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• Carlos Antonio Jara Sarta

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1. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (END).

Los ensayos no destructivos se definen como aquellos ensayos que se realizan sobre piezas semiacabadas o acabadas sin interferir o afectar el uso futuro de las mismas, bajo este concepto se puede decir que los END son una modalidad de inspección y análisis la cual permite la aplicación y utilización de los componentes o piezas sin modificar sus características químicas, físicas y mecánicas que pudieran afectar su uso post erior. Por ejemplo, un vendedor de frutas cuando golpea la corteza de un melón esta verificando si el mismo esta maduro, se puede decir que este es un proceso de ensayos no destructivos, en el caso en que el mismo vendedor cortara el melón y por ese medio verifica si el mismo esta verde o no, en este caso se habla de un proceso de ensayo destructivo. Dentro de las razones para el uso de los Ensayos No Destructivos se tiene: ◊ Garantizar confianza en las piezas. El simple hecho de que un comprador adquiera un producto el cual pasa por una prueba no destructiva lo tranquilizara en cuanto al uso futuro del mismo. ◊ Prevenir accidentes y evitar riesgos de vidas humanas. Es considerada como la principal razón para el uso de los END y muy probablemente, fue con esta finalidad que estos fueron desarrollados. En una época en se vive un creciente progreso industrial, la energía nuclear toma cada vez más rigurosas medidas preventivas de seguridad, pues la utilización en equipos de alta presión, de productos inflamables y corrosivos, acarrea un riesgo muy grande en la vida de trabajadores que operen estos equipos, así como a toda la humanidad, es por esto que estas técnicas se han desarrollado en un principio en el sector nuclear y luego se han transferido al sector industrial. De esta forma los ensayos no destructivos son una herramienta en la prevención de accidentes, pues a partir de su utilización se estará evitando la fabricación y uso de piezas defectuosas y consecuentemente, eliminando el riesgo de accidentes. De la misma manera, la paralización de una planta industrial debido a un accidente, traerá consecuencias dañinas e imprevisibles a la economía de una empresa, industria o país. ◊ Mejorar el desempeño de las Empresas. Los END mejoran este desempeño por las siguientes razones:

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⇒ Auxiliando el buen desarrollo de un proyecto. Ejemplo: Un nuevo proceso de soldadura desarrollado, por medio de los END se podrá, a partir de cuerpos de prueba verificar la viabilidad de la aplicación práctica del mismo. ⇒ Reduciendo los costos de fabricación. Ejemplo: Se considera una pieza determinada que será sometida a un proceso de utilización de los END, en la pieza en bruto se puede detectar la existencia de algún defecto interno de la misma. Sin la utilización de alguna técnica de ensayos este mismo defecto podría aparecer durante el proceso de utilización, redundando entonces, en grandes gastos adicionales que podrían haber sido evitados. ⇒ Controlando el proceso de fabricación. El control es un concepto básico en la industria. Metalúrgicos, inspectores, operadores y personal de producción saben mucho de las dificultades que se encuentran para mantener un proceso controlado. Cuando cualquier etapa de fabricación queda fuera de control fatalmente, la calidad será afectada por la introducción de defectos. Los END contribuyen mucho a mantener un proceso bajo control pues este podrá ser aplicado a varias etapas del mismo, permitiendo que este permanezca bajo control a través de las correcciones oportunas. 1.1 VENTAJAS DE LA UTILIZACION DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Las ventajas de la utilización de los END en la industria pueden ser divididas en cuatro categorías: 1.1.1 Aumento de la productividad: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Evita el desperdicio de material, menos chatarra, mejor utilización de la materia prima. Evita el desperdicio de energía. Evita desperdicio de tiempo. Evita divergencias de relación a los estándares de calidad, mejor nivel de calidad y mejor uniformidad de la calidad, satisfacción y producción. Disminuyen costos de operación y producción. Mejora el control del proceso. Recupera materiales. Permite que materiales defectuosos puedan todavía, ser recuperados. Propicia el seguimiento de los proyectos. Identifica la existencia de materiales inaceptables. Permite un uso mas eficiente del equipo.

1.1.2 Aumento en la eficiencia: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Localiza regiones de tensiones mecánicas. Localiza fallas de fatiga. Previene el mal funcionamiento de equipos vitales. Elimina averías de los equipos. Disminuye los costos de operación y producción.

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1.1. 3 Seguridad. ◊ Previene accidentes ◊ Previene pérdidas de vidas ◊ Previene pérdidas de bienes. 1.1.4 Identificación de las características de los materiales. ◊ ◊ ◊ ◊

Clasificación Diferencias de tratamiento térmico Diferencias en las propiedades físicas Diferencias en las propiedades metalúrgicas.

1.2 TIPOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS, SELECCION, DESCRIPCION, COMPARACION Y APLICACION. 1.2.1 Tipos de Ensayos No Destructivos (END). Son numerosos los tipos de ensayos no destructivos actualmente en uso, siendo que ellos están permanentemente en evolución, inclusive la búsqueda y aplicación de nuevos tipos de medida que la sofisticación de los procesos de fabricación así lo exige. Entre otros se pueden citar los siguientes métodos de ensayos no destructivos que se utilizan en la actualidad: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Inspección visual Ensayo de dureza Ensayo por líquidos penetrantes Ensayo por partículas magnéticas Ensayo por corrientes parásitas o inducidas (Eddy) Ensayos radiográficos Inspección por “Neutro radiografía” Inspección ultrasónica Inspección por holografía óptica Inspección por holografía acústica Inspección por micro ondas Termografía Ensayos de fugas Emisión acústica Metalografía no destructiva.

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1.2.2 Selección del método adecuado: Como se vio anteriormente, es muy extensa la lista de los END, ofreciendo entonces una opción mas grande de selección y escogencia del tipo de prueba indicado para cada caso en particular. Por tanto, es de fundamental importancia que el criterio de selección sea bien hecho a fin de que se pueda aplicar, en cada caso, la prueba que traerá los mejores resultados. Para la selección de los métodos de ensayos no destructivos se debe tener en mente que un método puede complementar a otro y que diversas pruebas normalmente deben ser aplicadas en una misma pieza de ensayo. La selección de un método debe basarse en uno de los siguientes criterios: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Tipo y origen de discontinuidad a ser detectada Proceso de fabricación y tipo de material Accesibilidad a la región de ensayo Nivel de aceptabilidad deseada Disponibilidad de equipos costos.

Por tanto es necesario un análisis profundo de la selección de la prueba indicada, evitándose así, errores en la escogencia que podrían redundar en una ineficiencia del ensayo por subdimensionamiento o a un elevado costo por sobre-dimensionamiento. 1.2.3 Descripción de los métodos. Ahora se tiene un buen número de opciones para la aplicación de ensayos no destructivos; existen algunos tipos de pruebas que tienen un uso más constante y son comúnmente usados en la industria. Para fines introductorios, se destacán los siguientes tipos de ensayo: Visual, líquidos penetrantes, partículas magnéticas, ultrasonido, radiografía y corrientes inducidas. 1.2.3.1.. Ensayo Visual: Es probablemente el tipo de ensayo no destructivo más ampliamente utilizado. Es el más fácil de aplicar, acarrea resultados rápidos y normalmente tiene un costo bajo. Usualmente, una pieza antes de ser sometida a otros tipos de ensayo no destructivos, debe ser inspeccionada visualmente. Por ejemplo la inspección visual de una soldadura por un inspector entrenado, puede revelar entre otras las siguientes informaciones sobre la calidad de la misma: La presencia u ausencia de discontinuidades superficiales, la orientación de estas en relación a las varias regiones de la soldadura, porosidades superficiales, mordeduras, etc. De esta manera, los resultados de la inspección visual pueden auxiliar, en mucho, la aplicación posterior de otras pruebas no destructivas. El principio básico de la prueba no destructiva visual es iluminar bien la zona de la pieza a inspeccionar. La pieza será examinada, entonces, directamente al ojo o a través de algún accesorio como un endoscopio o fibroscopio.

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El equipo requerido para la inspección visual es extremadamente simple, siendo por tanto, primordial una buena iluminación de la pieza. Conviene observar también que la superficie de la pieza este limpia antes de efectuar el examen. 1.2.3.2. Líquidos penetrantes: La inspección por líquidos penetrantes es un método de END usado para la detección de discontinuidades que aparezcan en la superficie de la pieza. El uso de líquidos penetrantes puede ser considerado como una extensión de la inspección visual. Muchas discontinuidades reveladas por el método de líquidos penetrantes no podrían ser detectadas a través de la inspección visual realizada por un inspector experimentado. Los líquidos penetrantes revelan una discontinuidad en una gran extensión haciendo que la inspección dependa menos del elemento humano, esto hace que este método sea más adaptado a un sistema de producción, aumentando la credibilidad en la rapidez de inspección. El método de los líquidos penetrantes es utilizado en materiales magnéticos como no magnéticos ofreciendo así, una ventaja en relación con la prueba de partículas magnéticas que no pueden ser empleadas en el último caso. La prueba de líquidos penetrantes tiene la ventaja de ser un ensayo rápido, fácilmente aplicable y relativamente barato. Sin embargo, ofrece la desventaja de que solamente revela discontinuidades existentes en la superficie de la pieza. Todas las fallas encontradas a través de los líquidos penetrantes dan solamente una indicación aproximada de la profundidad y tamaño del defecto. La técnica por líquidos penetrantes consiste en la aplicación sobre la pieza, luego de la limpieza de la misma, de un líquido “penetrante” de un color generalmente rojo de baja viscosidad que, en función de esto, penetra en las discontinuidades existentes en la superficie, bajo principios de capilaridad, después, se limpia nuevamente la pieza por medio de un líquido removedor cuya función es la de eliminar el exceso de líquido penetrante que ha quedado en la superficie, para aplicar posteriormente otro líquido llamado “revelador” que normalmente tiene talco en suspensión. El líquido penetrante aprisionado en la discontinuidad de la pieza será absorbido por el revelador y como el primero posee una coloración roja, mostrara la discontinuidades existentes en la pieza. También en el caso de los líquidos penetrantes el equipo requerido es extremadamente simple, de bajo costo siendo, por lo tanto, fundamental la calidad de los líquidos requeridos. 1.2.3.3. Partículas magnéticas: La inspección por partículas magnéticas es un método para la localización de defectos superficiales y sub-superficiales (próximos a la superficie más no abiertos a la misma) en materiales ferro-magnéticos. Su operación esta basada en el hecho de que, cuando la pieza a examinar es magnetizada, las discontinuidades existentes causan un campo de fuga, en el flujo magnético. Este campo de fuga, generado por discontinuidades, será

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detectada a través del uso de partículas ferro-magnéticas finamente divididas, aplicadas sobre la superficie, pues las mismas serán atraídas por el campo de fuga y se aglomeraran en el contorno del mismo, indicando su localización, forma y extensión. Estas partículas son aplicadas en la superficie de forma seca o húmeda en suspensión en líquidos como agua o aceite, pueden ser visibles con luz blanca o con luz ultravioleta. Hay, no obstante, ciertas limitaciones en cuanto a este método que deben ser de conocimiento del inspector. Entre estas limitaciones se pueden destacar las siguientes: ◊ Películas de pintura u otra capa no magnética sobre la pieza que puedan ocultar los resultados. ◊ El método sólo es aplicable a materiales ferro-magnéticos (aleaciones ferrosas exceptuando aceros inoxidables austeníticos). ◊ Para mejores resultados, el campo magnético debe tener una dirección que intercepte el plano principal de la discontinuidad. Debido a esto, normalmente son requeridas dos o más secuencias de operaciones en una misma región de la pieza, en diferentes direcciones. ◊ Es necesario desmagnetizar la pieza después de realizado el ensayo. ◊ Para piezas de gran tamaño son requeridas altas corrientes eléctricas. 1.2.3.4. Ultrasonido: La inspección ultrasónica es un método de ensayo no destructivo para el cual grupos de ondas de alta frecuencia introducidas en el material inspeccionado son utilizados para detectar defectos superficiales e internos. Las ondas atraviesan el material con cierta atenuación y son reflejadas en las interfaces. Este haz reflejado es detectado y analizado definiendo entonces la presencia y la localización de las discontinuidades. El ensayo ultrasónico es basado en el hecho de que la presencia de una discontinuidad o un cambio en la densidad del material actuará como si fuese reflector de propagaciones de alta frecuencia en ese punto. El equipo de ultrasonido posee un cabezal o palpador, que contiene un cristal de cuarzo (u otro material piezo-eléctrico). Cuando un voltaje es aplicado, el cristal vibra a alta frecuencia. Cuando el cabezal ultrasónico es colocado sobre la pieza con su acoplante adecuado, esta vibración es transmitida a la misma hasta encontrar una discontinuidad o cambio de densidad. En este punto, parte de esta energía (vibración) es reflejada de vuelta, llegando nuevamente a el cabezal, transmitiendo la vibración al cristal el cual la transformará en pulsos eléctricos que podrán ser visualizados en la pantalla del osciloscopio. Como toda prueba no destructiva, los ensayos por ultrasonido ofrecen ventajas y desventajas entré las que se pueden relacionar:

◊ Ventajas:

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⇒ Alto poder de penetración, el cual permite la detección de discontinuidades en grandes espesores. ⇒ Alta sensibilidad permitiendo la detección de discontinuidades sumamente pequeñas. ⇒ Mayor capacidad que otros métodos de ensayo no destructivo en la determinación de la posición de discontinuidades externas, estimando su forma, orientación, dimensión y naturaleza. ⇒ Necesidad de acceso únicamente a una de las superficies de la pieza. ◊ Desventajas: ⇒ La operación requiere conocimientos y experiencia profundos por parte del operador. ⇒ No es apropiado para la inspección de superficies mal terminadas. ⇒ Discontinuidades que se presentan muy próximas a la superficie, no pueden ser detectadas. ⇒ Requiere siempre la calibración del equipo, la cual no siempre es simple. ⇒ Solo da información de la indicación instantánea de las discontinuidades en equipos convencionales (Scan tipo A). 1.2.3.5. Radiografía industrial: La radiografía es un método usado para la inspección no destructiva, que se basa en la absorción diferencial de radiación penetrante por la pieza que ésta siendo inspeccionada. Debido a diferencias en las características de absorción causada por las variaciones de masa, composición y estructura del material, diferentes regiones de una misma pieza absorberán cantidades diferentes de radiación penetrante. Esa absorción diferencial de radiación penetrante podrá ser detectada a través de una película, o a través de un tubo de imagen, o la misma podrá ser medida por tipos de detectores electrónicos de radiación. Esa variación de la cantidad de radiación absorbida, detectada a través de un medio, indicará entre otras cosas la existencia de una discontinuidad interna en un material. La radiografía industrial, es entonces usada para detectar características de una región de un determinado material, comparada con una región cercana. Diferencias muy grandes son más fácilmente detectadas, generalmente, la radiografía puede detectar solamente aquellas características diferentes de una región que presente una variación en el espesor, en el plano paralelo a la dirección del haz de radiación. Esto quiere decir que la capacidad del proceso de detectar discontinuidades con varios espesores en planos perpendiculares al haz, como fisuras, dependerá mucho de la técnica de prueba realizada. Discontinuidades como poros e inclusiones que presenten un espesor variable en todas las direcciones, serán fácilmente detectadas siempre que no sean muy pequeñas en relación al espesor de la pieza. En general, variaciones que presentan el 2% o más de la variación de absorción en relación al espesor total, podrán ser detectadas. La inspección radiográfica es muy usada en la inspección de fundiciones, forja y soldaduras, particularmente donde se exige la necesidad de evitar discontinuidades internas en el material.

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Dada su capacidad de revelar discontinuidades en una variedad de materiales, la radiografía industrial es actualmente uno de los principales ensayos no destructivo en uso. El ensayo radiográfico, generalmente requiere de las siguientes etapas en su proceso: ⇒ La exposición de una película a la radiación X o gamma que atraviesa un cuerpo cualquiera. ⇒ El procesamiento de esta película. ⇒ La interpretación de la radiografía resultante. Existe variedad de estos procedimientos y el éxito de cualquier ensayo dependerá del conocimiento y del control de esas técnicas. Ventajas y limitaciones del ensayo radiográfico Como ventajas de aplicación del ensayo radiográfico, como un medio de inspección y control de calidad, se pueden citar las siguientes: ◊ ◊ ◊ ◊

Puede ser aplicado a la mayoría de los materiales. Puede dejar un registro permanente del resultado del examen. Revela la naturaleza interna del material. Puede ser aplicado en un proceso, indicando la acción correctiva necesaria en caso de defectos.

Existen tanto limitaciones físicas, como económicas en la utilización del ensayo radiográfico, así requisitos geométricos hacen que dicho ensayo sea impracticable en piezas de forma compleja. Cuando una orientación apropiada de la fuente de radiación, de la pieza y de la película, no pueden ser obtenidas, la prueba radiográfica es de poco valor. De la misma forma, cualquier pieza que no permita la colocación de la película de lado opuesto a la fuente, no puede ser evaluada por este método. Debemos considerar también, que la radiografía se basa en las diferencias de densidad y de absorción de los materiales y por esto mismo tienen poco valor en la detección de pequeñas discontinuidades que no sean paralelas a la línea de radiación. Defectos laminares difícilmente son detectados. Las condiciones de seguridad radiológica impuesta para rayos X y gamma también pueden ser consideradas como limitaciones. La sumisión a los reglamentos de seguridad exigidos en los ensayos radiográficos, demanda tiempo y equipos especiales de protección aumentando los costos. La inspección radiográfica es un medio relativamente caro de ensayo no destructivo. Se torna más económico cuando es aplicado a materiales de fácil manipuleo y geometría simple. El examen de piezas de gran espesor, exige equipo de alta energía encareciendo el método.

