El documento describe los principios básicos del ensayo ultrasónico no destructivo, incluyendo la propagación de ondas ultrasónicas, los tipos de ondas, la velocidad de propagación, la reflexión y la formación del haz. También explica los componentes clave del equipo ultrasónico como los palpadores, los bloques de referencia y los sistemas de emisión y recepción, así como aplicaciones y ventajas del ensayo ultrasónico.

1. ENSAYOS NO
DESTRUCTIVOS
Ing. Juan Hernando Reyes

2. ENSAYO DE ULTRASONIDO
PCUS 40 Multi-Channel Ultrasonic System

3. ENSAYO ULTRASÓNICO
 Ensayo no destructivo basado en las
propiedades de: propagación, reflexión, y
refracción de vibraciones mecánicas, cuyas
frecuencias varían entre 20 KHz y 25 MHz (para
materiales metálicos 0.2 – 25 MHz).
 Como no son detectadas por el oído se
denominan ultrasónicas.
 Las ondas ultrasónicas son “ondas acústicas”
de idéntica naturaleza que las ondas sónicas
(mecánicas o acústicas).

4. Frecuencia ( f )
100
MHz
1 10 100 1
KHz
10
KHz
100
KHz
1
MHz
10
MHz
102
103
10
1
10-2
10-1
10-3
10-4
104
Area
normal de
audición
Infra-
sónica
Sónica Ultrasónica
Presión
(dinas/cm2)
Espectro Acústico
FUNDAMENTOS DE LA TECNICA NO
DESTRUCTIVA DE ULTRASONIDO

5. Espectro Acústico (Cont.)
INFRASONIDO:
Pertenece a las Vibraciones y ondas del SONIDO cuya
FRECUENCIA es demasiado baja para ser oída por el
ser humano, por debajo de aproximadamente 20 Hz. El
término también se usa para describir cualquier sonido
de frecuencia baja.
ULTRASONIDO:
Pertenece a los sonidos cuyas frecuencias están por
encima del rango audible del ser humano, es decir
sobre 20 kHz.
AUDIO FRECUENCIA (zona audible):
Pertenece a cualquier FRECUENCIA del RANGO
audible, normalmente entre 20 y 20,000 Hz.

6. Tipos de Ondas Ultrasónicas
 Ondas Longitudinales: Cuando la dirección de
oscilación de las partículas es paralela a la
dirección de propagación de la onda; este tipo
de onda se propaga en los sólidos, líquidos y
gases.
Palpador
DIRECCION DE
VIBRACIÓN 
DIRECCION DE
PROPAGACIÓN

7. Tipos de Ondas Ultrasónicas (Cont.)
 Ondas Transversales: Cuando la dirección de
oscilación de las partículas es perpendicular a la
dirección de propagación de la onda ultrasónica;
éstas se propagan en los sólidos.
DIRECCION DE
PROPAGACIÓN
DIRECCION DE VIBRACIÓN

Palpador

8. Tipos de Ondas Ultrasónicas (Cont.)
 Ondas Superficiales (o de Rayleigh): Cuando el
haz de ondas ultrasónicas se propaga
exclusivamente en la superficie del material
siguiendo el perfil del cuerpo. La dirección de
propagación es normal a la oscilación de las
partículas; éstas se propagan en los sólidos.
DIRECCION DE PROPAGACIÓN
DIRECCION DE VIBRACIÓN
Palpador

9. Velocidad de propagación de las
ondas:
Cada onda ultrasónica tiene diferente
velocidad de propagación que depende en
cada caso de las características elásticas
del medio y es independiente de la
frecuencia.
La velocidad de propagación de las ondas
es proporcional al módulo de elasticidad
del material.

10. VELOCIDAD DE PROPAGACION DE LAS ONDAS.
Velocidad de las Ondas Longitudinales,
Transversales y Superficiales. Velocidad de ondas
de lamb
  



 2
1
1
1




E
cl
  


G
E
ct 


1
2
1
 





1
2
2
1
l
t c
c
 









1
2
1
12
1
87
0 E
.
.
cs





1
12
1
87
0 .
.
c
c t
s

11. Reflexión del haz ultrasónico
Cuando un haz ultrasónico que se propaga en
un medio alcanza una superficie límite
(interfase), se produce su reflexión con un
comportamiento análogo al del haz luminoso
que se refleja en un espacio.
La cantidad de energía reflejada depende de la
impedancia acústica (Z) de los materiales, la
cual caracteriza la resistencia del medio al paso
del ultrasonido.

12. COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS
ULTRASÓNICAS EN SUPERFICIES LÍMITES .
Incidencia Perpendicular o Normal.
Superficie Límite Única o Normal.
Material 1 Material 2
Z1 = 1·c1
Onda incidente
Z2 = 2·c2
Onda transmitida
Onda reflejada
Interfase
Ii
Ir
It

13. COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS
ULTRASÓNICAS EN SUPERFICIES LÍMITES .
Incidencia Angular.
1
2
t
i r i = ángulo de incidencia
r = ángulo de
reflexión
t = ángulo de transmisión o
refracción

14. Formación del haz ultrasónico
La producción de energía ultrasónica se
basa generalmente en el efecto
piezoeléctrico. Esta propiedad la tienen
algunos materiales para la fabricación de
palpadores como son:
Titanato de bario – Cuarzo – Sulfato de Litio

15. Medio de Acople:
Constituido generalmente por un medio
fluido como es el caso de los aceites
minerales y las grasas de adecuada
viscosidad para permitir el acoplamiento
ultrasónico entre el material y el palpador,
ya que el aire y en general los gases
atenúan fuertemente la energía
ultrasónica.

