitud de campo.
3) Menor divergencia.
Abreviaturas de palpadores normales
Para una identificación de los palpadores se ha creado un sistema de abreviaturas,
en dicho sistema, la clase de cristal se clasifica como sigue:
Q = cristal de cuarzo.
B = cristal de titanato de bario.
K = cristal especial que puede ser cristal de sulfato de litio o de metanovato de
plomo.
Enseguida de estas letras se localiza un número que indica la frecuencia que va
desde 20,000 hasta 25 millones de Hz. Las dimensiones de los palpadores van
desde 5 mm hasta 34 cm. Los palpadores mayores a 1 cm se conocen como
palpadores normales y los menores de 1 cm como palpadores miniatura y se les
distingue por una letra “M” colocada antes de la letra que indica la clase de cristal.
Y los palpadores con un cristal de 5 mm de diámetro se denominan palpadores
subminiaturas y antes de la letra “M” se coloca una “S”.
Los limites que se presentan con los palpadores normales, se eliminan con los
palpadores angulares, los cuales se construyen para ángulos de refracción entre
35° y 80°.
10. Ciencias de materiales II
Ultrasonido
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Estos palpadores angulares utilizan principalmente un cristal de titanio de bario y
para su denominación se emplea una letra “W” y a continuación una letra “B”, que
indica el material del cristal y enseguida un número que representa el ángulo de
entrada de los impulsos.
Los palpadores angulares más comúnmente empleados son:
Normales: WB35, WB45, WB60, WB70, WB80.
Miniatura: MWB35, MWB45, MWB60, MWB70, MWB80.
Características del equipo empleado
a) Aparato de ultrasonido Kraut Kramer, modelo USIP
b) Capacidad de frecuencia 25,000 Hz; 25MHz
c) Capacidad en campo de control de 5 a 15,000 mm
d) Capacidad en sensibilidad de 0 a 88 decibeles
Reflexion normal Reflexion angular
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Ultrasonido
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1) Botón de encendido
2) Amplificador horizontal donde el alcance es hasta 250 veces
3) Fijador horizontal (calibrador de ajuste a 0)
4) Amplificador vertical (aumento de decibeles)
5) Amplifica o suprime el pasto
6) Y 8) conexión de transductores
7) Checa la vida de la batería
BATERIA
1
2
3
4
7
6
8
5