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1.2.3.6. Corrientes inducidas. El método de corrientes inducidas es una técnica que se utiliza, tanto para la detección de discontinuidades en materiales, como para medir indirectamente características mecánicas, metalúrgicas y físicas que se correlacionan con las propiedades eléctricas y magnéticas del objeto ensayado. El método es utilizado principalmente para la detección de grietas superficiales o subsuperficiales especialmente en materiales no ferromagnéticos, las limitaciones de penetración hacen que la inspección se limite a capas superficiales finas llegando a una profundidad máxima de 5 mm, en el caso de usar muy bajas frecuencias. El ensayo se basa en la interacción de campos electromagnéticos con el objeto examinado. Los componentes básicos son: ◊ Una bobina conduciendo corriente eléctrica alterna. ◊ Un medio de detección de la corriente inducida. ◊ El objeto metálico sujeto a ensayo. La corriente alterna de la bobina induce un campo magnético orientado perpendicularmente a la corriente, este campo es modificado si un componente metálico está presente, se generan o inducen así corrientes parásitas (Eddy) las cuales fluyen normalmente al campo magnético primario. Las corrientes inducidas, a su vez establecen un campo magnético secundario el cual resulta opuesto al de la bobina, lo que causa una reducción de flujo magnético en ésta produciendo un cambio de impedancia y es precisamente el monitoreo de este cambio lo que constituye el ensayo por corrientes inducidas, ya que discontinuidades en el material afectarán el cambio neto del campo magnético original. Aplicaciones: Las corrientes inducidas pueden utilizarse en la medición de la conductividad eléctrica. Así también en medición de espesores, tales como: ◊ Medición del espesor total de productos metálicos delgados cuando el espesor medido, es menor que la profundidad de la penetración efectiva. ◊ Medición del espesor de recubrimientos no conductores sobre bases o substratos metálicos. ◊ Medición de recubrimientos metálicos sobre una base conductiva o magnética. Esta aplicación presenta las variantes de recubrimientos de baja y alta conductividad y recubrimientos de baja y alta permeabilidad sobre substratos de alta o baja conductividad o permeabilidad según el caso. Otra aplicación es la detección de fisuras y la clasificación de los materiales.

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Como desventajas del ensayo se tienen las siguientes: ◊ Es un ensayo efectivo en el caso de espesores delgados; si el espesor de la pieza sujeta al ensayo aumenta, la inexactitud de la medición aumenta. ◊ Necesita patrones de calibración los cuales deben duplicar la geometría del material ensayado, así como sus propiedades eléctricas y magnéticas. ◊ La profundidad de las corrientes es relativamente pequeña y esto limita su uso. ◊ Se pueden utilizar en materiales ferromagnéticos con bobinas de magnetización local. ◊ El equipo es caro y el entrenamiento muy exigente. 1. 3 DISCONTINUIDADES EN LOS MATERIALES. A continuación se presentan algunos de los defectos típicos, producto del proceso de conformado: 1.3.1 Fundiciones. Los defectos que comúnmente se encuentran en los lingotes de acero son de dos tipos principalmente; los que ocurren internamente y los que se manifiestan sobre ó muy cerca de la superficie. ◊ Rechupe: En la práctica, la formación de un rechupe se debe parcialmente a la concentración y producción de gases del metal fundido al solidificarse. ◊ Sopladuras: Estas se forman deliberadamente en la producción de lingotes semicalmados o efervescentes hechos correctamente, las sopladuras se encuentran a suficiente profundidad bajo la superficie y puesto que consiste en gases reductores ó inertes, sus superficies internas no estarán oxidadas. Por tanto, se soldaran durante el laminado. ◊ Segregación de impurezas: En aceros calmados, la segregación es menos extensa que en los aceros semicalmados o en los efervescentes, en los que la evolución de los gases tiende a arrastrar impurezas de las caras de los cristales en formación nuevamente hacia el líquido, de manera que las regiones segregadas se encuentran cercanas al rechupe de un lingote. ◊ Inclusiones no metálicas: Surgen principalmente de los productos de la desoxidación, siendo las partículas de óxido de aluminio y óxido de silicio las más numerosas. ◊ Los defectos superficiales, en el producto de acero acabado proceden de sopladuras y costras que se han desarrollado en la superficie del lingote. ◊ Defectos de los vacíos en arena. En la fundición y vaciado de metales, deben considerarsen muchos factores variables, para reducir la incidencia de los defectos. En general, los defectos pueden presentarse por fallas técnicas que se pueden clasificar de la siguiente manera: ⇒ Mala práctica en la fusión ⇒ Mala práctica en el vertido

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⇒ Moldeo pobre ⇒ Diseño incorrecto del molde ⇒ Composición incorrecta del metal ⇒ Arenas de moldeo y corazones, de composición incorrecta o en malas condiciones ◊ Las inclusiones pueden deberse a la presencia de partículas de escoria u óxido en el metal fundido. Pueden también consistir en películas de arena que se han desprendido de la superficie de un molde, que ha sido mal hecho o en el cual se ha utilizado arena de mala calidad. ◊ “Los pliegues fríos” resultan principalmente de una falta de fluidez del metal fundido. Algunos procesos que se encuentran en los procesos de embutición: Las arrugas del metal en el proceso de embutición y otras fallas pueden presentarse debido a defectos del material o uso incorrecto de las técnicas de estampado. 1.3.2 Soldaduras 1.3.2.1 Inclusiones no metálicas: Estas las constituyen, por lo general, una serie de óxidos que aparecen por la reacción del metal líquido de la soldadura y su contacto con el aire. Generalmente la escoria que se genera durante el proceso emerge a la superficie del fluido metálico y debe limpiarse entre otros pasos subsecuentes. 1.3.2.2 Porosidad: Al bajar la temperatura, la solubilidad de los gases es sumamente pobre en los metales. De ahí que cuando el metal de la soldadura y metal base solidifican, los gases pueden quedar atrapados en la soldadura, produciendo una unión defectuosa con alto grado de porosidad. 1.3.2.3 Fisuras en el cordón de soldadura: La mayoría de fisuras en el cordón de soldadura son producidas por la contracción del metal líquido al solidificar y se mantiene longitudinalmente en el cordón. Estas fisuras se producen porque la velocidad de enfriamiento del líquido no da tiempo a la deposición completa del cordón o porque el metal de aporte no presente la ductilidad necesaria. La asociación de un coeficiente alto de expansión térmica asociada con baja conductividad calórica del metal base, es también responsable del fisuramiento de los cordones de soldadura. También es de considerar el fisuramiento producido por hidrogenación de los cordones, aunque ambos tipos de falla puedan ser diferenciados. 1.3.2.4 Cráteres y rechupes: La contracción, asociada con la velocidad de solidificación puede causar, como resultado, el aparecimiento de cráteres o rechupes parecidos a los del los lingotes de acero. Estos defectos, muy perjudiciales, pueden ser confundidos en las radiografías con inclusiones de escoria. 1.4 DOCUMENTACION RELACIONADA.

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Existen varios tipos de documentos de referencia: ◊ Códigos ◊ Standard ◊ Especificaciones y ◊ Procedimientos. Los cuales se pueden definir así: Código: Colección de reglas sistemáticas que deben ser cumplidas (que tienen trascendencia legal) y se refiere a un producto determinado. Ejemplo ASME para calderas y recipientes a presión el cual esta integrado por un conjunto de normas, prácticas, recomendaciones y reglas destinadas a asegurar la calidad en la construcción, operación y mantenimiento de dichos equipos. Standard: (Norma). Es una práctica recomendada que puede ser usada como referencia. Lo establece una entidad como una regla para la medición de calidad. Ejemplo ASTM, AWS, API, IRAM, NTC, etc. Los standard que se incluyen en el código tienen la fuerza de ley del código y se hacen mandatorios. Especificación: Es un documento estructural en donde están definidas las características específicas de un componente o un servicio, (ejemplo control por R.I.) que se contrata y que se requiere estar seguro que el ensayo se hace bien. Para ello se emplea una serie de características que deberá cumplir el ensayo. Puede elegirse el estándar a seguir con algunos agregados y convertirse en un especificación. Procedimientos: Colección de datos que se refiere a la realidad práctica de la ejecución de un control, por ejemplo R.I. redactado de acuerdo a un procedimiento general correspondiente y/o código o norma de aplicación convenidos. 1.5. E.N.D. EN EL CODIGO ASME. - Aspecto general: Conjunto de normas, prácticas recomendadas y reglas destinadas a asegurar la calidad en la construcción, operación y mantenimiento de dichos componentes. - Sello ASME: Implica que el organismo o fabricante que lo adopta esta en condiciones y se compromete a hacer su producto de acuerdo a los requerimientos del código y es auditado por una agencia de inspección externa, la cual la avala. El sello no implica aprobación, certificación o aval del producto propiamente, aunque si garantiza ensayos, reporte de datos e historial del componente.

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- Condiciones para la aplicación de los E.N.D. según ASME: ◊ Método a utilizar, sensibilidad a alcanzar y formas de evaluación se ubicarán en la sección correspondiente que se ocupe de la sección en cuestión. ◊ En base a las especificaciones que surjan del diseño al aplicar las secciones de preferencia se selecciona la técnica y se redactan los procedimientos de acuerdo con los artículos aplicables de la subsección A (Sección V Métodos de E.N.D.). ◊ Todas las partes del procedimiento que no estén contempladas en la subsección A, se usara como referencia lo establecido en la subsección B (documentos adoptados). ◊ ASME exige que la ejecución de los E.N.D. este a cargo de personal calificado, preferentemente con la práctica recomendada por STN-TC-1A (responsabilidad de la empresa). -El inspector autorizado verificará que: ◊ ◊ ◊ ◊

Existen procedimientos para todos los métodos de E.N.D. aplicables. Los procedimientos se ajustan a las especificaciones y requisitos del código o contrato. El personal de E.N.D. esté debidamente calificado y certificado. El equipamiento se ajusta a lo especificado y cumple con las calibraciones correspondientes. ◊ El procedimiento este calificado y recalificado, para esto se debe definir lo siguiente: - Técnica de examen calificado de acuerdo a una norma. - Probeta de prueba: Verificación de la sensibilidad del ensayo de acuerdo al método empleado y radiación dispersa posterior. - Resultados relativos a la sensibilidad ( calidad de imagen radiográfica) 1.6. COMPOSICIÓN DEL CÓDIGO ASME: Esta conformado por once secciones que pueden dividirse en cuatro tomos fundamentales, así: 1.6.1. FABRICACION. Compuesto por: ◊ Sección I. Calderas de potencia. ◊ Sección III Componentes de centrales nucleares. DIVISION 1 Y 2. Subsección NCA. Requerimientos generales para la división 1 y 2. División 1. Subsección NB: Componentes clase 1. NB 2000. Materiales. NB 5000. Examinación. -Procedimiento de END

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-Standard de aceptación -Calificación y certificación de personal Subsección NC: Componentes clase 2. Subsección ND: Componentes clase 3. Subsección ND: Componentes clase MC. Subsección NF y NG: Componentes de soporte División 2. Código para el recipiente del reactor y contenedor de concreto. Subsección CB: Recipiente del reactor. CB 5000: Construcción, ensayos y examinación. Subsección CC: Contenedor de concreto. CC 5000: Construcción, ensayos y examinación. Apéndice 6 mandatorio: Indicaciones redondeadas. ◊ Sección IV. Calderas para calefacción en edificios. ◊ Sección VIII. Recipientes a presión. División 1 (mandatorio): ∗ Subsección A: Requerimientos generales. ∗ Subsección B: Requerimientos particulares del método de fabricación de recipientes a presión. Parte UW (END). ∗ Subsección C: Requerimientos particulares de clases de material para la fabricación de recipientes a presión. Apéndice 4: Standard de aceptación de indicaciones redondeadas. Apéndice 7: Exámen en fundiciones de acero. División 2: Reglas alternativas. Parte AG. Requerimientos generales. Parte AM. Requerimientos del material (ferrosos y no ferrosos). Parte AF. Requerimientos de fabricación. De acuerdo al material y tipo de junta. Parte AI. Inspección por radiografía. Apéndices mandatorios número 8.

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Standard de aceptación radiográfica de indicaciones redondeadas ◊ Sección X. Recipientes a presión reforzados con fibra de vidrio.

1.6.2. MATERIALES. Compuesto por: ◊ Sección II. Especificación de materiales. Se divide en A. Ferrosos B. No ferrosos C. Materiales de soldadura (standard de AWS) D. Propiedades. 1.6.3. MANTENIMIENTO. Compuesto por: ◊ Sección VI. Reglas recomendadas para mantenimiento y operación de calderas de calefacción. ◊ Sección VII Reglas recomendadas para el mantenimiento de calderas de potencia. 1.6.4. ENSAYOS: (END Y DESTRUCTIVOS). ◊ Sección V. Examen por ensayos no destructivos. Subsección A: Métodos de ensayos no destructivos. Articulo 1:

Requerimientos generales Características del código Referencias, responsabilidad de fabricación y examinación. Calificación de personal.

Articulo 2:

Examen radiográfico Apéndice mandatorio Apéndice no mandatorio.

A. Técnicas en tuberías soldadas. B. Equivalente entre ICI (agujero e hilos) C. Posición ICI en soldaduras de tubos.

Articulo 3. Examen radiográfico en fundiciones metálicas. Subsección B: Documentos adoptados por la sección V.

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Articulo 22: Standard radiográfico. ASME SE-94. Standares de prácticas para el ensayo radiográfico.

los

SE-142. Método para el control de calidad en el ensayo radiográfico. SE-186. Referencia radiográfica para HEAVY-WALLED-fundición de acero (51 114 mm). SE-242. Referencia radiográfica por apariencia de imagen radiográfica con cambios en parámetros. SE-280. Idem SE-186 entre 114 1 305 mm. SE-446. Referencia radiográfica para fundición de acero con 2” de espesor. SE-586. Terminología y definición relativa a radiografía con rayos γ y rayos X.. SE-747. Método para el control de calidad en el ensayo radiográfico usando penetrámetro de hilos. SE-999. Guía para procesamiento de películas de radiografía industrial. SE-1025. Fabricación de los ICI de agujeros. SE-1079. Calibración de densitómetros. SE-2030. Método radiográfico en fundiciones metálicas.

◊ Sección IX: Calificación de soldaduras y braceado parte QW soldadura, examen e inspección. ◊ Sección XI: Reglas para inspección en servicio de componentes y centrales nucleares y de como se evalúan las discontinuidades. En la sección V se explica como deben hacersen los ensayos y las características de los elementos a usar. Los criterios de aceptación están en fabricación: Sección I de calderas de potencia, sección III construcciones nucleares, IV calderas para calefacción, X recipientes de fibra de vidrio, y VIII en recipientes a presión. Cada tres años se incluye adendas que son actualizaciones de diferentes temas modificaciones en el diseño.

METODOS

EQUIPOS Y ACCESO RIOS REQUERIDOS

CAPACIDAD DE DETECCION

VENTAJAS Y LIMITACIONES

OBSERVACIONES

1. Ensayo Lentes de aumento, calibres, Defectos superficiales: Bajo costo, puede ser apli Debe ser siempre el primer Visual reglas, espejos, microscopios, Fisuras gruesas, porosi cado durante el proceso, método de inspección fibroscópios, proyectores y dades, inclusiones de permitiendo su corrección. aplicado, no importando

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y

comparadores, cámaras de escoria, penetración in TV, etc. completa sobre-espesor, sub-espesor, alabeo, alineamiento y aspecto del cordón de soldadura.

otras técnicas semejantes Se aplica solamente a requeridas. Es uno de los defectos superficiales, no métodos de inspección más permite un registro productivo. (excepto fotográfico).

2. Líquidos Kit de líquidos penetrantes penetrantes necesarios, equipo de aplica ciones para el revelador en el caso de que el mismo no esté en depósito de “spray”. Una fuente de luz ultravioleta en el método fluorescente.

Fisuras u otros defectos superficiales no visibles al ojo humano. Es excelente para la localización de doble laminación en chapas y en soldaduras (cordón de raíz).

3. Partículas Equipo de magnetización, magnéticas partículas magnéticas, vía seca y húmeda, luz fluorescente, según el caso.

Detección de defectos Utilización simple, Bajo superficiales, excelente para costo. detección de fisuras superficiales. Solamente aplicable a ma teriales ferromagnéticos

4. Ultrasonido

Equipo especial de Defectos superficiales e ultrasonido, patrones de internos, incluyendo calibración y de referencia. aquellos que tengan dimensiones tan pequeñas que no pueden ser detectadas por otros métodos.

5. Radiografía Equipo de rayos X y rayos Industrial gamma, película, material para revelado. Equipo de cámara oscura. En el caso en que la detección no es hecha por película, se utiliza equipo de fluoroscopía o detectores de radiación.

Defectos superficiales, defectos internos, como: Fisuras, porosidades, inclusiones de escoria, falta de penetración, falta de fusión, cráteres, etc.

Se aplica tanto en En piezas de pared fina materiales magnéticos, podrá indicar la existencia como no magnéticos. de defectos pasados no detectados por pruebas de Solamente detecta defectos estancamiento. Las superficiales, no puede ser condiciones superficiales utilizado en piezas de la pieza podrán disfrazar los resultados. calientes.

Defectos cuya mayor dimensión es paralela al flujo magnético, no son fácilmente detectados.

Permite inspección en Es muy usado para lugares no accesibles a la inspección interna de radiografía industrial. soldaduras, chapas y también para medir Requiere un gran conocí espesores. miento teórico, práctico y experiencia del inspector.

Permite un registro perma La inspección radiográfica nente de la prueba. Ensayo es requerida por la mayoría versátil. de los códigos y especificaciones. Es útili Depende de la técnica zado también en la aplicada para obtener los calificación de soldadores y mejores resultados. Re procesos de soldadura. Es quiere cuidados especiales un ensayo de (relativo) alto en cuanto a seguridad. costo.

Tabla No. 1 Diferencias fundamentales entre métodos de END.

S

Porosidad λ Falta de λ penetración Falta fusión λ Inclusiones de λ escoria Fisuras ν

λ λ

ν ν

µ µ

λ λ

λ λ

ν ν

µ µ

λ λ

ν

ν

ν

λ

ν

λ

17

λµ

λ

ν

λ

λ

λ

ν

λ

λ

Fisuras Fallas internas F Inclusiones Pliegues Porosidad Contracción Fu interna Fisuras Inclusiones T Porosidad alargada Costuras Orificios C Laminacio nes Variaciones metalúrgicas Medición de espesores G Vacíos internos Fisuras internas Fisuras superficiales TECNICAS Clasificación General de Los métodos

ν ν ν ν λ λ

ν

λ λ

ν ν

ν ν λ

ν ν ν

ν

µ λ

λ

µ λ

µ ν ν ν ν ν ν λ λ λ

ν

ν

µ

µA

µA

λ

λ ν ν

λ ν ν

ν µ

RX

Rγ

FLP

RADIOGRAFIA

λ λ

OL

ν ν ν λ ν ν

ν

λ

ν

ν

λ ν λ ν µ

µ ν ν ν ν

ν

ν

λ ν ν ν µ ν

λ

λ

ν

ν

λ ν µ

λ

λ ν µ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

ν

ν

ν

ν

λ

λ

ν

ν

λ

µ λ

µ ν λ

λ

λ

N

FLC

λ λ µ

λ

λ

OT

OS

CA CA CC CC VH VS VH VS PARTICULAS MAGNETICAS (No aplicables a materiales no magnéticos)

ULTRASONIDO

LIQUIDOS PENETRAN TES

CODIFICACION: RX: Rayos X. Rγ: Rayos gamma. FLP: Fluoroscopía. OL: Ondas longitudinales. OT: Ondas transversales. OS: Ondas superficiales. CA VH: CA vía húmeda. CA VS: CA vía seca. CC VH: CC vía húmeda. CC VS: CC vía seca. N: Normal. FLC: Fluorescentes.

