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Instituto Mexicano de Ensayos No Destructivos, A.C. IMENDE A.C.

ULTRASONIDO INDUSTRIAL

DEFINICIÓN Y PROPÓSITO DE LA INSPECCIÓN ULTRASÓNICA  Es

un ensayo no destructivo de tipo mecánico y volumétrico, diseñado para detectar variaciones en la constitución o la estructura interna de un material.

IMENDE A.C.

PRINCIPIOS DEL ULTRASONIDO INDUSTRIAL 

Se basa en la capacidad del material para trasmitir el sonido y la interacción del sonido con el material que esta siendo inspeccionado.

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 La

interpretación de las interacciones entre el material y las ondas ultrasónicas nos permite determinar: – La sanidad del material – El espesor del material. – Las variaciones de la estructura interna del material.

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ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL ULTRASONIDO  Percusión

de ruedas del ferrocarril con un martillo. – Es un método acústico, en el cual el

tono del sonido obtenido indicaba la sanidad del metal, era únicamente cualitativo.

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 En

la década de los ’20s, científicos de Rusia y de Alemania se dedicaron al estudio y desarrollo de técnicas de inspección no destructiva empleando ondas ultrasónicas.

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 El

Dr. F.A. Firestone desarrolló el primer

detector de defectos del tipo pulso–eco

que requería acceso por un solo lado de la muestra.

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 W.

C. Hitt Desarrolla el primer sistema de inspección por medio de ultrasonido empleando la técnica de inmersión

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 Los

doctores Krautkramer producen comercialmente el primer instrumento de inspección ultrasónica para la detección de defectos en vías ferreas

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 Los

avances en instrumentación y tecnología electrónica han permitido la creación de equipos de inspección ultrasónica rápidos confiable y ligeros.

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EQUIPOS DE ULTRASONIDO

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DEFINICIÓN DE ULTRASÓNIDO  Son

vibraciones mecánicas producidas por un oscilador que se transmiten en un medio elástico (sólido, líquido o gas), a una frecuencia mayor a 20,000 c/s ó Hertz; que es superior al rango audible humano.

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ESPECTRO ACÚSTICO. – Se puede dividir en tres zonas

claramente definidas por la frecuencia:

– Zona infrasónica: 1 a 16 hz. – Zona audible: 16 hz. a 20 Khz. – Zona ultrasónica: mayor a 20 Khz. IMENDE A.C.

GENERACIÓN DE UNA ONDA ULTRASÓNICA.  Existen

varias formas de generar una onda ultrasónica;



- Una de ellas es por medio de un oscilador mecánico (cristal piezoeléctrico), que trasmite la vibración al objeto que inspeccionamos

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ELEMENTOS ESENCIALES DE UN SISTEMA DE INSPECCIÓN POR ULTRASONIDO  Equipo

electrónico de ultrasonido.  Cable coaxial.  Palpador.  Material a inspeccionar.

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SISTEMA DE ULTRASONIDO Equipo de ultrasonido

Cable coaxial

Palpador

Material a inspeccionar

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APLICACIONES INDUSTRIALES DEL ULTRASONIDO 

En la mayoría de las aplicaciones industriales del ultrasonido; se mide el tiempo de recorrido de la onda ultrasónica en un medio y la atenuación en la intensidad de la energía sónica.

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– Detección, caracterización y

evaluación de discontinuidades internas como pueden ser: - Laminaciones - Inclusiones - Fracturas - Porosidades

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– Detección, caracterización y

evaluación de discontinuidades superficiales como pueden ser:

– - Grietas por fatiga

– - Defectos de fabricación – - Daños por servicio IMENDE A.C.

– Monitoreo de daños por servicio, como

puede ser:

– - Medición de espesores de pared. – - Extensión y profundidad de los daños

por corrosión o erosión en la pared interna de un material.

– - Extensión de los daños por hidrógeno IMENDE A.C.

– Determinación del grado y calidad de

la adherencia en uniones bimetálicas como pueden ser: – Acero con Babbit. – Acero con Stelitte.

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– Determinación del grado y calidad de

la adherencia en uniones materiales compuestos como pueden ser: – Compuestos tipo “panal” – Plásticos sobre metales

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VENTAJAS Y LIMITACIONES  El

ultrasonido es complementario con la radiografía; al compararlo con otros métodos de inspección podemos ver las siguientes ventajas y limitaciones:

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VENTAJAS  Las

indicaciones pueden ser interpretadas en tiempo real. – En el caso de la radiografía se debe

esperar el procesamiento de la película

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– Mayor sensibilidad y exactitud al

determinar la posición, dimensión y orientación de una discontinuidad

– La radiografía solo permite ver en

dos dimensiones la discontinuidad

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INTERPRETAR LA INDICACIÓN

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

Alta sensibilidad para detectar pequeñas discontinuidades. – Puede detectar reflectores de 10

milímetros de diámetro a una profundidad de 1 metro en acero

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

Alta sensibilidad y resolución. – Su capacidad para encontrar

pequeños defectos lo hace un excelente equipo de “detección”

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– Alto poder de penetración. – En acero y aluminio, tiene mayor

poder de penetración que las fuentes comunes de radiografía o gamagrafía

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

Buena resolución. – Se pueden diferenciar las

indicaciones de dos discontinuidades cercanas entre sí.