16. Sistema de emisión y recepción
de los U.T.
 Método de resonancia: Operan por reflexión.
 Método de transparencia o de sombra:
Operan por transmisión, reflexión, conducción o
proyección de imagen.
 Método de impulso eco: Operan por reflexión.
Estos métodos se caracterizan a su vez por la
magnitud medida: Frecuencia de resonancia
(R); Intensidad acústica (I); Tiempo de recorrido
de los U.T. (T); Intensidad acústica y tiempo de
recorrido (IT).

17. Palpadores
Constituyen una de las unidades básicas del
equipo de ultrasonido y se deben
considerar como parte integrante del
mismo, ya que de éstos dependen las
características y cualidades del haz
ultrasónico que se propaga en el material.

18. Palpadores (Cont.)

19. Palpadores de contacto:
Palpadores de Incidencia Normal:
PALPADOR DE CRISTAL ÚNICO EMISOR,
RECEPTOR TIPO E+R

20. Palpadores de contacto (Cont.):
Palpadores de Incidencia Normal:
PALPADOR DE DOBLE CRISTAL UNO EMISOR Y
OTRO RECEPTOR TIPO E-R

21. Palpadores de contacto (Cont.):
Palpadores Angulares:

22. Designación de Palpadores
M: Miniatura M B 4 – N
B: Titanato de bario B 2 – N
S: Suela intercambiable M ω B 80 S –
4
N: Normal M ω B 70 S – 4
4: Frecuencia en MHz
ω: Angular
80 – 70 : Ángulo de incidencia

23. BLOQUES PATRONES O DE
REFERENCIA

24. Bloque Patrón V1

25. Calibración de la escala de distancia con empleo de
Palpador Normal

26. Calibración de la escala horizontal para rangos
de aprox. 500 mm con palpador normal

27. Determinación de punto de salida del haz
con palpador angular
 El punto de salida del rayo central generalmente esta
indicado sobre el cuerpo del palpador. Para su control se
coloca sobre la ranura fresada de 30 x 0.5 x 4 mm.
 En la calibración debe tenerse especial cuidado de no
producir movimientos giratorios del palpador para no
disminuir la altura de los ecos.

28. Calibración del ángulo de la onda
transversal transmitida

29. Calibración de la distancia con
palpador angular
• Con palpador angular, la linealidad
horizontal y el cero de la escala de distancia
se realiza una vez se verifique el punto y el
ángulo de salida del haz.
• Se recomienda manejar un rango no menor
de 200 a 250 mm, para obtener por lo menos
dos ecos de fondo-
• La velocidad de la onda transmitida en el
acero es de 3255 + 15 m/s

30. Ajuste de la escala de distancia en
función de la proyección
• Con palpador angular puede obtenerse la
distancia S que recorre el haz, desde el
punto de salida en el palpador hasta un
reflector o falla, por lectura directa o bien en
registro digital.
d = S . Sen OtT d = distancia de proyección
OtT = Onda trans. Transmit. S = distancia recorrida por el haz
Primer eco: d1 = 100 sen OtT
Segundo eco: d2 = 200 sen OtT

31. Control de sensibilidad con palpadores
normales

32. Control de sensibilidad con
palpador angular

33. Bloque Patrón V2

34. Figura A y B: Determinación del punto de salida del haz.
Figura C y D: Oscilogramas para las Figuras A y B

35. Ejemplos de ensayos por impulso -
eco

36. Ejemplos de ensayos por impulso –
eco (Cont.)

37. ULTRASONIDO

38. Evaluación
 Toda indicación que supere el 50% de la curva
DAC debe ser rechazada.
 Cualquier indicación entre 50% y 20% se debe
evaluar.
 Cualquier indicación por debajo del 20% es
aceptada.

39. Aplicaciones Ultrasonido
 Biología
 Medicina
 Fotografía
 Navegación
 Metrología
 Química
 Comunicaciones
 Pesca
 Industria química
 Ensayos de laboratorio
 Industria de soldadura

40. Ventajas
 Elevada sensibilidad de detección (función de la
frecuencia)
 Inspección de grandes espesores de material hasta del
orden de 1 m.
 Rapidez del examen y resultado inmediato
 Utilización de aparatos manuales y con poco peso
 Muy poco gasto de materiales de consumo (acoples) y
energía eléctrica.
 Posibilidad de usar el mismo equipo básico en distintos
tipos de examen
 Ausencia de riesgos para operador y personal
circundante.

41. Desventajas
Se requiere un mayor conocimiento por
parte del operador, entrenamiento y
experiencia con respecto a otros ensayos.
Las superficies a inspeccionar requieren
preparación, además de la dependencia
de la geometría de la pieza.
Es difícil de medir chapas de espesores
muy finos, costos de accesorios.

42. EQUIPOS ULTRASONICOS
StressTel Manufactures a complete range of ultrasonic based
thickness
gauges and bolt stress measurement instruments.
StressTell thickness gauges allow one-sided measurement of metal
and plastic components. Corrosion gauges with dual element
transducers measure remaining wall thickness of pipelines, tanks
and other industrial structures exposed to corrosive and erosive
conditions. Precision gauges with single element transducers
measure thickness of finished-machines and formed parts.
Both types of gauges are available in several versions letting you choose
the right tool for your job without paying for features you do not need.
StressTel bolt stress measurement instruments
ultrasonically measure the elongation of installed bolts
and fasteners. Ultrasonic measurement of bolt
elongation determines the true bolt stress and is often
used when traditional methods are limited by
unpredictable operational variables such as friction and
lubricant.
So, whether you are measuring pipelines in Alaska,
engine blocks in Detroit, airplane wings in Seattle or
storage tanks in Saudi Arabia, look to StressTel-the
industry leader-for all your ultrasonic measurement
needs.

43. MEASUREMENT GAUGE
INSTRUMENTS
BoltMike SMII
Ultrasonic Flaw Detector