.

λ = BUENO. ν = REGULAR. µ = POBRE. = INACEPTABLE A = EN EL CASO DE LA UTILIZACION DE CONTADORES.

S: Soldadura

F: Forja

FU: Fundición T: Tubos C: Chapas G: General

Tabla No. 2. Orientación para la selección del END indicado. 2. PRINCIPIOS FISICOS DEL ENSAYO

2.1. INTRODUCCION Una radiografía es un registro fotográfico producido cuando radiación penetrante, después de atravesar determinado material opaco, impresiona una película fotográfica. Después de un

18

procesamiento, esta película presentara áreas claras y oscuras, las que representan las partes del material que observen más o menos radiación. A través de la observación y análisis de las imágenes formadas sobre la película, se puede entonces, determinar la existencia y posición de posibles discontinuidades en los materiales inspeccionados. Se torna claro, por tanto, que tres cosas son esenciales en el proceso radiográfico: ◊ Una fuente emisora de radiación. ◊ Un objeto de cierto material que ira a ser inspeccionado. ◊ Un medio, a través del cual, puede ser detectada la radiación que consiguió atravesar el material. En el caso de la radiografía, el medio es la película (Figura No 1). So = Tamaño del objeto Do = Distancia fuente - objeto

Si = Tamaño de la sombra Di = Distancia fuente-imagen.

Fuente Do Objeto

Di So

Imagen Película Si

Figura No 1 Elementos esenciales en una radiografía El nombre "radiación penetrante" se origino en la propiedad que ciertas formas de energía radiante poseen, al atravesar materiales opacos a la luz visible. Se pueden distinguir dos tipos de radiación penetrante usados en radiografía industrial: Los rayos X y los rayos gamma, estos se distinguen de la luz visible, por poseer una longitud de onda extremadamente corta. Ver Figura No. 2 (espectro electromagnético) lo que les da la capacidad de atravesar materiales que absorben o reflejan la luz visible. Esta absorción depende básicamente de: ◊ Su propia naturaleza. ◊ Del material. ◊ Del espesor. m 104 103 101

102

19

10-1

1 10-2

-3

10

Rayos caloríficos

10-4 Rayos infrarojos

-5

10

10-7

10-6

Rayos visibles + UV

100 eV 1 KeV

-8

10 10-9 10-11

10-10

Rayos límites

10-12

Rayos gamma

10 KeV 100 KeV

Rayos X

-13

10

10-14 -15

10

1 MeV 10 MeV 100 MeV 1 GeV

Figura No. 2 Espectro electromagnético

Después de atravesar el objeto la radiación incide sobre una película conforme a la Figura No. 3, la cual después de revelada muestra la imagen del objeto representado por tonalidades claras y oscuras correspondientes a regiones de la película que sufrieron incidencia de mayor o menor cantidad de energía radiante, de esta forma regiones que presentan discontinuidades, reducciones de espesor o inclusiones de materiales menos absorbentes serán evidenciados como SOMBRAS oscuras en la película; inversamente regiones de mayor espesor o inclusiones de materiales absorbentes presentaran una imagen clara. Como este ensayo permite un ensayo volumétrico y un registro permanente, la radiografía ocupa un lugar importante dentro de los ensayos no destructivos

.

Fuente

Discontinuidad

Objeto

20

Película

Figura No. 3. Representación de la obtención de una radiografía

Por ser de naturaleza semejante a la luz, los rayos X y los rayos gamma poseen una serie de propiedades en común con la luz visible, entre las cuales se pueden citar: ◊ Poseen la misma velocidad de propagación de la luz (300 000 Km / seg). ◊ Se dirigen en línea recta, no son afectados por campos eléctricos ni magnéticos. ◊ Poseen la propiedad de impresionar emulsiones fotográficas. Pero se pueden diferenciar de la luz por: ◊ Ser invisibles. ◊ No pueden ser focalizados. ◊ No sufren refracción. Se pueden citar muchas otras propiedades comunes a la radiación penetrante y a la luz visible. Ocurre, por tanto, que varios fenómenos que se observan a la luz, son difíciles de detectar u ocurren en escala muy pequeña en la radiación penetrante. El fenómeno de la refracción por ejemplo, ocurre en las radiaciones penetrantes, más en una escala tan pequeña que son necesarios instrumentos muy sensibles para detectarlos. Esto implica porque la radiación penetrante no puede ser vista a través de los lentes, como acontece con la luz.

2.2. Interacción de la radiación con la materia. De acuerdo con la teoría cuántica de Planck radiaciones electromagnéticas no son emitidas de forma continua; consisten de un flujo de partículas ( cantidades discretas ) de energía llamadas quantum o fotones cuya energía es dada por: E = Energía cuántica

E = h*f

f = Frecuencia h = Constante de Planck = 6.624*10-28 erg/s

como:

f=c/λ

c = velocidad de la luz = 2.988*1010 cm / s λ = longitud de onda

21

E = h*c / λ

Luego:

Lo anterior quiere decir que la longitud de onda es inversamente proporcional a la energía de la radiación. 2.2.1 Generación de los rayos X. Cuando electrones chocan con la materia a alta velocidad; parte de su energía cinética se transforma en RAYOS X. 1

1. Cátodo

4

2. Anodo

3

2

3. Filamento

5

4. Cúpula de concentración 5. Anticátodo

Figura No. 4. El tubo de rayos X

Los electrones son generados por un filamento, ver Figura No. 4, cuando por el circula una corriente eléctrica ( emisión termoionica ). Frontalmente se encuentra ubicada una placa de Tungsteno que sirve como alivio para la incidencia de los electrones. Este conjunto se encuentra montado interiormente en un tubo de vidrio en el cual existe un vacío del orden de 10-2 a 10-3 mm de mercurio ( Hg ). Entre el filamento y la placa se aplica un alto potencial eléctrico. Luego los electrones generados por el filamento son acelerados hacía la placa de Tungsteno donde se van a generar los rayos X. Los electrones se desprenden del filamento con una energía cinética que es dada por: m = masa del electrón

m* v / 2 = e*V 2

placa

e = carga del electrón v = velocidad del electrón al incidir sobre la V = potencial del tubo

Sí un electrón choca directamente con un núcleo atómico de la placa, toda la energía cinética se transforma en quantum o fotón. De esta manera se tiene:

22

E = hc / λo = eV

⇒

λo = hc / eV

Gran parte de los electrones del tubo, antes de chocar interactuan con los electrones de los átomos del anticátodo, pues como poseen una misma carga se repelen. Por eso, cuando el núcleo posee una energía cinética menor, se tiene:

mV2 / 2 < eV Consecuentemente, un fotón por el emitido será menor, o sea:

E = hc / λ < eV Por lo tanto:

λ > hc / eV ⇒ λo = 12.37 / V (keV)

donde se concluye que una parte de la radiación es emitida en números de longitud de onda mínimo y el restante se distribuye continuamente por longitud de ondas mayores. Como h, c y e son constantes, la longitud de onda mínima dependerá del potencial del tubo V. La cantidad de radiación emitida por unidad de tiempo es llamada tasa de intensidad y es medida en Roentgen por hora (R / h). La Figura No 5 muestra el espectro de radiación X emitidas con diferentes Kilovoltajes. Además en esta Figura se observa que la intensidad de la radiación se incrementa con el aumento del Kilovoltaje. Una energía radiante total, esto es, un área delimitada por estas curvas es proporcional al cuadrado del Kilovoltaje y al número atómico del material del anticátodo. Existe un valor máximo de intensidades correspondiente a una longitud de onda λm que es aproximadamente igual a 2λo. Los electrones del blanco, que han sido excitados por la interacción con los del tubo tienen una tendencia a retornar a sus antiguas órbitas emitiendo radiación. Estas emisiones se dan en longitudes de ondas fijas, que dependen de la órbita en que ocurre el dislocamiento. Así siendo un espectro continuo, en la Figura No. 5 se muestran algunos picos de intensidad y en la Figura No. 6 se muestra el espectro característico emitido por un núcleo de Tungsteno. La intensidad de radiación depende de la cantidad de electrones que lleguen al blanco, o sea miliAmperaje, conforme se muestra en la Figura No. 7.

23

I

12 10 50Kv

40Kv

8 35Kv

6

30Kv 4 25Kv 2 20Kv 2

λ

3

5

4

6

8

7

9

Longitud de onda

Figura No. 5. Espectro de rayos X

TENSION DE EXCITACION Kv INTENSIDAD DE RADIACION

200

70 50

30

20

15

12

10

8

7

100 Grupo K

BLANCO DE TUNGSTENO

Grupos L

0.2

0.6

1.0

Longitud de onda (Angstroms)

24

1.4

1.8

λ

Figura No. 6. Espectro característico emitido por el núcleo de Tungsteno INTENSIDAD

2M

M λo

LONGITUD DE ONDA λ

Figura No. 7. Variación del espectro con el miliAmperaje

Se observa que la longitud de onda mínima no varia, pero la intensidad aumenta proporcionalmente al miliAmperaje. 2.2.2 Generación de los rayos γ. El núcleo del átomo esta constituido de neutrones y protones. Como los neutrones no poseen carga eléctrica y los protones están cargados positivamente. Entonces se tiene: A= Número de masa A=Z+N Z = Número atómico N = Número de neutrones Algunos átomos poseen un mayor número de neutrones que los demás, a estos se les llama ISOTOPOS. Los isótopos de algunas sustancias son inestables y tienen la tendencia de transformasen en otra sustancia por desintegración del núcleo. Cuando esto ocurre, se emiten rayos alfa, beta y gamma. Los rayos alfa son núcleos de Helio; los rayos beta son electrones. Como son partículas ambos tienen un bajo poder de penetración. Los rayos gamma son ondas electromagnéticas emitidas en algunas longitudes de onda que dependen exclusivamente del material que se desintegre. Ver Figura No. 8. La intensidad no se puede regular depende es de la actividad de la fuente, esto es de la cantidad de átomos que se desintegran en la unidad de tiempo. Generalmente la actividad se expresa en Curios (Ci) = 37 G Bq ( desintegraciones / seg ). En la gráfica además, se puede observar que la longitud de onda de los rayos gamma en general es menor que la longitud de onda mínima de los rayos X.

25

LONGITUD DE ONDA (ANGSTRONS) 0.1 0.06

0.04 0.03

0.02

0.01

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2

0.4 0.6 0.8 ENERGIA CUANTICA (MeV)

1.0

1.2

1.4

Figura No. 8. Espectro de los rayos gama del Cobalto 60 (líneas continua) y del iridio 192 (líneas a trazos).

2.3 ABSORCION Cuando se hace incidir un haz de radiación sobre un determinado material, se nota que el haz que logra atravesarlo posee una intensidad diferente (menor) que el haz incidente (primario). Observando ese fenómeno, es fácil concluir que una parte del haz incidente fue absorbida por el material. Repitiéndose la experiencia con el mismo material, por ejemplo, con espesores diferentes, se notará que para cada espesor, una porción diferente del haz incidente es absorbida por el material. Si se continua repitiendo la experiencia, pero ahora con materiales diferentes, se concluirá que cada material tiene la propiedad de absorber cantidades diferentes de radiación. La conclusión a la que se llegará es, que la cantidad de radiación absorbida por un determinado medio depende del material del que se constituye, así como de su espesor. El principio en el cual se basa el examen radiográfico, parte de esa experiencia. Un determinado material homogéneo y de espesor uniforme, absorberá la radiación de forma uniforme en toda su extensión. Si el material examinado, presenta inclusiones de otro material diferente o presenta variaciones en su espesor, la cantidad de radiación absorbida por esas porciones de material será diferente de las demás.

26

Experimentalmente, se sabe que la intensidad de un haz que penetra en la materia disminuye conforme a la ecuación: Io = Es la intensidad de la radiación que incide sobre la materia;

e = Es la base de los logaritmos naturales;

I=Io*e

-µx

x = Es la distancia recorrida dentro del material; I = Es la intensidad del haz que emerge por el lado opuesto del material µ = Es el coeficiente de absorción lineal de ese material.

Anteriormente se vio, que la cantidad de radiación absorbida por un material, se torna mayor a medida que se aumenta el espesor del mismo. El análisis de la ecuación arriba indicada confirma esa teoría. Cuanto mayor es el espesor de una material, mayor la cantidad de radiación que absorbe, o sea, menor la intensidad de haz que atraviesa el material. Anteriormente se observo que la capacidad de absorción varia de un material a otro. Eso se explica a través del coeficiente de absorción " µ ", que es una característica de cada material dependiendo de la densidad ( ρ ) y número atómico ( Z ). La siguiente ecuación representa este concepto. ρ = densidad λ = longitud de onda Z = No atómico k = coeficiente de proporcionalidad

µ = kZ λ ρ 4 3

En la Tabla No. 3 se puede apreciar que para una radiación de cierta energía, por ejemplo 0,50 MeV, se notara que el coeficiente de absorción de plomo, es más elevado que el de Aluminio. Eso significa que el proceso por el cual la radiación interactua con esos dos materiales, no es exactamente el mismo. Se puede decir que la radiación interactua con la materia a través de tres procesos principales: El efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la formación de pares. 2.3.1. Efecto fotoeléctrico. Ocurre cuando radiación electromagnética X o γ de energía Eo interactua con un electrón orbital. Dependiendo del valor de la energía Eo el electrón puede ser desplazado a otra órbita o removido del átomo produciendo un fenómeno llamado IONIZACION Así la energía cinética resultante del electrón (Ec) removido será la diferencia entre la energía de la radiación incidente y la energía de unión del electrón al átomo (EL), cuando esta diferencia es cero ocurre un cambio acentuado de absorción y se denominara de acuerdo a la órbita. Ejemplo: energía K, L, M de absorción. Este efecto es predominante (o sea,

27

tiene mayor probabilidad de ocurrir) cuando la energía del rayo que incide es menor de 100 KeV. Ec = Eo-EL

Eo

Figura No. 9. Efecto Fotoeléctrico 2.3.2. Efecto Compton. Cuando la radiación posee una energía mayor de 100 KeV, el efecto predominante es el efecto Compton. En este efecto el rayo incidente también libera un electrón de un cierto átomo y le produce una cierta aceleración, por lo tanto, le resta una cierta cantidad de energía al rayo incidente que prosigue dentro del material en otra dirección y con una energía menor. Ec < EL

Eo

Eo - EL

Figura No. 10. Efecto Compton

2.3.3. Formación de pares. Cuando el rayo incidente posee una energía mayor de 1.02 MeV, puede ocurrir la formación de pares, donde el fotón incidente es convertido dentro del campo eléctrico del núcleo en un par + y - . Al pasar cerca de un núcleo atómico el rayo produce un par de partículas: un electrón y un positrón, ambos dotados de una cierta velocidad. Posteriormente el positrón se desintegra generando dos rayos de 0.51 MeV cada uno. Aparte de la energía de la radiación, ciertas características del material, tales como número atómico y masa molecular, afectan la probabilidad de ocurrencia de una u otra forma la interacción de la radiación con la materia, en la Figura No. 12 se representa un ejemplo de la distribución de las características de la absorción de los efectos antes señalados.

28

Electrón expulsado Radiación X de 1.02 Mev

++ ++

Positrón expulsado

Figura No. 11. Formación de pares

% Contribución del efecto 100 2

1

3

50 Cobre Z = 29

0.01

1.0

0.1

1. E. Fotoelectrico

10

2. E. Compton

100

MeV

3. F Pares

% contribución del efecto 100 2

1

3

50 Agua Z = 7.4

0.01

1.0

0.1

1. E. Fotoelectrico

2. E. Compton

29

10

100 MeV

3. F Pares

Figura No. 12. Características de absorción en función de la energía de los fotones de rayos X o γ. Tomándose en cuenta que la interacción de la radiación con la materia ocurre de una forma diferente conforme la energía que esa radiación posee, se verifica que el coeficiente de absorción presenta valores diferentes para diferentes energías de radiación. Retomándose, por ejemplo, la comparación entre el Plomo y el Aluminio, se vera que para otras energías, los valores de sus coeficientes de absorción varían:

MATERIAL

DENSIDAD

ENERGIA DE RAYOS GAMMA (MeV) 0.1

0.2

0.5

0.8

1.0

1.25

2

Aluminio

2.70

.435

.324

.227

.185

.166

.149

.117

Hierro

7.86

2.70

.090

.651

.522

.468

.418

.333

Cobre

8.933

3.81

1.31

.733

.585

.523

.466

.373

Plomo

11.34

59.9

10.1

1.65

.948

.776

.645

.52

Uranio

18.7

19.8

21.8

3.3

1.78

1.42

1.15

.90

Concreto

2.35

.397

.291

.204

.166

.149

.133

.105

Tabla No. 3. Coeficiente De Absorción

Por lo tanto, se puede resumir lo ya visto en dos reglas simples: ◊ Cuanto mayor sea el espesor, la densidad y el número atómico de un cierto material, mayor será la cantidad de radiación por él absorbida. ◊ Cuando mayor sea la energía de radiación incidente (más poder penetrante), dentro de ciertos límites, menor será la cantidad de radiación absorbida por el material. En la Tabla No. 4 se muestran los espesores equivalentes de materiales en función de la energía de radiación usada, tomando como referencia el Aluminio para energías menores de 150 KV y el Acero para energías mayores.

30

2.4. MEDIDA DE LOS EFECTOS FISICOS DE LA RADIACION Al trabajar con radiación ionizante como es el caso de la radiografía industrial, se habla de exposición, dosis, equivalente de dosis, Roentgen, Rad, Rem y dosis máxima permisible. Por lo tanto conviene precisar el alcance físico de esos conceptos. Ellos se basan principalmente en la ionización y en la transferencia de energía. 2.4.1. Ionización. En sentido amplio es la división de una molécula o de un átomo en dos porciones eléctricamente cargadas. En cuanto a la ionización causada por los rayos gamma, que son los que interesan, prácticamente queda limitada a la sustracción de un electrón a un átomo o a una molécula; de este modo, queda un par de iones; el ion positivo que es el átomo o la molécula después de haber perdido un electrón y el ion negativo que es el electrón arrancado.