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 Requiere

acceso solo a una superficie de la pieza. – La radiografía requiere de acceso

por dos lados de una pieza.

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VENTAJAS DE UT VS RT.

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 No

requiere condiciones especiales de seguridad.



- En el caso de la radiografía existe el riesgo de la radiación ionizante.



- No presenta riesgos a la salud de los inspectores.

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LIMITACIONES 

Las limitaciones mas importantes en el ultrasonido se presentan cuando se opera de forma manual; pero también existen limitaciones por las leyes físicas aplicables al ultrasonido

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LIMITACIONES  Baja 

velocidad de inspección

- Cuando se emplean métodos de rastreo manuales, la velocidad de inspección es menor que con sistemas automatizados.

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 Requiere

personal con preparación técnica y experiencia.



- La interpretación de las indicaciones requiere la experiencia del inspector para reconocer los diferentes tipos de señales y sus significado

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 El

acabado superficial afecta la calidad de la inspección. – Con las técnicas comunes la señal

puede distorsionarse o hacer muy difícil la interpretación de las indicaciones

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 Se

dificulta la inspección cuando la microestructura metalúrgica es muy burda. – El tamaño de grano afecta la calidad

de la señal que se recibe durante la inspección.

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 Es

difícil inspeccionar piezas de forma compleja. – El problema es asegurar que el

ultrasonido atraviesa todo el material y evitar la presencia de falsas indicaciones

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 Es

difícil inspeccionar materiales muy delgados o detectar discontinuidades cercanas a la superficie de inspección. – La causa principal es la presencia del

campo muerto de los transductores.

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 Se

requiere de un agente acoplante para la trasmisión del ultrasonido. – Es necesario eliminar la interfase:

aire/material a inspeccionar.

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 El

costo del equipo, los accesorios y su mantenimiento es alto. – Los equipos y sus accesorios son

caros y requieren de mantenimiento y cuidados periódicos.

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 Se

requiere de bloques de calibración y de comparación. – Se requiere de diferentes juegos de

bloques para realizar las inspecciones según el código aplicable.

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 El

equipo de ultrasonido industrial es un excelente detector (muy sensible para encontrar las discontinuidades), pero es un mal analizador (la interpretación de las indicaciones varía según la experiencia del inspector).

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SECUENCIA DE UT

1) Selección de palpador(es).

2) Selección del instrumento ultrasónico. 3) Selección de los bloques de prueba. 4) Calibración del sistema. Bloque de calibración (EHP) Bloque de referencia (EVP) IMENDE A.C.

SECUENCIA DE UT

5)

Compensación de pérdidas por Transferencia.

6)

Decibeles para barrido.

7)

Exploración o barrido.

8)

Interpretación y evaluación.

9)

Registro de indicaciones.

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REQUISITOS DE INSPECCIÓN PARA RECIPIENTES A PRESIÓN  CÓDIGO  Artículo

ASME SECCIÓN V

4 – Métodos de examinación ultrasónica para la inspección en servicio.  Artículo 5 – Métodos de examinación ultrasónica para materiales y fabricación. IMENDE A.C.

REQUISITOS DE INSPECCIÓN PARA RECIPIENTES A PRESIÓN 

Normas Mexicanas

NMX-B-011 – Método de inspección ultrasónica de tubos metálicos.  NMX-B-012 – Método de inspección ultrasónica para soldadura longitudinal o helicoidal de tubos soldados. 

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CRITERIOS DE ACEPTACIÓN CÓDIGO ASME BPV SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1. 

Apéndice 12 – Examinación ultrasónica de soldaduras (UT).

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CRITERIOS DE ACEPTACIÓN CÓDIGO ASME BPV SECCIÓN VIII  12-3

Estándar de aceptación y rechazo.

– Las imperfecciones que produzcan

una respuesta mayor al 20% del nivel de referencia deben ser investigadas para determinar su forma, identidad, localización y evaluación.

IMENDE A.C.

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN CÓDIGO ASME BPV SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1.  12-3

Estándar de aceptación y rechazo.

 (a)

Las indicaciones que sean caracterizadas como grietas, faltas de fusión o penetración incompleta, son inaceptables sin importar su longitud.

IMENDE A.C.

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN CÓDIGO ASME BPV SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1. 

(b) Otras imperfecciones son inaceptables si su indicación excede el nivel de amplitud de referencia y su longitud excede: – 1) 1/4” (6 mm) para t de hasta 3/4” (19

mm). – 2) 1/3 t para t desde 3/4” a 2 1/4” (19 a 57 mm). – 3) 3/4” para t mayor de 2 1/4” (57 mm). IMENDE A.C.

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN CÓDIGO ASME BPV SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1.  Donde

“t” es el espesor de la soldadura excluyendo cualquier refuerzo permitido.

 Para

una unión a tope donde los dos miembros tienen diferente espesor, “t”, es el espesor más delgado de los dos miembros.

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DISCONTINUIDADES DETECTADAS EN RECIPIENTES A PRESIÓN (Según nuestros archivos 2000)



16% de rechazo.



Tipos de discontinuidades: a) Faltas de fusión. b) Penetración incompleta.

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