Rayos X ( KV. ) Material 50 100 150 220 400 1 MeV 2 MeV 4-25 MeV Magnesio 0.6 0.6 0.5 0.08 Aluminio 1.0 1.0 0.12 0.18 Ale.de Al 2.2 1.6 0.16 0.22 Titanio 0.45 0.35 Acero 12.0 1.0 1 1 1 1 1 Ace Inox 12.0 1 1 1 1 1 1 Cobre 18.0 1.6 1.4 1.4 1.3 Zinc 1.4 1.3 1.3 1.2 Bronce 1.4 1.3 1.3 1.2 1.2 1.2 Inconel 16.0 1.4 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 Zirconio 2.3 2.0 1.6 Plomo 14.0 12.0 5.0 2.5 3.0 Uranio 25.0 3.9

Rayos γ Ir Cs Co Radio 192 137 60 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35

0.4

1 1 1.1 1.1 1.1 1.3

1 1 1.1 1.0 1.1 1.3

1 1 1.1 1.0 1.1 1.3

1 1 1.1 1.0 1.1 1.3

4.0 3.2 12.6 5.6

2.3 3.4

2.0

Tabla No. 4. Se muestran los espesores equivalentes de materiales en función de la energía de radiación usada

2.4.2. Exposición. Es la medida de la ionización causada por los rayos gamma sobre el aire. Cuantitativamente, es el cociente entre la carga de los electrones formados por rayos gamma sobre el aire, y la masa de aire afectado.

31

2.4.3. Roentgen (R). Es la unidad usual de exposición correspondiente a 0,000258 Culombio por Kilogramo de aire. 2.4.4. Dosis. Es la medida de la transferencia de energía de cualquier radiación a cualquier sustancia. Cuantitativamente, es el cociente entre la energía cedida por cualquier radiación y la masa de la sustancia irradiada. 2.4.5. Rad. Es la unidad usual de dosis, y corresponde a la transferencia de 100 ergios a un gramo de sustancia irradiada. 2.4.6. Equivalente de dosis. Es la medida del daño biológico de cualquier radiación sobre un mamífero. Cuantitativamente, es el producto de la dosis (Rad) por un factor especial (factor de calidad). El factor de calidad se ha determinado para varios tipos de radiación y se ha tomado como unidad el daño biológico de un Rad de rayos X. Para los rayos gamma el factor es uno (1). 2.4.7. Rem. Es la unidad de equivalente de dosis, y se define como la dosis de cualquier radiación ionizante que, aplicada a un mamífero, causa el mismo efecto biológico que un Rad de rayos X. Los daños al tejido humano suceden cuando muchos electrones se golpean en el exterior de los átomos causando en las células una forma de reproducción anormal, pérdida de su capacidad para reproducirse y en general trastornos en la estructura celular hasta el punto de provocar la muerte. Cuando una fuente de rayos gamma es retirada, la muestra ya no es afectada por la radiación y la muestra no llega a ser radiactiva. Lo mismo una persona quien ha sufrido daños por radiación no podría difundir los daños de la radiación a otros humanos. 2.5. MEDIDA DE LA RADIACION. Puesto que el hombre no puede sentir o medir la presencia de radiación, es necesario emplear instrumentos para su detección. Todo método de detección esta basado en la capacidad de la radiación para ocasionar ionización esto es, producir cuerpos eléctricamente cargados de átomos y moléculas, originalmente neutros. Para este caso se utilizará un intensímetro. Analíticamente. El índice de exposición es el cociente entre la exposición y el tiempo para un instante dado, si la exposición se acumula en un punto a ritmo constante ( o sea, que en cada segundo se suma la misma exposición que en el segundo anterior ), es valida la formula I=E / t

32

Donde "I" es el índice, "E" es la exposición en Roentgen y "t" el tiempo durante el cual se acumula la exposición a un ritmo constante. Con la siguiente formula también se puede calcular el tiempo de exposición: I=k*c / d2 Donde "k" es la " constante especifica de rayos gamma", que depende únicamente del radioisótopo. -Constante especifica es el índice de exposición que causa 1 Curio de un emisor gamma puntual y descubierto, a un metro de distancia en, ( Rm2 / hCi1 ),- "c" es la actividad del radioisótopo en Curios y "d" es la distancia del centro del radioisótopo al punto de interés.

3.0 EQUIPOS Y FUENTES DE RADIACION

3.1. APARATOS DE RAYOS X. Como se sabe, un electrón es una partícula de masa muy pequeña y dotada de carga eléctrica negativa. De esa forma es fácil acelerar un electrón usando una diferencia de potencial (voltaje). Cuando el movimiento de ese electrón es interrumpido por el choque con un obstáculo en su trayectoria, el electrón perderá la energía cinética que posee generando rayos X. La radiación obtenida a través del freno de electrones es conocida como radiación de frenado o Bremstrahlung. La gran mayoría de equipos industriales utiliza ese principio para la generación de rayos X. La parte del equipo donde son generados los rayos X es conocida como tubo de rayos X, esta consiste en una ampolla de vidrio resistente a la temperatura tipo Pyrex, dentro de la cual se produce el vacío. En el interior de la ampolla se pueden distinguir dos partes: El cátodo y el ánodo. El cátodo consiste en una pieza en forma de vaso, dentro de la cual esta colocado el filamento. Todo ese conjunto se halla ligado a un polo negativo de un circuito de alta tensión que se localiza fuera de la ampolla. El ánodo a su vez, se constituye como un bloque de metal conductor del calor y que posee en su extremo, volteada hacia el cátodo, una placa de metal que se denomina blanco. El ánodo se encuentra ligado al polo positivo del circuito de tensión (ver Figura No. 13). 1

4

3

2

33

5

1. Cátodo

2. Anodo

3. Filamento

4. Cúpula de concentración

5. Anticátodo

Figura No. 13. El tubo de rayos X Cuando se conecta el circuito se hace pasar una corriente por el filamento del cátodo, ese filamento es generalmente hecho de tungsteno y es semejante al de una lámpara común. Con el paso de la corriente por el filamento, se calienta y pasa a emitir electrones por el efecto termoiónico. A través del circuito de alta tensión se establece una gran diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. Como los electrones son dotados de carga eléctrica negativa, estos pasan a ser repelidos por el cátodo y atraídos por el ánodo, comenzando a ser desprendidos por el cátodo a velocidades crecientes. Cuanto mayor es el voltaje aplicado, mayor será la velocidad que los electrones en movimiento irán a producir. La desaceleración sufrida por los electrones cuando chocan contra el blanco, producirán un haz de radiación X. Se denomina corriente de tubo, al flujo de electrones que se dislocan entre el cátodo y el ánodo. Una característica importante en la generación de rayos X por el método descrito es el rendimiento que presenta. Se sabe que el electrón al alcanzar el blanco posee una cierta energía debido a su masa y velocidad que se denomina energía cinética. Un porcentaje de esa energía que el electrón posee, que se transforma en rayos X cuando este colisiona con el blanco, es lo que se denomina rendimiento. Normalmente entre el 0.01 al 10% de la energía del electrón se transforma en rayos X. El resto de esa energía se transforma en calor y que es cedido al blanco, así para una energía de 100 KV con un cátodo de tungsteno la eficiencia de generación es del 1% y para 1000 KV el aumento de la eficiencia es significativamente del orden del 10%. El rendimiento de la transformación de la energía cinética en rayos X puede ser encontrado por la siguiente formula: η = 1.4 * 10-9* * Z * V Donde: η: Rendimiento Z: Número atómico del material del blanco V: Diferencia de potencial. De esta forma se pueden determinar tres características importantes del material del blanco:

34

◊ Debe ser de un material con alto punto de fusión (como la mayor parte de la energía del electrón es transformada en calor, el material del blanco debe ser capaz de absorber ese calor sin que se funda). ◊ Debe ser de un material con un alto número atómico. (Cuanto mayor es el número atómico del material del blanco, mayor es el rendimiento de la transformación de la energía cinética en rayos X). ◊ Debe ser de un material con alta conductividad térmica. Con base en estos parámetros, el material más usado en la construcción de blancos, es el Tungsteno por tener alto punto de fusión y alto número atómico. Por ser muy grande la cantidad de calor generado en el blanco, el ánodo generalmente posee dispositivos de enfriamiento por medio de aire, gas, agua o aceite o aletas de refrigeración. El panel de control consiste de una caja donde están alojados todos los controles, indicadores, llaves y medidores. Además, contiene todo el equipo del circuito generador de alto voltaje. A través del panel de control, es que se hacen los ajustes de voltaje, amperaje y tiempo necesario, además de comandar el accionamiento del circuito. (Ver Figura No. 14). Protectores

Manómetro

Aceite

θ

Tubo

TIEMPO VOLTAGE Alimentación de línea

INTENSIDAD Lámpara piloto Transformador de alta tensión Cabezal Protectores

Figura No. 14. Esquema panel de control equipo de rayos X.

Las principales características de un equipo de rayos X son: ◊ Voltaje y amperaje máximos (KVpico o KVefectivo y mA) ◊ Tamaño del punto focal y tipo de haz de radiación

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◊ Peso y dimensiones ◊ Sistema de refrigeración. Voltaje y amperaje máximos: Estos determinan la capacidad de operación del equipo, pues están directamente ligados a lo que el equipo puede o no hacer. Eso se debe al hecho de que estos factores determinan las características de la radiación generada por el equipo. El voltaje se refiere a la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo y se expresa en KV. El amperaje se refiere a la corriente del tubo y se expresa en mA. Punto focal y tipo de haz de radiación: El tamaño del punto focal no es correspondiente al tamaño real del blanco, como el blanco se encuentra inclinado de 15 a 20° con relación al eje del ángulo de electrones y el tamaño del punto focal como es visto por la pieza radiografiada, es una proyección de las dimensiones reales del blanco, (ver Figura No. 15), este tendrá dimensiones menores que las reales definiendo el tamaño efectivo del blanco. Es deseable que el punto focal sea el menor posible para así obtener una radiografía de buena calidad. 15-20°

Anodo Foco térmico

Punto focal real

Punto focal efectivo

Figura No. 15 Tamaño efectivo del punto focal.

Otro dato importante se refiere a la forma del haz de radiación. Normalmente, el haz tiene la forma de un tronco de cono cuya dimensiones son conocidas. En algunos tubos especiales, al ánodo puede tener forma cónica es decir un cubrimiento de 360° permitiendo la toma de radiografías panorámicas Peso y dimensiones: Estos datos se refieren a las condiciones dentro de las cuales los aparatos pueden ser utilizados (trabajos en campo o en instalaciones estacionarias). Cuando es necesario tomar radiografías con rayos X en sitios de difícil acceso, en donde es necesario mover el equipo manualmente, el potencial máximo es cerca a los 300 KV ya que

36

para esta capacidad el equipo pesa alrededor de 70 Kg, consecuentemente el espesor máximo a radiografiar será del orden de 60 mm en Acero. Los aparatos más usados industrialmente poseen las siguientes características: Tensión máxima 180 - 300 KV Corriente anódica 5 - 10 mA Tiempo de exposición 5 - 10 min Tamaño focal 2 - 4 mm Peso del tubo 30 - 70 Kg 3.2. RAYOS GAMMA. Siguiendo las mismas características de los rayos X, los rayos γ se originan por un proceso completamente diferente. Cuando se describe la estructura del átomo, se dice que este era eléctricamente neutro o estable, ocurre que otras fuerzas están envueltas en la estructura del átomo, son fuerzas como aquellas que mantienen unidas las partículas que forman el núcleo de los átomos. Cuando estas fuerzas se encuentran en equilibrio, se dice que el átomo es estable. Si algún factor rompe este equilibrio de fuerzas el átomo pasa a lo que se llama el estado excitado. Como toda materia tiende siempre a procurar su forma más equilibrada, más estable, el núcleo del átomo excitado emite el exceso de energía que posee en forma de radiación γ, retornando en seguida a su estado estable. Este es el proceso que explica la emisión de rayos γ por algunos elementos naturales tales como Uranio e Iridio. Por tanto, mientras que los rayos X son emitidos por el frenado de electrones, los rayos γ son emitidos por el núcleo de átomos excitados. (Ver Figura No. 16).

Rayos γ

Figura No. 16. Emisión de rayos gamma.

37

Solo los rayos γ son usados para radiografía industrial, las fuentes de radiación pueden emitir energías de otras formas, tales como partículas α y β. Cuando se bombardean ciertos elementos naturales estables con neutrones, algunos de esos neutrones son capturados por los núcleos de los átomos del elemento. Como esos neutrones representan un torrente de energía, los átomos que capturan los neutrones pasan a un estado de excitación, emitiendo radiación para poder retornar a su estado estable. Cuando es descrito el átomo se dice que este se caracteriza por dos números: El número atómico (Z) y el número de masa (A). Como el número de masa de un átomo es la suma de los protones y neutrones de su núcleo, cuando el átomo captura más de un neutrón, pasa a tener un número de masa diferente. Ejemplo el caso de un átomo de Cobalto, que posee un número de masa 60 (59 + 1) y permanece con el mismo número atómico. Se llaman isótopos a los átomos de un mismo elemento que poseen el mismo numero atómico pero el número de masa es diferente. De esta forma se dice que el Co-60 es un isótopo del Co-59. Como el Co-59 es estable (no emite radiación) y el Co-60 es inestable (emite radiación), se dice que el Co-60 es un radioisótopo. La mayoría de los radioisótopos usados industrialmente son producidos por el bombardeo con neutrones de sus isótopos estables. A través de ese proceso es que son producidos el Co-60, Ir-192, Tulio-170 y otros. A continuación se presentan las definiciones relacionadas que pueden ser útiles: 3.2.1 Núclido. El término núclido se usa para denominar, a cualquier especie atómica caracterizada por el número de protones y por el número de neutrones, así como una energía de enlace de estas partículas. Todo núclido pertenece a determinado elemento químico; de cada elemento químico hay varios núclidos. 3.2.2. Isótopo. Son los núclidos cuyos átomos tienen igual número de protones pero un número diferente de neutrones y pertenecen al mismo elemento químico. Los isótopos pueden encontrarse en forma natural o producirse artificialmente. 3.2.3. Isótopos naturales. Son todos los núclidos existentes en la naturaleza, por ejemplo; el carbono 12 y el carbono 13 que son isótopos del elemento químico Carbono. Algunos elementos se presentan en la naturaleza bajo la forma de un sólo núclido pero la mayor parte de los elementos, se presentan en la naturaleza como una mezcla constante y definida de dos o más núclidos, isotópicos entre si, químicamente iguales y físicamente distintos. 3.2.4. Isótopos artificiales. Todos los isótopos que se han producido artificialmente se ha encontrado que son inestables y en consecuencia radiactivos . Estos son obtenidos en reacciones nucleares mediante división de átomos grandes (fisión nuclear) o alterando la relación N/Z de los núcleos estables (activación por captura neutrónica).

38

3.2.5. Radiactividad. La radiactividad consiste en la emisión espontanea de radiaciones por parte de los núcleos de los isótopos radiactivos. Se ha establecido que la probabilidad de desintegración de todos los núcleos de los átomos de un mismo isótopo radiactivo es idéntica y la fracción de estos, que se desintegra por unidad de tiempo es siempre constante. A esta constante se le denomina constante de semidesintegración (l). Si N es el número de átomos radiactivos en una muestra. La velocidad con que disminuye dicho número de átomos por desintegración de los mismos en función del tiempo (- dN/dt), será igual al producto de N por la constante de semidesintegración, es decir: - dN / dt = λ * N

(1)

El termino dN/dt se expresa en desintegraciones por segundo y se llama actividad. Puesto que λ es constante para cada radioisótopo, la actividad de una muestra (dN/dt) es directamente proporcional al número de átomos presentes, por lo tanto al integrar la ecuación 1, se obtiene: Nt = No * e-λt

(2)

Donde: No = Número de átomos radiactivos existentes inicialmente en la muestra Nt = Número de átomos que quedan al cabo de un tiempo t. Puesto que la actividad dN/dt es proporcional a N, se puede escribir también: At = Ao * e-λt

(3)

Esta ecuación es la más utilizada para expresar la ley fundamental de la radiactividad 3.2.6. Período de semidesintegración. Es el tiempo requerido para que la actividad inicial de un isótopo radiactivo (At) se reduzca a la mitad, o sea: At = 1 / 2 * Ao

(4)

Sustituyendo la ecuación 3 en la 4 y reemplazando t por el período de semidesintegración t1/2 se obtiene: λ = Ln 2 / t1/2

(5)

At = Ao * e

(6)

- Ln 2 / t1/2

3.2.7. Actividad. La actividad en una muestra radiactiva es el número de desintegraciones por la unidad de tiempo (dN / dt). La unidad es el Curio (Ci) y se define como la actividad de una

39

muestra en la que se desintegran 3.7 * 1010 átomos por segundo. En el sistema internacional de unidades la unidad de actividad es el Becquerelio (Bq) y se a definido: 1 Becquerelio = 1 Desintegración = 1 / 3.7 * 1010 Ci seg

(7)

3.2.8. Actividad especifica. La actividad especifica de una muestra radiactiva es la actividad por unidad de masa del radioisótopo. Las unidades son Becquerelio / gramo o Curio / gramo. Como la actividad A(t) de una muestra radiactiva es proporcional al número de radionúclidos contenidos en la misma se puede decir: At = λ * N

(8)

La ecuación (8) sirve para determinar la actividad especifica una vez que se conoce la constante de semidesintegración (λ). 3.2.9. Energía de las radiaciones. La energía de las radiaciones emitidas por un determinado radioisótopo son características de este elemento. Esto significa que radioisótopos diferentes emitirán radiaciones de energía también diferentes. Esta energía se expresala en Mega electrón voltio (MeV). 3.2.10. Electrón voltio (eV). Se define como la energía que adquiere un electrón cuando se acelera en el vacío a través de una diferencia de potencial de un voltio. 1 eV = 1.6 * 10-19 Julios. 3.2.11. Formas de desintegración. Algunos modos de desintegración que se han observado en las sustancias radiactivas, y que están determinadas por los principios de conservación de carga eléctrica, de masa y de energía serán citados a continuación.: ◊ Partículas Alfa (α). La partícula alfa es un núcleo de Helio (2He4) con dos protones y dos neutrones. Por lo tanto, es una partícula con carga eléctrica positiva y con número de masa igual a 4, puede poseer una energía muy alta (hasta 11 Mev), esas partículas poseen poder de penetración muy pequeño. Basta una hoja de papel Aluminizado de 0.006 cm. de espesor para absorber la partículas α emitidas por un radioisótopo. ◊ Partículas Beta (β). Las partículas Beta son un flujo de electrones producidos durante el decaimiento de un radioisótopo que las emite. Las partículas Beta pueden proveer una energía que varía de algunas centenas a 2-3 MeV. Una placa de aluminio, con espesor de 5 a 6 mm es suficiente para detener todas las partículas Beta. ◊ Desintegración por captura electrónica. En este tipo de desintegración el núcleo original captura un electrón, el cual era uno de los electrones orbitales, generalmente de la capa k, y

40

el hueco que queda en la capa k se llena con un electrón de la capa más externa y, como consecuencia se emite un rayo X característico. ◊ Desintegración gamma. Cuando se describe la estructura del átomo, se dijo que este era eléctricamente neutro o estable. Ocurre que otras fuerzas están envueltas en la estructura del átomo. Son fuerzas como aquellas que mantienen unidas las partículas que forman el núcleo de los átomos. Cuando estas fuerzas se encuentran en equilibrio, se dice que el átomo es estable. Si algún factor, rompe este equilibrio de fuerzas el átomo pasa a lo que se llama de "estado excitado". Como toda materia tiende siempre a procurar su forma más equilibrada, más estable, el núcleo del átomo excitado emite el exceso de energía que posee en la forma de radiación gamma, retornando en seguida a un estado estable. Este es el proceso que explica la emisión de rayos gamma por algunos elementos naturales, o por los producidos artificialmente. 3.3. EQUIPOS DE GAMMAGRAFIA. Las fuentes usadas en gammagrafía (radiografía con rayos gamma) requieren cuidados especiales, ya que una vez activadas producen radiación constante. Como la emisión de rayos gamma no puede ser controlada, es necesario conservar las fuentes en cápsulas de materiales absorbentes, tales como Plomo aleado o Uranio empobrecido. Para su operación estas fuentes son equipadas con dispositivos mecánicos magnéticos o neumáticos que permiten colocar la fuente en posición para exposición sin que el operador reciba dosis excesivas. Como la radiación ocurre siempre en todas las direcciones algunas veces es necesario el uso de dispositivos que absorban la radiación esto por razones de seguridad y para reducir la radiación dispersa. La Figura No. 17 muestra un esquema de el funcionamiento de una fuente radiactiva usada en radiografía industrial. Ese equipo se denomina irradiador o contenedor de trabajo para distinguirlo de los contenedores de recambio.

251 49

41

36

66

110

167

36 64

42 65

83

Figura No. 17. Esquema general de una fuente de Ir-192 (cotas en mm, peso 15.5 Kg)

Los irradiadores se componen básicamente de tres partes fundamentales: Un blindaje, una fuente radiactiva y un dispositivo para exponer la fuente. Los blindajes pueden ser construidos con diversos tipos de materiales, generalmente son construidos con elementos pesados (Plomo y sus aleaciones y Uranio empobrecido), estando contenido dentro de un elemento externo como un recipiente de acero, que tiene la finalidad de proteger este blindaje contra golpes. Una característica importante de los irradiadores que los distingue respecto al blindaje es su capacidad. Como se sabe, las fuentes radiactivas pueden ser fabricadas con diferentes actividades y cada elemento radiactivo posee una energía de radiación propia. Así cada blindaje es dimensionado para contener un elemento radiactivo especifico, con una cierta actividad máxima determinada. Por lo tanto, no es aconsejable usar un irradiador proyectado para determinado elemento con fuentes radiactivas de elementos diferentes o de otras actividades. Ese tipo de operación solo puede ser realizado por personal especializado y nunca por el personal que opera el equipo. La fuente radiactiva consta de una determinada cantidad de un isótopo radiactivo. Esa masa de radioisótopos es encapsulada y sellada dentro de un pequeño envoltorio metálico, destinado a impedir que el material radiactivo entre en contacto con cualquier superficie y disminuyendo los riesgos de una eventual contaminación radiactiva. La única característica que presentan en común es el hecho de que permiten al operador trabajar a una distancia segura de la fuente sin exponerse al haz directo de radiación.

42

3.4. COMPARACION ENTRE RAYOS X Y RAYOS GAMMA. Uno de los problemas más comunes en la radiografía industrial es la selección del tipo de equipo a ser usado (rayos X o rayos γ). Comparación en cuanto al tipo de radiación: ◊ En los rayos X es posible controlar la calidad de la radiación generada a través del control de voltaje del tubo. Eso permite que se use el mismo aparato de rayos X para radiografiar un intervalo más amplio de materiales y espesores, siempre usando la energía de radiación óptima. ◊ En los rayos X es posible controlar la intensidad de radiación, a través del control del miliamperaje. Eso permite, dentro de ciertos limites, tiempos de exposición más cortos que los obtenidos con el empleo de rayos gamma. ◊ Dentro de las mismas dimensiones y peso del equipo, ciertos isótopos permiten una obtención de una energía más alta de radiación que los equipos de rayos X. Ejemplo, para obtener la energía de la misma calidad del Cs-137 es necesario emplear un equipo de rayos X con capacidad de 1 MV cuyas dimensiones en peso son mayores que un irradiador de Cs137. Comparación en cuanto al tipo de equipo: ◊ Los irradiadores gamma son más simples y tienen una manutención más barata que los equipos de rayos X, representando un costo inicial bajo y un mantenimiento mínimo. ◊ Los irradiadores gamma, de modo general no necesitan de fuentes de energía para operar. Eso representa una ventaja sobre los equipos de rayos X que necesitan de fuentes de energía eléctrica, agua para refrigeración, etc. Esa ventaja se torna más sensible cuando los ensayos son ejecutados en campo. ◊ Por ser más robustos, los irradiadores γ están menos sujetos a fisuras y aparecimiento de defectos de operación. Los irradiadores gamma son más pequeños y más livianos que los equipos de rayos X, permitiendo la toma de radiografías en lugares de difícil acceso y posicionamiento. ◊ La operación de los irradiadores γ es más simple, pues el operador solamente se preocupa del tiempo de exposición. Eso no ocurre con los equipos de rayos X donde el operador debe preocuparse por el tiempo de exposición, voltaje, amperaje, unión de cables, etc.

I

Rayos γ

I Co-60 Rayos X

R X 200

Ir192

43 λo

λ máx = λ isótopo

λ(Å)

0.01 0.08

0.15

λ(Å)

Figura No. 18. Comparación entre el nivel de penetración de los rayos X y los rayos γ

Si se compara el nivel de penetración los rayos X y los rayos gamma, por ejemplo para 200 KV, de donde λo = 0.08 Å y λmáximo aproximado de 0.15 Å y si tomamos este valor como representativo de la medida de las emisiones de rayos X, se observará que son mucho menores que las longitudes de ondas de Ir-192 (λ = 0.04 Å) y Co-60 (λ = 0.01 Å). Ver Figura No. 18. Las siguientes equivalencias se dan en términos de capacidad de penetración: Cs-137 Ir-192 Co-60

066 MeV 0.31; 0.47; 0.60 MeV 1.71; 1.33 MeV

= = =

1320 KV 650 KV. 2500 KV

Rayos X Rayos X Rayos X.

Dentro de un marco general se puede concluir que los equipos de rayos X poseen un intervalo de utilización más amplia, en cuanto a la obtención de energías se refiere, que los irradiadores gamma, lográndose radiografías de mejor calidad. Los equipos de rayos X son los ideales para instalaciones fijas, donde la pieza a ser radiografiada puede ser llevada o traslada hasta el aparato. Aunque con un intervalo de aplicación limitado, los irradiadores gamma presentan una mayor versatilidad, siendo ideales para servicios en campo. Son más baratos, más robustos y tienen una manutención más simple y barata.

4. PELICULA RADIOGRAFICA PARA LA INDUSTRIA

Las películas industriales consiste de una lamina plástica flexible y transparente que sirve de base. Sobre esta película se aplica una emulsión gelatinosa de aproximadamente 0.25 mm de espesor que contiene pequeños cristales de Bromuro de Plata o de un elemento sensible a la radiación. Generalmente esta emulsión es aplicable a ambos lados de la película base para reducir el tiempo de exposición. Ver Figura No. 19

44

a b c d a b c

a ) Capa de gelatina endurecida que protege la emulsión. b ) Capa de emulsión. c ) Capa muy delgada llamada substrato que asegura la adherencia de la capa de emulsión al soporte. d ) Soporte de triacetato de celulosa o poliester.

Figura No. 19. Componentes de una película radiográfica

Cuando los cristales de Bromuro de Plata han sido irradiados sufren una transformación invisible por eso deben ser sometidas a una acción química con una sustancia llamada revelador que la transforma en Plata metálica de color Plata que ira a formar la imagen. 4.1 DEFINICIÓN DE ALGUNOS TERMINOS SENSITOMETRICOS 4.1.1 Sensitometría. La sensitometría, en su sentido más amplío, es la ciencia que estudia los efectos de la exposición y del revelado sobre las emulsiones fotográficas. 4.1.2 Emulsión fotográfica La emulsión fotográfica ( fotosensible o radiosensible ) que cubre las películas, placas y papeles fotográficos, esta constituida principalmente por una mezcla de gelatina y de cristales de Halogenuro de plata microscópicos. Antes del revelado y del fijado, la capa de emulsión de una película fotográfica presenta un tono verde claro. 4.1.3 Imagen latente. Cuando se proyecta una imagen luminosa ( o radiante ) sobre una capa fotosensible, esta sufre una modificación en los lugares que reciben una suficiente cantidad de luz (o de radiación ); partículas extremadamente pequeñas de cristales de Halogenuro de plata son transformadas en plata. Estas trazas de metal son tan pequeñas que la capa fotosensible permanece aparentemente inalterada. Sin embargo, estas trazas se forman en gran número en los lugares alcanzados por una gran cantidad de luz mientras que son menos numerosas en aquellos lugares en que la luz a ejercido una acción más débil. De esta manera se forma una imagen completa aunque todavía invisible, en la capa fotosensible durante la exposición. Esta imagen se denomina “imagen latente” 4.1.4 El revelado. El revelado es el tratamiento por el cual se transforma la imagen latente en imagen visible. Para llegar a este resultado, los cristales de la emulsión, portadores de trazas de plata, es decir, aquellos que llevan la imagen latente ( y en principio, solo estos ), son reducidos a plata (negra). Numerosos productos químicos son aptos para reducir los

45

Halogenuros de plata a plata. reveladoras ”.

Estos productos especiales se denominan “ sustancias

4.1.5 Densidad (fotográfica). Cuando se observa por transparencia una imagen fotográfica sobre película, se comprueba que esta compuesta por diversas playas de diferente intensidad luminosa, que dependen de la densidad local de la capa de emulsión. la densidad se halla por la siguiente formula: D = Log ( Intensidad de la luz incidente / intensidad de la luz transmitida ) Siendo así, cuando la película es atravesada por: 1 / 10 1 / 100 1 / 1000

de luz incidente de luz incidente de luz incidente

D=1 D=2 D = 3.

Existen aparatos llamados densitómetros usados para determinar la densidad. La lectura se realiza por comparación con películas patrones. 4.1.6. Contraste. Es la relación A / B de dos magnitudes que pueden ser por ejemplo: las intensidades A y B de dos partes distintas de la imagen radiante. El contraste entre dos densidades, se expresa por su diferencia. En efecto un cociente en el sistema lineal corresponde a una diferencia en el sistema logarítmico. Así, el contraste que existe entre una densidad 1.5 y 1 es de 0.5. Una imagen fotográfica ( radiográfica ) presenta habitualmente diferentes contrastes. Observación: Al igual que se utilizan, en sensitometría, las densidades fotográficas y los valores logarítmicos de las exposiciones, se entenderá siempre por el término “ contraste ” la expresión logarítmica.

El contraste depende de: ◊ La variación del espesor debido a heterogeneidades del material. Que provoca diferencias en las cantidades de energía radiante emergente de una región a otra. ◊ El tipo de radiación usada. De acuerdo a los conceptos de dispersión cuanto mayor es la penetración de la radiación menor es la diferencia entre la intensidad de radiación emergente de varias regiones (diferentes espesores) de una misma pieza. Así, siendo la radiación de mayor energía cuántica produce menor contraste. ◊ El tipo de película. Las películas de las diferentes casas fabricantes presentan variaciones de contraste y densidad cuando se exponen a una misma radiación.

46

El contraste de las películas se caracteriza por la inclinación (gradiente) de la curva característica en un punto determinado de la misma, es decir para una misma exposición, las diferencias de densidades obtenidas serán tanto mayores cuanto mayor es la inclinación de la curva. La Figura No. 20 muestra la variación de la inclinación en función de la densidad para cada tipo de película Gradiente 7. Tipo 1 Tipo 2 5.

Tipo 3

3. Tipo 4 1. 0. 0.

1.

2. Densidad

3.

4.

Figura No. 20. Variación del contraste de la película en función de la densidad.

4.1.7. Velo o densidad de fondo. Es la densidad que presenta una película cuando es revelada sin haber sido expuesta a ningún tipo de radiación. La aparición de este velo se debe fundamentalmente a dos causas: En primer lugar a la absorción de luz por el soporte o base y en segundo lugar a la aparición del velo químico como consecuencia de la acción ejercida por los reactivos químicos utilizados en los baños de revelado y fijado sobre la emulsión. Cuanto mejor es la calidad de la película menor será su velo. 4.1.8. Radiación actínica Una radiación es actínica con respecto a una emulsión fotográfica determinada, cuando es capaz de engendrar una imagen latente en esta emulsión.

47

4.1.9. Exposición Se denomina exposición (Ι*t o E) a la cantidad de luz (o de radiación) que actúa sobre una parte determinada de la emulsión, es decir, al producto de la intensidad luminosa o radiante (Ι) por el tiempo (t) de exposición. Como que la imagen radiante presenta normalmente varias intensidades diferentes, la capa fotosensible recibe, en una sola exposición, una serie de exposiciones diferentes.

E=Ι*t

Ι = Actividad de la fuente (rayos γ ) o mA (rayos X) t = Tiempo de exposición

Como Ι es proporcional a la cantidad de fotones generado por unidad de tiempo (tanto para rayos X como para rayos γ) la exposición (E) es proporcional a la cantidad de fotones emitidos por la fuente de radiación en un intervalo de tiempo (t).

GRANO GRUESO

GRANO FINO

Grano expuesto Grano no expuesto. Figura No. 21. Efecto del tamaño de los cristales sobre la definición de la imagen.

En general un fotón es suficiente para impresionar un cristal de la emulsión, independiente de su tamaño. Solamente cuando los cristales son muy pequeños o cuando la energía cuántica es muy elevada este fotón podrá impresionar a más de un cristal. Así siendo un miliamperaje o una actividad, el tiempo necesario para impresionar la película dependerá del tamaño de estos cristales, pues cuanto mayor fueran estos más rápidamente la película alcanzara una cierta densidad. Por otro lado, cuanto mayor es el tamaño de los cristales más imperfectos se mostraran sus contornos y de hay que la imagen sea menos nítida. Las películas radiográficas industriales se clasifican de acuerdo con la ASTM E 94 en cuatro grandes grupos o tipos, en función de su rapidez, contraste y tamaño de grano. El detalle de esta clasificación es el que aparece en la Tabla No. 5.

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TIPO DE PELICULA 1 2 3 4 (a)

VELOCIDAD Baja Media Alta Muy Alta (a)

CONTRASTE Muy Alto Alto medio Muy Alto (a)

TAMAÑO DEL GRANO Extra Fino Fino Grueso (b)

(a): Las películas pueden ser usadas con pantallas fluorescente de Plomo. En exposición directa producen imágenes de buen contraste, con un tamaño de grano medio y una velocidad media. (b): La calidad de la imagen depende de la pantalla fluorescente usada.

Tabla No. 5. Clasificación de las películas radiográficas.

El código ASME en su Sección V permite la utilización de películas de granulación igual o más fina que el tipo 2. 4.1.10. Contraste de la emulsión. Es la influencia que ejerce esta sobre los contrastes de la imagen fotográfica. Una emulsión que refuerza la mayoría de contrastes de la imagen radiante, se llama “emulsión contrastada”. En el caso contrario, se habla de una “emulsión suave”. Una emulsión que traduce la mayoría de contrastes de la imagen radiante poco o no modificados, se denominan normalmente “contrastadas” 4.1.11. Gradiente. Es el punto de una parte no rectilínea de la curva característica, la pendiente (a/b, Figura No 22 ) de esta es igual a la de la tangente a la curva en este punto. La pendiente en un punto dado de la curva se llama gradiente. 4.2. PANTALLAS REFORZADORAS El velo producido por la acción de la radiación difusa sobre la película se puede disminuir considerablemente con el empleo de diafragmas o colimadores y pantallas protectoras, pero sobre todo, con la utilización de pantallas reforzadoras de Plomo. Estas pantallas están constituidas por una lamina de Plomo adherida a un soporte delgado que suele ser de papel o carbón. Generalmente se utilizan dos pantallas, una anterior y otra posterior, entre las que se coloca la película radiográfica. El espesor de la lamina de Plomo de la pantalla anterior debe ser el adecuado a la calidad de la radiación que se utilice, de forma que permita el paso de la radiación primaria y detenga tanto como sea posible, la radiación secundaria de mayor longitud de onda y menor poder de penetración. Los espesores de las pantallas de Plomo más frecuentemente utilizados, según la radiación empleada, son los que se dan en la Tabla No. 6.

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ESPESOR DE LA LAMINA DE PLOMO (pulgadas)

ESPESOR EN PULGADAS DE ACERO

FUENTE

FRONTAL

TRASERA

1

150 KV.

0.005

0.005

X

250 KV.

0.005

0.005

1000 KV.

0.030

0.010

X

X

X

0.005

0.005

X

X

X

0.030

0.010

X

X

X

X

TIPO I

0.005

0.OO5

X

X

X

X

TIPO II

10 MeV

0.040

0.010

X

X

X

X

TIPO II

15 MeV

0.030

0.010

X

X

X

X

TIPO I

IRIDIO-192

O.005

0.01

X

0.010

0.010

COBALTO-60

0.005

0.010

( 21 Ci)

0.010

0.010

COBALTO-60 (1000 Ci)

0.010

0.010

RADIO-226

0.010

0.010

2000 KV.

2

4

6

TIP0 II X

TIPO II X

TIPO I TIPO II

TIPO II X

X

TIPO II

X

TIPO II X

X X

X

PELÍCULA

X

TIPO II X

X

TIPO II TIPO II

Tabla No. 6. Espesores de las pantallas de plomo más usadas. La combinación de espesores más frecuentemente utilizada es la 0.1 mm para la pantalla anterior y 0.15 mm para la pantalla posterior. El Plomo que constituye la pantalla reforzadora bajo la acción de la radiación X o γ, emite una radiación beta (electrones), a la cual es sensible la emulsión fotográfica. Esta radiación beta es tanto más intensa cuanto más dura es la radiación incidente. La acción de esta radiación beta se suma a la producida por la radiación X o γ principal, dando lugar a una disminución del tiempo de exposición. De lo expuesto se deduce que las pantallas reforzadoras de Plomo se utilizan con dos fines principales: ◊ Reducir el tiempo de exposición

50

◊ Mejorar el detalle de la imagen radiográfica. La superficie de estas pantallas de Plomo debe estar pulida para así conseguir un contacto íntimo entre ellas y la película radiográfica. Cualquier imperfección en las pantallas, tales como arañazos o suciedad, serán visibles en la imagen radiográfica. En la Tabla No. 7 se dan las recomendaciones para el uso de pantallas reforzadoras en la toma de radiografías

VOLTAJE MAXIMO (KV)

PANTALLAS

APLICACIONES Y LIMITES APROXIMADOS DE ESPESOR

Ninguna

Secciones finas de la mayoría de los materiales, espesores moderados de grafito y Berilio, pequeños componentes electrónicos, madera, plásticos, etc. Ninguno o plomo 5” de Aluminio o su equivalente 1” de acero o su equivalente

50

150 Fluorescente Plomo

1 - 1 / 2” de acero o su equivalente 2” de acero o su equivalente

Fluorescente Plomo

3” de acero o su equivalente 3” de acero o su equivalente

Fluorescente Plomo

4” de acero o su equivalente 5” de acero o su equivalente

Fluorescentes Plomo Plomo

8” de acero o su equivalente 8” de acero o su equivalente 10” de acero o su equivalente

250

400

1000 2000 8 - 25 MeV

Tabla No. 7. Recomendaciones para el uso de las pantallas reforzadoras.

51

4.3. CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS PELICULAS RADIOGRAFICAS. Las películas radiográficas, al igual que todas las películas fotográficas, pueden ser comparadas entre si de una forma cualitativa en cuanto se refiere a su rapidez y contraste. No obstante, para un mejor conocimiento de las películas y sus posibilidades de aplicación, es preciso realizar un examen cuantitativo de lo que los términos contraste y rapidez representan. Para este examen cuantitativo se determinan las “curvas características”, “curvas sensitométricas” o “curvas H.D (Hurter-Driffield)” de las películas que relaciona la exposición aplicada a una película con la densidad resultante, obtenida en condiciones de procesado de las películas previamente establecidas y normalizadas. Para la construcción de estas curvas, las exposiciones se realizan generalmente manteniendo constante la intensidad de la radiación y variando el tiempo de forma que cada zona o banda de la película cuyas características se quieren determinar, reciba una exposición cuyo tiempo sea el doble de la anterior. Las densidades obtenidas se disponen en el eje de las ordenadas mientras que las exposiciones se colocan en las abcisas en las que se representan bajo la forma de los logaritmos de la exposición relativa. Densida 4. 3. 3. Tipo 3

2.

Tipo 1

2. Tipo 4

1. 1.

a

0.

b

0. 0.

1. 1. Log Exp

2.

2.

3.

Figura No. 22. Curvas características de películas radiográficas

La Figura No. 22 muestra las curvas características correspondientes a algunos tipos de película indicados en la Tabla No. 5. Si se observan esta curvas, se aprecia en primer lugar que

52

ninguna de ellas comienza en densidad cero. Esto se debe a que toda la película radiográfica presenta una pequeña densidad inherente o “velo”, que puede ser medida sobre una película que no haya sido expuesta y que se ha revelado en condiciones normales. Como la radiación que alcanza la película depende de innumerables variables (dimensiones de la pieza, pantallas intensificadoras, distancia fuente película, energía, etc.). Para correlacionar la densidad con la exposición es necesario una curva característica para cada conjunto de valores constantes de esta variables. Para poder tener un único gráfico, se establecen valores arbitrarios para la exposición en el eje de las abcisas con escala logarítmica. Las curvas así obtenidas, dependen de las características de la película y del revelado, siendo más utilizada para cálculo de exposición. Nótese que la película tipo 1 exige de mayores exposiciones que la de los otros tipos para alcanzar una misma densidad. Por eso se llaman películas lentas. Inversamente películas tipo 3 son más rápidas y producen imágenes menos nítidas. Las películas tipo 4 su comportamiento es semejante al del tipo 2. Las Figuras No. 23 y 24 presentan las características de las marcas Densidad comerciales de las películas radiográficas.

3.

D5

D 10

2. D7

D4

D2

1.

0. 0.

1.

2.

3. 3. Log exp. rel.

10

102

103

Figura No. 23. Curvas características de películas Agfa-Gevaert.

53

Teniendo en cuenta las recomendaciones de la norma ASTM E94, las indicaciones contenidas en las Tablas No. 8 y 9, pueden servir como guía para la elección de la película más adecuada al trabajo que se vaya a efectuar.

Densidad

3.

M M

T

2. R

1.

0. 0. 0

1. 0

2.

3.

10

102

3.

Log Exp. rel. 103

Figura No. 24. Curvas características de películas Kodak Americana.

RAPIDEZ 400 350

KODAK Americana

KODAK Inglesa

KODAK Francesa

Kodirex

Kodirex

54

GEVAERT Structurix

DUPONT

D10

NDT 55

300 250 200 150 100 85 80 50 25 20 12 6

Industrex-D AA

Crystallex

Definix

T

D7

NDT 45

T

D5

M3

M R

D4 D2 D2(simple)

M2 M1

Microtex M R R(simple)

Tabla No. 8. Equivalencias de marcas comerciales de películas radiográficas.

ESPESOR DEL 50-80 MATERIAL (Pulg) KV

80-120 KV

120-150 KV

150-250 KV

Ir-192

250-400 KV

1 MEV

Co-60

2 MEV

Ra

6-31 MEV

ACERO 0-1/4 1/4-1/2 1/2-1 1-2 2-4 4-8 >8

3 4

3 3 4

0-1/4 1/4-1/2 1/2-1 1-2 2-4 4-8 >8

1 2 2 3 4

1 1 1 2 3 4

0-1/4 1/4-1/2 1/2-1 1-2 2-4 4-8 >8

4

3 3 4

0-1/4 1/4-1/2 1/2-1 1-2 2-4 4-8 >8

1 1 2 2 3 3

2 2 3

1 2 2 3 4

2 2 3

1 2 2 4 4

1 1 2 3

2 2 3

1 1 2 2 3

1 1 1 1 2 3

2 2 3 3

1 1 1 2 2 3

2 2 3 3

1 1 2 2

ALUMINIO 1 1 2 2 3

1 1 1 2 3

2 2 4 4

1 2 3 4

1 1 2 4

1 1 2 3

BRONCE 1 2 2 3 3

1 1 2 3 4

MAGNESIO 1 1 1 1 2 2

1 1 1 2 2 4

1 1 3

1 1 2

Tabla No. 9. Guía para la selección de la película.

55

2 2 3

1 1 2 2

4.4. USO DE LA CURVA CARACTERÍSTICA Una curva característica sirve para solucionar una serie de problemas de obtención e interpretación de radiografías. A continuación se muestran una series de ejemplos del uso de estas curvas características. Ejemplo No. 1. Se supone que una radiografía con película Z (Figura No. 25 ), con exposición de 12 mA/min presenta una densidad de 0.8. Si se aumenta la densidad a 2 que es el valor requerido. ¿Cual será la exposición necesaria para lograr la densidad requerida?. Log E1 = 1.00 Para D = 0.8; Log E2 - Log E1 = Log (E2 / E1) = 0.62;

Log E2 = 1.62 Para D = 2.0 Anti Log 0.62 = E2 / E1 = 4.2

Como E1 = 12 mA/min; entonces E2 = 12 * 4.2 = 50 mA/min.

Densida 4. 3.

Densida 4. 3.

PELICULA Z

3.

3.

2.

2.

PELICULA Z PELICULA X

2.

2.

1.

1.

1.

1.

0.

0. 1.62

0.

1.91

0. 0.

1.

1.

2.

2.

3.

0.

Log Exp l i

1. 1. 0Log Exp l i

Figura No. 25 y 26. Ilustración de los ejemplos Números 1 y 2.

56

2.

2.

3.0

Ejemplo No. 2. Una película X tiene grano más fino y mayor contraste que la película Z, con una densidad igual a 2 (Figura No. 26), para esta densidad con la película Z, la exposición era igual a 50 mA/min (ejemplo 1). ¿Cuál será la nueva exposición para la película X?. Si E3 es la nueva exposición necesaria, se tiene: Log E2= 1.62 Log E3 = 1.91

Para una película Z D = 2.0 Para una película X D = 2.0

Log E3- Log E2= 0.29

Anti Log 0.29 = E3 / E2= 1.95

Como E2= 50 mA.min entonces E3= E2 * 1.95 = 97.5 mA/min. Ejemplo No. 3. Supóngase que se toma una radiografía a una pieza irregular usando una película tipo X (Figura No. 27), obteniéndose una densidad máxima de 1.2 y la mínima de 0.4. Como el contraste para la densidad igual a 0.4 es muy bajo, se desea aumentar este valor a una densidad mínima igual a 1. Al pasar el valor mínimo de la densidad de 0.4 a 1 el valor máximo de la densidad que era 1.2 pasará a tener un valor mayor. ¿Cuál será el nuevo valor máximo de la densidad ?. Log E mín. = 1.02 Log E máx. = 1.67

Para D = 0.4 Para D = 1.2

Log E máx. - Log E mín. = Log ( Emáx / Emín ) = 1.67 - 1.02 = 0.65 Manteniéndose la misma calidad de la radiación (0.65),este intervalo de Log. E, deberá separar las exposiciones entre las dos zonas del objeto. En su consecuencia Log E mín = 1.56 Para D =1

Log E máx. = Log E mín + 0.65 = 2.21

A cuyo valor de Log E máx = 2.21 le corresponde el valor de la nueva densidad, Densida D = 3.64 Densida 4. 4. 3.

3.

PELICULA X

3.

3. PELICULA X

2.

2.

2.

2.

1.

1.

1.

1.

0.

0. 57

0. 0.

1.

1.

2.

Log Exp

2.

0. 0.

1. Log Exp

2.

2.

1.02

1.67

3.0

1.

3.0

Figura No 27 y 28. Ilustración de los ejemplos No 3 y 4 Ejemplo No. 4. Al tomarle una radiografía a una pieza de acero de espesor 25 mm empleando una película X y con una exposición de 180 KV y 24 mA se obtiene una densidad D = 1.5. ¿Que densidad se obtendrá en una zona de este objeto que presente un espesor de 19 mm?. De acuerdo con el ábaco de exposición Figura No. 29. Para 180 KV y densidad 1.5 el Log de la exposición para 19 mm de acero es de 0.94 (Anti Log E = 8.7 mA/min). Log (E2 / E1) = Log (24 / 8.7) = Log 2.75 = 0.45 De la Figura No. 28. Se tiene que Log E1 = 1.79 (para densidad = 1.5) Log E2 - 1.79 = 0.45 Log E2 = 2.24 : Entrando nuevamente a la Figura No. 28. Se tiene D = 3.80 Log Exp. 1.8 140 100 KV 180 220

0.9

Acero, Densidad 1.5

58

0.0 6.35

19

31.7

Espesor en mm

Figura No. 29. Ábaco de Exposición para Acero 5. PARAMETROS Y CONDICIONES DE TRABAJO

5.1. INTRODUCCIÓN El propósito de este capítulo, es mostrar como se debe disponer de los elementos básicos en la toma de una radiografía (fuente, objeto y película), de forma que se obtenga una radiografía de buena calidad. 5.2. FACTORES GEOMÉTRICOS Se sabe que es posible comparar una imagen radiográfica como la sombra que un objeto proyecta al interceptar un haz de luz. Además se sabe que al mover el objeto en relación a la luz, su forma y/o su tamaño se tornan diferentes. Estas modificaciones en la sombra del objeto pueden ser explicadas por dos fenómenos distintos: ampliación de la imagen y distorsión de la imagen. La ampliación de la imagen (Figura No. 30), ocurre cuando se aproxima el objeto a la fuente de luz. Se puede expresar matemáticamente la ampliación de la imagen por la siguiente fórmula: So = Tamaño del objeto Si = Tamaño de la sombra Do = Distancia fuente - objeto Di = Distancia fuente-imagen.

So = Si* ( Do/Di )

Fuente Do Objeto Di So Imagen Película Si

59

Figura No. 30. Esquema sobre la ampliación de la imagen Ahora, si se considera a la fuente de luz como una fuente de radiación penetrante, al objeto como una determinada discontinuidad en un material y el plano como una película, es fácil notar que la imagen radiográfica de una discontinuidad cualquiera aparecerá ampliada cuando esa discontinuidad se encuentre próxima a la fuente, el mismo efecto ocurrirá cuando la película esté distante a la discontinuidad. Se puede ver que, ahora ampliada, la imagen reproduce la forma de la discontinuidad. Tal cosa ocurre porque el haz de radiación incide perpendicularmente a la superficie del objeto y porque el objeto y el plano están paralelos. Cuando el eje de radiación incide sobre el objeto con un determinado ángulo, se puede verificar que la ampliación de la imagen del objeto cambia de forma, o sea que ocurre una distorsión de la imagen (Figura. No. 31). Haz normal

Fuente Objeto

Película

Figura No. 31. La imagen del objeto cambia de forma debido a la inclinación del eje de radiación Como la finalidad del ensayo radiográfico es reproducir con la mayor fidelidad posible la imagen de una discontinuidad presente en un material, es necesario evitar al máximo la ampliación y la distorsión de la imagen. Otro fenómeno que ocurre simultáneamente con los arriba descritos, es la formación de la penumbra geométrica. (Ug), la cual es representada por un halo o marco de menor densidad que acompaña la imagen radiográfica de un objeto Otra variable a ser considerada en la formación de la imagen, es el tamaño del punto focal. Si se tomara una fuente con una extensión longitudinal "F", cada punto de su dimensión longitudinal actúa como una fuente independiente, emitiendo radiación y provocando una sombra (Figura No. 32),. por tanto la suma de las sombras producidas debido a cada punto de

60

dimensión de la fuente, es la sombra final que reproduce la imagen del objeto, este efecto no era notado en las Figuras anteriores porque la fuente de luz (o radiación) era un punto del cual emergían todos los rayos.

FOCO

F

Do

t PELICULA Ug

Figura No. 32. Penumbra geométrica debido al tamaño del foco

Esto nos lleva a la conclusión de que si esa fuente de radiación fuese un punto, no se tendria penumbra geométrica. Como es físicamente imposible reproducir fuentes de radiación con dimensiones puntiformes , lo que se hace es aumentar la distancia de la fuente al objeto tanto como se pueda. Este procedimiento hace como que las dimensiones de la fuente vistas por la película, se asemejen a un punto. El mismo fenómeno ocurre cuando se ven las estrellas en la noche. Algunas poseen dimensiones mucho mayores que la tierra, pero parecen pequeños puntos pues están, muy distantes del observador. De esta forma se tiene siempre que a menor penumbra geométrica, se obtiene una reproducción más fiel de la imagen del objeto. Por lo tanto deben seguirsen las siguientes reglas: ◊ El punto focal debe ser el menor posible, esta es la primera consideración que se hace antes de examinar otros factores. Ahora en los equipos de alta potencia o fuentes de actividad muy alta, usados en radiografía industrial, se debe siempre optar por aquellas que poseen una menor dimensión, a pesar de la posible corrección de ese factor a través de un aumento de la distancia fuente-película, lo cual implicaría una exposición mayor ◊ La distancia entre el foco y el material examinado deberá ser, siempre tan grande como sea posible. ◊ La película deberá estar tan próxima al objeto como sea posible, en la práctica la película deberá ser colocada siempre en contacto con el objeto. ◊ Para disminuir el efecto de distorsión de la imagen, el haz de radiación deberá incidir perpendicularmente sobre la base, siempre que sea posible.

61

◊ En la medida en que la forma del objeto lo permita, la película deberá estar en un plano paralelo al plano de la zona de interés radiográfico. Como se sabe la penumbra geométrica es una función de la distancia, por lo tanto se puede efectuar la operación inversa determinando la menor distancia fuente-película a partir de la máxima penumbra permisible. Las penumbras máximas permisibles por el código ASME, se muestran en la tabla a continuación: ESPESOR DEL MATERIAL (mm) Menor de 51 Entre 51 a 76 Entre 76 a 102 Mayor de 102

PENUMBRA GEOMETRICA MAXIMA (mm) 0.50 0.76 1.00 1.80

Tabla No. 10. Penumbras máximas permisibles según código ASME V Considerando, por ejemplo, una pieza con t = 20 mm. de espesor. Para calcular la distancia mínima fuente-película es necesario conocer la dimensión del punto focal que se utiliza. Si se supone que sus dimensiones serán 3.2 * 3.2 mm, prácticamente las dimensiones de un cuadrado, por lo tanto su mayor dimensión será su diagonal, determinada del siguiente modo:

F = √ (3.22 + 3.22 ) = 4.5 mm Para el espesor del material de la pieza citada, se tiene de tabla que el mayor valor para la penumbra será de 0.5 mm. Se puede, ahora calcular el valor de la distancia mínima "D". Se sabe que: F = 4.5 mm t = 20 mm Ug = 0.5 mm

Ug = F*t / D  D = F*t / Ug D = 180 mm

Eso significa que nunca se podrá radiografiar una pieza de 20 mm de espesor , con una fuente de 3.2 * 3.2 mm con una distancia fuente-objeto menor que 180 mm. Si se desea saber la distancia fuente-película , bastará sumar el espesor de la pieza a la distancia fuente-objeto. En el caso citado la distancia fuente - película sería:

Dff = 180 + 20 = 200 mm

62

5.2 1. Ley Del Inverso Del Cuadrado. Cuando se trata de películas radiográficas, se dice que la exposición es representada por el producto de la intensidad de la radiación por el tiempo, para una cierta energía en particular. Se sabe también que la intensidad de radiación que es emitida por la fuente no es totalmente recibida por la película, pues una parte es absorbida por el objeto que está siendo radiografiado. Se puede agregar, ahora, que si no hubiese un objeto entre la fuente y la película, la intensidad de radiación que la alcanza sería menor que aquella emitida por la fuente. Ese fenómeno se explica por la ley del inverso cuadrado de la distancia. Se sabe que la intensidad de radiación es definida en términos de la cantidad de rayos que son generados en un determinado intervalo de tiempo. Además se sabe que la radiación se dispersa después de ser emitida por la fuente. Por lo tanto el mismo número de rayos generados diverge, ocupando áreas cada vez mayores. De ese modo, un objeto próximo a la fuente de radiación recibe una cantidad mayor de rayos, porque recibe un haz de radiación más concentrado. (ver Figura No. 33) D2 D1

Figura No. 33. Efecto de la divergencia de la radiación

Algebraicamente, la ley del inverso del cuadrado de la distancia puede plantearse como sigue: I1 = Intensidad de la radiación a una distancia D1

I1*D12

=

I2*D22

Donde: I2 = Intensidad de la radiación a una distancia D2

Una vez definida esa ley, se puede notar que si se dobla la distancia de un objeto en relación a la fuente, la intensidad de radiación que le alcanzará será 1/4 de la intensidad original. Como se sabe que la exposición es proporcional a la intensidad de la radiación, se puede decir que al doblar la distancia del objeto en relación a la fuente se necesita de una exposición 4 veces mayor para obtener una película con la misma densidad inicial. Eso significa que es necesario un aumento del tiempo de exposición, o en el miliAmperaje del tubo, para compensar esta

63

disminución de la intensidad. Ese hecho explica porqué no es posible compensar siempre, el tamaño de la fuente con una distancia fuente - película mayor, una vez que ese aumento de distancia provoca un incremento muy grande en el tiempo de exposición. 5.2.2 Relación Intensidad-Tiempo. Se puede decir que la intensidad de radiación requerida para una cierta exposición, es inversamente proporcional al tiempo de exposición. Como la intensidad en los Rayos X es gobernada por el miliAmperaje y en los rayos Gamma por la actividad de la fuente, se puede escribir:

M1/M2 = T2/T1

Para Rayos X:

A1/A2 = T2/T1

Para Rayos Gamma: Donde:

T1 = Tiempo de exposición necesario al usar un miliAmperaje M1 ó una fuente de actividad A1. T2 = Tiempo de exposición necesario al usar un miliAmperaje M2 ó una fuente de actividad A2. 5.2.3 Relación Intensidad - Distancia. La intensidad requerida para un cierta exposición es directamente proporcional al cuadrado de la distancia fuente-película. De ese modo se puede escribir: Para Rayos X

M1/M2 = D12/D22

Para rayos Gamma:

A1/A2 = D12/D22

D1 = Distancia usada para una radiografía hecha con un miliAmperaje M1 ó con una fuente de actividad A1. D2 = Distancia usada para una radiografía hecha con un miliAmperaje M2 ó con una fuente de actividad A2. 5.2 4 Relación Tiempo - Distancia. El tiempo de exposición requerido para una cierta radiografía, es directamente proporcional al cuadrado de la distancia. Por lo tanto se puede escribir:

T1/T2 = D12/D22 5.3. CÁLCULO DEL TIEMPO DE EXPOSICIÓN

64

La finalidad del cálculo del tiempo de exposición es determinar el tiempo necesario al que se debe exponer una película, si se usa una radiación de intensidad y calidad conocidas, para conseguir una determinada densidad adecuada al radiografiar una pieza de determinado material y espesor. Los métodos empleados para la determinación de esos tiempos de exposición son diferentes tanto para los rayos X, como para los rayos γ. A continuación, se darán los métodos generales para la determinación del tiempo de exposición. 5.3.1 Rayos X. El primer factor a ser determinado en una exposición con Rayos X, es el voltaje (energía) a ser usado, ese voltaje deberá ser el necesario para asegurar que el haz de radiación tenga suficiente energía para atravesar el material a ser inspeccionado. Por otro lado, una energía muy alta causará una disminución en el contraste del objeto, disminuyendo la sensibilidad de la radiografía. De manera que al establecerse compatibilidad entre esos factores, se elaboran gráficos que muestran el voltaje a ser usado para cada espesor de un material dado. Es importante recordar que, como materiales diferentes absorben cantidades diferentes de radiación, existen gráficos para cada tipo de material a ser radiografiado. La Figura No. 34 muestra un gráfico construido para acero. Normalmente, las normas de construcción y montaje de equipos fijan los valores máximos de voltaje. 2000 K I L O V O L T A J E

1000 500

Máximo Región aceptable

200

Mínimo

100 0.2

0.5

0.8

1.1

ESPESOR ACERO (pulg)

Figura No. 34. Gráfico para determinar el KV. requerido Determinado el voltaje a ser usado, normalmente se recurre al uso de gráficos para la determinación de la exposición necesaria. Las Figuras No. 35 y 36 muestran los gráficos de exposición para Acero y Aluminio con equipos de rayos X. Es importante notar que cada gráfico fija una serie de factores como sigue: ◊ Material inspeccionado ◊ Tipo y espesor de las pantallas usadas ◊ Densidad de la película que se obtiene con el uso del gráfico ◊ Distancia fuente-película ◊ Tipo de película usado ◊ Tiempo y temperatura de revelado de la película. ◊ Equipo en particular (cada equipo trae sus propias cartas)

65

EXPOSICION mA*Seg 100000

80Kv

160

200

280

240

120

10000

1000 Rayos X Densidad 2.0 DFF 36 pulg Film T II 100 0.5

1.0 2.0 ESPESOR ACERO (Pulgadas)

3.0

Figura No. 35. Gráfico para determinar la exposición requerida en mA*Seg.(Acero)

EXPOSICION mA*Seg 10000 80Kv

120

140

100 160 1000 Rayos X Densidad 2.0 DFF 36 pulg Film T II 100 0.5 1.0 2.0 ESPESOR Aluminio (Pulgadas)

66

3.0

Figura No. 36. Gráfico para determinar la exposición requerida en mA*Seg (Aluminio) Si cualquiera de esos factores fuese alterado, el gráfico perderá su validez, suministrando resultados imprecisos. Otro factor también importante es que esos gráficos son válidos sólo para determinado aparato de rayos X,. ya que los aparatos poseen circuitos eléctricos diferentes, los voltajes de salida son también ligeramente diferentes de aparato a aparato, lo mismo cuando se operan en voltajes nominales iguales, por su diseño y eficiencia la producción de rayos X es diferente. Ejemplo: Se desea tomar una radiografía de una pieza de 0.5" de Acero. Primero se determina el voltaje a ser usado con el auxilio del gráfico mostrado en la Figura No. 34, se fija el valor del espesor y se levanta una perpendicular que cruza las dos curvas (Línea llena y línea punteada). De los puntos de intersección, se traza una perpendicular al eje del kilovoltaje, determinando dos valores. El valor encontrado a partir de la intersección de la perpendicular con la línea punteada, determinará el valor mínimo a ser usado (aproximadamente 150 KV). El valor encontrado a partir de la intersección de la perpendicular con la línea llena determinará el valor máximo a ser usado (aproximadamente 250 KV). Por lo tanto una vez conocidos esos dos valores se habrá determinado el intervalo de kilovoltajes en que se debe operar. Si se usa ahora el gráfico de la Figura No. 35 se busca el espesor de 0.5" y se traza por él una perpendicular. Además, se vera que esa perpendicular intercepta una serie de rectas, cada una de ellas representa un kilovoltaje diferente. Ahora basta escoger el kilovoltaje a ser usado entre aquellas cuyas rectas son cortadas por la perpendicular y que están dentro del intervalo que ya se había determinado. Si se supone que el kilovoltaje escogido es de 160 KV, se traza una perpendicular al eje del kilovoltaje por el punto en que la recta de 160 KV fue interceptada, y se encuentra el valor de 900 mA por segundo. Ese valor representa la relación entre el tiempo de exposición y el miliAmperaje que se puede usar. En otras palabras se puede usar cualquier tiempo y cualquier miliAmperaje, cuyo producto sea, igual a 900 mA / seg. 5.3.2 Rayos gamma. En los rayos gamma la cantidad de variables involucradas es menor que en los rayos X, pues la calidad y la intensidad de la radiación ya estan predeterminadas. Esto ocurre porque la energía de radiación es fijada a partir de la escogencia del radioisótopo y la intensidad es función del decaimiento radiactivo del mismo. El primer paso es determinar la

67

energía de radiación que se debe usar, o sea, se debe escoger el tipo de radioisótopo. La Tabla No. 11. indica el radioisótopo más adecuado para cada espesor de acero. Después de escogido el tipo de radioisótopo, es preciso determinar la actividad que el mismo posee en la fecha de ejecución del ensayo.

ISOTOPO

LIMITE DE ESPE SOR EN ACERO *

VIDA MEDIA

ENERGIA (MeV)

ACTIVIDAD ESPECIFICA

COSTO

Tulio 170

Plástico y madera hasta 12 cm 12-60 mm 25-90 mm 60-190 mm 20-125 mm

127 días

0.084 y 0.054

Baja

Alto

75 días 33 años 5.3 años 1620 años

0.137 y 0.651 0.660 1.17 y 1.33 0.24 y 2.2

Alta Baja Alta Baja

Bajo Medio Bajo Alto

Iridio 192 Cesio 137 Cobalto 60 Radio

Tabla No. 11. Radioisótopo adecuado según espesor del acero.

Para determinar esa actividad, se debe consultar el gráfico de decaimiento de la fuente en cuestión. Ese gráfico acompaña a cada fuente y muestra la variación de la actividad en función del tiempo, las Figuras No. 37 y 38 muestran los gráficos de decaimiento del Iridio-192 y del Cobalto-60 respectivamente. Conociendo la actividad y la fecha inicial (aquella en que la fuente fue activada) se puede determinar su actividad en la fecha actual. Si se supone que el Isótopo escogido ha sido el Iridio-192 (Figura No 37) y que poseía una actividad de 60 Curies, 150 días atrás. Levantando una perpendicular al valor de 150 en el eje del tiempo, se intercepta la recta que determina el decaimiento en un punto. Trazando por ese punto una paralela al eje del tiempo, se encuentra el valor de 25 en el otro eje. Ese valor indica el porcentaje de la actividad inicial que la fuente posee en la fecha actual. Por lo tanto la actividad actual será:

A = 0.25*60 = 15 Curies El paso siguiente en el cálculo del tiempo de exposición es la determinación del factor de exposición. El factor de exposición se determina a partir de gráficas, como la mostrada en la Figura No. 39. Normalmente, esos gráficos poseen una serie de rectas, cada una representando una densidad diferente. En algunos casos son también representadas películas de tipo diferentes. *

se puede hallar el equivalente para otros materiales según tabla de conversión.

68

Conociéndose el espesor de la pieza a ser radiografiada, se sube por ese valor, una perpendicular hasta interceptar la recta que representa las densidad que se desea obtener. Determinado ese punto se pasa por él una perpendicular al eje de factor de exposición, determinándose su valor. En caso de que se desee saber el factor de exposición para la fuente de Iridio-192, suponiendo que se quiere radiografiar una pieza de 40 mm y se desea obtener una densidad de 2.0, usando una película Kodak tipo M se determinará un factor de exposición de 130. ACTIVIDAD RESIDUAL % 100 80 60 40

30

20

TIEMPO EN DIAS

10 0

90

180

270

Figura No. 37. Decaimiento radioactivo del Iridio 192

ACTIVIDAD RESIDUAL % 100 80 60 40

30

20

69

TIEMPO EN AÑOS

10 0

4

8

12

16

Figura No. 38. Decaimiento radioactivo del Cobalto 60 FACTOR EXPOSICION 10000 Película M D=1.5 D=2.0

1000

D=2.0

D=1.5 100

1 10

30

50

70

90

ESPESOR ACERO (mm)

Figura No. 39. Factor exposición Iridio 192

Importante: De la misma forma que los gráficos para los rayos X, una serie de condiciones son fijadas para que el gráfico del factor de exposición pueda ser usado. Esas condiciones son: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Tipo de material Inspeccionado Tipo de radioisótopo Tipo de película Tipo y espesor de las pantallas intensificadoras. Tiempo y temperatura de revelado. Si cualquiera de esos datos fuese cambiando, la validez del gráfico queda comprometida, proporcionando resultados falsos.

70

Determinado el valor del factor de exposición, se determinará el tiempo de exposición a través de la siguiente formula:

t = (FE)*D /A 2

t = Tiempo de exposición en minutos FE = Factor de exposición D = Distancia Fuente-Película en cm A = Actividad de la fuente en milicuries

5.6. PROCESADO DE LAS PELICULAS Llamado comúnmente revelado, en donde la imagen invisible (imagen latente) producida en las películas por la exposición a los rayos X, rayos γ o la luz, es transformada en imagen visible y permanente. El procesamiento es desarrollado siempre en un ambiente de iluminación de tal forma que se tenga luz con frecuencias adecuadas y no sensibilicen las películas radiográficas. En el revelado, las películas son sumergidas en una solución llamada revelador, que hace que las áreas de las películas que fueron expuestas a la radiación se tornen oscuras, siendo que este oscurecimiento dependerá del nivel de radiación que la película recibió. Después del revelado, las películas son sumergidas en una solución llamada baño de parada o lavado intermedio que tiene como función interrumpir la reacción del revelado. Después del baño de paro, las películas son colocadas en un baño llamado fijador, que tiene como función interrumpir la reacción del revelado y disolver todas las sales de plata de la película que no sufrieron la acción del revelado. Después de esto, la película es entonces lavada y secada. la técnica de procesamiento puede ser dividida en dos clases: ◊ Procesamiento Manual ◊ Procesamiento automático. Si el volumen de trabajo es pequeño, o si se dispone de tiempo suficiente para hacer el revelado en un jornada normal, las radiografías pueden ser procesadas manualmente. El método, más común de procesamiento manual es aquel que utiliza tanques que almacenan las soluciones del proceso, en los cuales las películas son sumergidas verticalmente. De esta manera, las soluciones tienen acceso libre a los dos lados de la película y las dos superficies de la emulsión son uniformemente procesadas (revelado) en un mismo grado. Casi el 100 % de los trabajos de radiografía industrial de campo, utilizan el procesamiento o sistema manual bien sea utilizando ganchos o carretes Cuando el volumen de trabajo es muy grande y las condiciones del mismo son propicias, se puede utilizar el proceso de revelado automático. De esta manera, reduce la mano de obra requerida en el cuarto oscuro, pues el equipo de revelado automático se encarga de ejecutar prácticamente todo el trabajo, disminuyendo la posibilidad de incidencia de errores en el proceso. El proceso automático se encarga de pasar las películas por varias soluciones, de

71

acuerdo con un programa preestablecido. El trabajo del operador se limita a colocar la película en el equipo y retirarla al final ya revelada y seca. El ciclo completo es inferior a 15 min. Conviene observar que todas las etapas que formen parte del procesamiento de las películas, principalmente en el sistema manual, son muy importantes, ya que errores de procesamiento pueden incluso inutilizar una buena película ya expuesta. A continuación se dan los cuidados en la etapa de procesamiento de películas. ◊ Limpieza, aseo y orden en la cámara oscura. Considerando que todo el trabajo hecho en la cámara oscura es ejecutado en un ambiente de poca luz y que el manejo de la películas tiene que ser muy cuidadoso, el local debe estar rigurosamente limpio, así como los accesorios utilizados en el procesamiento. El operador debe ser organizado en su trabajo, manteniendo los accesorios y materiales utilizados en orden y guardados cuando no estén en uso. Los termómetros y marcos deben ser lavados inmediatamente después de su uso, evitando que las soluciones químicas se sequen en los mismos, lo que podría acarrear contaminaciones cuando fuesen nuevamente utilizados. Todos los tanques deben ser cuidadosamente lavados cuando los químicos sean cambiados. ◊ Control de las concentraciones de los químicos, la Temperatura y Tiempo de procesamiento. Las soluciones químicas utilizadas en el revelado, principalmente el revelador, decrecen en su poder reactivo en función de la cantidad de películas reveladas, de esta forma, es importante controlar en la cámara oscura el número de películas reveladas y el tiempo que se están utilizando los químicos, efectuando siempre el recambio de los mismos de acuerdo con las recomendaciones de los fabricantes. ◊ La Temperatura de los químicos tiene gran influencia en su poder reactivo, siendo recomendable que la misma sea bien controlada por el operador, de la misma forma, los tiempos descritos en el proceso de revelado deben ser rigurosamente observados, aconsejándose el uso de cronómetros con alarma en la cámara oscura, con esta finalidad. ◊ Control de luminosidad en la cámara oscura. Como se sabe, las películas radiográficas son sensibles a la luz común y de esta forma no pueden ser expuestas a la misma. Así, durante el proceso radiográfico, no debe haber la menor entrada de luz del exterior, sólo siendo admisible la luz de la propia cámara oscura filtrada y con potencia dentro de los valores recomendados. Casi como regla, existe un descuido de los operadores en cuanto a este punto, principalmente tomando en cuenta que en trabajos de campo no siempre se obtienen las mejores condiciones del local para la instalación de la cámara oscura, procurándose tapar los contornos de la puerta, cerraduras y principalmente, no permitir la abertura de puertas y/o ventanas después del inicio y antes del término de todo procesamiento. 5.6.1. Equipos y accesorios utilizados. Los equipos y accesorios generalmente usados en el procesamiento manual de películas son los siguientes: ◊ Tanques. Generalmente en número de cuatro, con las siguientes finalidades: Tanque del revelador; tanque del baño de parada, tanque de fijado y tanque de lavado (generalmente mayor que los otros). Los tanques deben ser hechos de acero inoxidable, fiberglass, plástico

72

◊

◊ ◊ ◊

u otro material que no ofrezca posibilidad de contaminación con los productos químicos. La misma observación es válida para todos los accesorios que entren en contacto con las soluciones. Marcos. Son soportes portadores de películas que son utilizados para sostener las películas, sumergirlas en los baños de revelado y para llevarlas al secador. Generalmente cada marco tiene capacidad para 4 películas y la principal función del mismo es evitar que se manipulen las películas directamente durante el proceso de revelado. Termómetros. Tienen la finalidad de controlar la temperatura de los baños y para esto son sumergidos directamente en los mismos. Agitadores. Son instrumentos utilizados para hacer la agitación de las soluciones a fin de evitar que haya precipitación en las mismas. Secadores. Son equipos que utilizan el proceso de circulación de aire caliente con la finalidad de secar las películas después del procesamiento. En los secadores son introducidos los marcos, después del lavado, dando por terminado el procesamiento de las películas.

5.6.2 El proceso de revelado manual. A partir del momento que se expone una película a la radiación y se pasa luego al procesamiento, la misma pasará por una serie de baños en los tanques de revelado (Figura No. 40), recorriendo las siguientes etapas: 5.6.2 1 Etapa de revelado. Cuando se sumerge una película expuesta en el tanque conteniendo el revelador, esta solución actúa sobre los cristales de bromuro de plata expuestos, reduciendo la plata iónica a estado metálico. Revelador 5-8 min

Baño de paro

Fijador

t < 15 min 2

1

Lavado t = 30 min

2-4

Figura No. 40. Esquema del proceso de revelado manual.

Esa reacción química provoca una degradación progresiva del revelador el cual es lentamente oxidado por el uso y por el medio ambiente. La visibilidad de la imagen y consecuentemente el "contraste, la densidad de fondo, y la definición", dependen del tipo de revelador usado, del tiempo de revelado y de la temperatura de revelador. De esta forma, el control "Tiempo - Temperatura" es de fundamental importancia

73

para obtener una radiografía de buena calidad. Usualmente, se adopta como ideal una temperatura de 20°C para la solución y un tiempo de revelado comprendido entre 5 y 8 minutos. El grado de revelado es afectado por la temperatura de la solución: Cuando la temperatura aumenta, el grado de revelado también aumenta. De esta forma, cuando la temperatura de revelado es baja la reacción es lenta y el tiempo de revelado que fuera recomendado para la temperatura normal (20°),será insuficiente resultando en un "sub-revelado". Cuando la temperatura es alta, la reacción es rápida y el mismo tiempo será demasiado, resultando en un "sobre-revelado". Dentro de ciertos límites, estos cambios en el grado de revelado pueden ser compensados aumentando o disminuyendo el tiempo de revelado. Son suministradas inclusive, tablas tiempo-temperatura a través de las cuales se puede hacer la corrección adecuada. Sin embargo, se debe tener en mente que el revelado ideal debe ser, siempre que sea posible, hecho con los tiempos y temperaturas indicados. El revelado debe ser hecho con agitación permanente de la película en el revelador, a fin de que se obtenga una distribución y cambios homogéneos del líquido en ambos lados de la emulsión, evitándose la sedimentación del bromuro y otras sales que pueden provocar manchas susceptibles de enmascarar posibles discontinuidades. En principio, el revelador debería solamente reducir los cristales de Haluros de plata que sufrieron exposición durante la formación de la imagen latente. En la realidad los otros cristales aunque sea lentamente, también sufren reducción. Se llama "velo de fondo" el ennegrecimiento general resultante. 5.6.2.2 Etapa de "Baño de parada" o enjuague intermedio. Cuando la película es removida de la solución de revelado, una parte del revelador queda en contacto con ambas caras de la película, haciendo de esta forma que la reacción del revelado continúe. El baño de paro tiene entonces, la función de interrumpir esta reacción a partir de la remoción del reveladorresidual, evitando así un revelado desigual y previniendo la ocurrencia de manchas en la película. Por lo tanto, antes de transferir la película del tanque de revelado para el de fijado, ésta se debe pasar al tanque de baño de paro, agitándola durante, más o menos 40 segundos. El baño de paro puede ser compuesto, en su mezcla, de agua con ácido acético o ácido acético glacial. En este último caso se debe tener cuidado especial, previniéndose una ventilación adecuada y evitándose tocarlo con las manos. Cuando se haga la mezcla con agua (35 ml. de ácido acético glacial por litro) vacíe siempre el ácido en el agua y no lo contrario, pues el mismo podría salpicar sobre las manos y cara causando quemaduras. El baño de paro pierde su efecto después del uso y debe ser siempre sustituido. Una solución nueva de baño de paro es de color amarillo y cuando se ve bajo la luz de seguridad, es casi

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incolora. Cuando el color cambia a azul púrpura, que aparece oscuro bajo la iluminación de seguridad, la solución debe ser cambiada. Generalmente 20 litros de baño de parada son suficientes para revelar 400 películas de 3 ½" * 17". 5.6.2.3. Etapa de fijado. Después del baño anterior, la película es colocada en otro tanque que contiene una solución llamada fijador. La función del fijador es remover el bromuro de Plata de las porciones no expuestas a la radiación. El fijador tiene también la función de endurecer la emulsión gelatinosa permitiendo el secado al aire caliente. El intervalo de tiempo entre el inicio del fijado hasta que desaparezca la coloración amarilloblanquecina que se forma sobre la película, es llamado tiempo de ajuste o tiempo de definición (clearing time). Durante este tiempo el fijador estará disolviendo el Haluro de plata no revelado. Sin embargo, es necesario un tiempo adicional para que el fijador disuelva y remueva de la emulsión las sales de plata no reveladas y al mismo tiempo endurezca adecuadamente la gelatina. De esta forma, el tiempo total de fijado es relativamente mayor que el tiempo de ajuste (clearing time). El tiempo de fijado normalmente no debe exceder de 15 minutos. las películas deben ser agitadas cuando sean colocadas en el fijador durante 2 minutos como mínimo, a fin de que se tenga una acción uniforme de los químicos. El fijador debe ser mantenido a una temperatura igual a la del revelador, o sea a 20°C ± 1°C. Los fijadores son comercialmente suministrados en forma de polvo o líquido y la solución es formada a través de la adición de agua de acuerdo con las instrucciones de los fabricantes. 5.6.2.4. Etapa de lavado de la películas. Después del fijado, las películas pasan al proceso de lavado para remover el fijador de la emulsión. La película es sumergida en agua corriente de modo que toda la superficie quede en contacto constante con el agua corriente. El tanque de lavado debe ser suficientemente grande para contener las películas que pasan por el proceso de revelado y fijado, debiéndose prever un flujo de agua de manera tal que el volumen total del tanque sea renovado de 4 a 8 veces cada hora. Cada película debe ser lavada por un período de aproximadamente 30 minutos. Cuando se sumerjan los marcos cargados en el baño de lavado, debe ser adoptado un procedimiento tal que las mismas sean primeramente colocadas próximas al drenaje de salida (agua más sucia) y su posición vaya cambiando durante el tiempo de lavado de manera que termine el baño lo más próximo posible de la región de entrada del agua, donde la misma se encuentra más limpia. La temperatura del agua en el tanque de lavado es un factor importante. Los mejores resultados son obtenidos con la temperatura próxima a 20°C. si se tienen altas temperaturas para la misma, causará efectos dañinos a la película, así como temperaturas bajas podrán reducir la eficiencia. Además de las etapas arriba descritas, es aconsejable, después del lavado, pasar las películas durante ± 30 seg. por un último baño que tiene la finalidad de quebrar la tensión superficial del agua, facilitando de esta manera el secado y evitando que pequeñas gotas de

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agua queden atrapadas en la emulsión, lo que ocasionaría manchas en las películas después de secado. Este procedimiento se llama baño humectante. Conviene colocar la disposición de los baños en la secuencia descrita, siempre de izquierda a derecha; Los tanques del procesamiento normalmente siguen las siguientes relaciones de volumen: ◊ ◊ ◊ ◊

Revelado: Paro: Fijado: Humectante:

2 1 2ó4 1.

En la Figura No. 41 se presenta un resumen del ciclo de procesamiento completo.

Película

Emulsión de sales con sales de Ag

Exposición radiación

Sales alteradas por radiación

Revelado

Cambio de sales a Ag metálica

Baño/paro

Neutraliza el revelador detiene el proceso de revelado

Fijado Lavado Humectante Secado

Disuelve sales de Ag sin exposición se desprende de la película Limpieza por agua corriente remueve los químicos Elimina la formación de gotas Calentamiento, filtrado y circulación de aire

Figura No. 41. Ciclo de procesamiento manual.

76

5.6.3. Instalación de la cámara oscura Una instalación puede consistir de una sala simple conteniendo todas las etapas del procesamiento o formarse de un conjunto de salas, cada una designada para cada actividad específica. La localización, tamaño y disposición de los equipos dependen del volumen y tipo de trabajo a ser efectuado. Además la localización debe ser tal que facilite el flujo lógico de la película a través del ciclo de procesamiento, es así que dos requisitos deben ser tenidos en cuenta en la construcción de una cámara oscura: ◊ Debe ser iluminada con luz de seguridad de una intensidad suficiente para las operaciones del procesamiento, sin perjudicar la película por la exposición a la luz. ◊ Debe ser protegida contra luz exterior, bien sea a través de cortinas o elementos similares. Se debe destacar que el sistema tipo laberinto es muy utilizado para evitar la entrada de luz externa, así como un pasador interno en la puerta, etc. Los equipos automáticos son instalados atravesando una pared, pues del lado de la carga es necesario que el local sea exento de luz (cámara oscura). 5.6.4 Equipos. Los equipos básicos de un cuarto oscuro son: Banco o mostrador de carga y descarga, depósito de almacenaje de películas, tanques de procesamiento y secador de película. Los aseguradores de película no procesadas (marcos) chasis y pantallas intensificadoras, deben quedar próximos al banco arriba mencionado. La cámara oscura debe estar dividida en área húmeda y área seca, para prevenir que el agua o las soluciones químicas cause daños a la película. En el área húmeda deben estar los tanques de procesamiento, cuyos tamaños son determinados por la cantidad de servicio. Las cabinas de secado deben tener: filtro de aire aspirado, armario de películas, extractor y un elemento de calentamiento. Siendo el secado la última etapa del procesamiento, el secador debe ser convenientemente localizado para fácil manejo de la película. La limpieza es de gran importancia durante todo el proceso radiográfico; la película debe ser cuidadosamente manejada, tanto en la carga como en la descarga del chasis, en la colocación y retirada de los ganchos. El piso debe estar limpio evitando así que el polvo perjudique la buena calidad de la imagen final de la película radiográfica. En la Figura No. 42 se muestra el esquema general de un cuarto oscuro. 5.6.5. Recomendaciones sobre el manejo y el procesamiento de películas radiográficas. Las recomendaciones abajo descritas son muy importantes, pues la observación de las mismas por parte del operador reducirá en gran parte la pérdida de películas.

77

◊ la películas radiográficas vírgenes deben ser almacenadas en ambientes de temperatura y humedad controlada (20°C aproximadamente; humedad relativa del aire de 50 - 60 %), distantes de cualquier fuente de radiación ionizante. ◊ El calor y la radiación ionizante actúan sobre la emulsión radiográfica velando las películas mientras que la humedad hace que la emulsión se torne pegajosa. ◊ Debe mantenerse en almacenamiento un número limitado de películas vírgenes para utilización a corto plazo. Las películas almacenadas durante mucho tiempo pueden presentar fuerte grado de oscurecimiento además de perder el contraste y la sensibilidad. ◊ La puerta de la cámara oscura, los chasis radiográficos, la tapadera de los tanque de procesamiento químico, debe cerrarse herméticamente evitando la luz visible. ◊ Se deben utilizar sólo filtros para pantalla de seguridad que correspondan al espectro de sensibilidad de la película utilizada. ◊ Mantener las lámparas (15 W) de la cámara oscura suficientemente distantes de la superficie de la mesa seca (1.2 m) para que no estorben en el manejo de las películas. ◊ Mantener bien separadas las secciones seca y húmeda de la cámara oscura para evitar que la humedad provoque daños en la película antes del revelado. ◊ Evitar humedad excesiva en la cámara oscura mediante ventilación periódica. ◊ Mantener la cámara oscura libre de polvo. La acumulación de polvo sobre las películas y pantallas intensificadoras puede provocar el aparecimiento de puntos claros en la radiografía. 15

16

13

17

6 14 8 luz indirecta filtrada

11

10 4 5

12 1

2

3

7

9

Figura No. 42. Esquema de un cuarto oscuro 1. 2. 3. 4.

Luz conectada con puerta Gabinete para carga Almacenaje para películas Gaveta a prueba de luz

13. Extractor de aire 14. Tanques a. Revelador b. Baño de parada

78

5. Basura 6. Secador 7. Almacenaje de chasis y marcos 8. Panel de luz 9. Apoyo de marcos 10. Armario 11. Entrada de aire 12. Visor a prueba de luz

c. Lavado d. Fijado e. Pila 15. Reloj 16. Negastoscopio 17. Escurrimiento de películas

◊ Es aconsejable preparar los baños fuera de la cámara oscura. ◊ Manejar las películas radiográficas únicamente por los bordes con el pulgar y el índice, evitando que queden impresas en la emulsión por efecto de presión mecánica, las impresiones digitales del operador. ◊ Manejar con cuidado las pantallas intensificadoras de plomo, especialmente cuando son utilizadas continuamente. Imperfecciones sobre sus superficies pueden originar defectos en las radiografías. ◊ No dejar los marcos usados sobre la superficie de la mesa seca pues puede pasar desapercibida la presencia de una gota de agua que manchará la película o la pantalla intensificadora cuando haya recarga del chasis. ◊ Para un buen procesamiento químico de las películas, los marcos deben ser de acero inoxidable, con ángulos rectos que permitan tensar las películas, evitando dobleces durante la agitación. ◊ Los marcos defectuosos deben ser soldados convenientemente, porque uniones de metal inadecuadamente soldadas pueden oxidarse y producir manchas sobre las películas. ◊ Retirar las películas del interior del chasis con manos secas para evitar la presencia de gotas de agua sobre la película o pantallas intensificadoras. ◊ Al colocarse las películas en los marcos, deben ser mantenidas en posición vertical para evitar la descarga electrostática que puede ocurrir cuando la película entra en contacto con la superficie metálica de la mesa. ◊ Los marcos después de usados deben ser lavados en agua corriente y secados. Se debe tener cuidado con las gotas de agua que pueden quedar retenidas en los ángulos y mojar las películas no procesadas. ◊ Los recipientes donde están las soluciones destinadas al procesamiento radiográfico deben ser limpiadas periódicamente, pues cualquier sustancia extraña puede modificar la calidad de los baños y provocar radiografías defectuosas. ◊ Los recipientes no deben se intercambiados nunca aún después de lavados. Por ejemplo, si en el recipiente donde existía un baño fijador quedaran retenidos restos de la solución podrán alterar el revelador que se coloque en su interior, ocasionando radiografías defectuosas. ◊ Los baños deben ser preparados de acuerdo con las especificaciones del vendedor. No se debe alterar la dosis de ningún componente, observando siempre si la disolución de los componentes es perfecta. Las soluciones lechosas indican error de preparación y no deben ser utilizadas.

79

◊ Utilizar solamente agua limpia en la preparación de las soluciones para procesamiento radiográfico. Agua con impurezas puede provocar procesamiento radiográfico defectuoso. ◊ Los recipientes deben ser cerrados herméticamente para evitar que el aire atmosférico oxide los baños, disminuyendo su eficiencia y su vida útil. ◊ La temperatura más adecuada para el baño del revelado es de 20°C. Se debe controlar constantemente la temperatura y agitar los baños para mantener la mezcla homogenea. ◊ Agitar las películas continuamente durante los primeros 30 segundos después de sumergidas totalmente en el baño con el objeto de:

la

-Evitar la formación de burbujas sobré la emulsión. -Propiciar al baño una temperatura uniforme. -Conseguir que la acción reveladora comience al mismo tiempo en toda la superficie de película. -Evitar que las películas se junten unas a otras.

◊ Cuando se trata de regenerar el baño revelador no se debe adicionar más de tres veces el contenido del recipiente, evitándose así un deterioro de la solución reveladora que puede provocar siempre ennegrecimiento y disminución de contraste de la película. ◊ Debe procurarse mantener una temperatura estándar entre los baños o con una diferencia máxima de ± 0.5°C (0.9°F); pues de lo contrario pueden ocurrir contracciones en la emulsión radiográfica originando una radiografía defectuosa, llena de cuadriculados ◊ Las películas deben ser secadas en un secador bien ventilado, con aire fresco y caliente. La temperatura de la corriente de aire no debe ser superior a 40°C. ◊ En cada sustitución de los baños se deben lavar los recipientes. Preferiblemente se debe usar agua caliente y jabón neutro. Si no es suficiente se puede usar también solución de ácido clorhídrico concentrado (10 ml/Litro) para el caso de recipientes construidos con material sintético. Los recipientes de acero inoxidable pueden ser limpiados con una solución de ácido nítrico (10 ml/Litro). Nunca de debe usar ácido clorhídrico para limpiar recipientes de acero inoxidable. ◊ Para que los dedos de las manos del operador no se ennegrezcan, se recomienda lavarlos en agua corriente cada vez que entren en contacto con la solución reveladora. Persistiendo el ennegrecimiento se debe, inicialmente, lavar las manos en la solución descrita a continuación y después con agua y jabón: -Agua Limpia: 100 ml. -Permanganato de Potasio: 2 g. -Acido sulfúrico concentrado: 10 ml. Se debe evitar el uso de agua calcárea en la preparación de los baños de procesamiento químico. En presencia de carbonatos y sulfitos, las sales pueden formar un precipitado blanco insoluble en agua, que se deposita sobre la película. Para evitar esto se debe hacer pasar el agua por un filtro especial o someterla a ebullición y enfriamiento. Se puede también adicionar cualquier agente químico que mantenga las sales de calcio en solución.

80

Así se evita los precipitados calcáreos que pueden formarse en el baño de lavado intermedio o final. Se hace la eliminación de los precipitados calcáreos con una solución de 7 ml. de ácido acético glacial por litro de agua. ◊ El Fijador disuelve los Haluros de plata no reducidos de la emulsión. Esta plata puede ser recuperada por electrólisis, colocando en el baño dos electrodos (un ánodo y un cátodo) y haciendo circular una corriente eléctrica por la solución. La plata será depositada sobre el cátodo. Recuperando la plata contenida en el fijador, se consigue: -Aumentar la vida útil del fijador por un tiempo de 2 a 4 veces; -Almacenar buena cantidad de plata.

5.7. EL PROCESO RADIOGRAFICO 5.7.1. Sensibilidad radiográfica. La finalidad de la mayor parte de los ensayos radiográficos es la determinación de discontinuidades internas en el material inspeccionado. Por lo tanto, es necesaria una visión lo más perfecta posible de esas posibles discontinuidades, en otras palabras se puede decir, que la sensibilidad del examen es tanto mayor, en cuanto se puede ver el menor detalle posible en la radiografía. A fin de mostrar los principales factores que influyen en la sensibilidad radiográfica y sus relaciones, se muestra la Tabla No. 12

CONTRASTE FOTOGRAFICO

DEFINICION RADIOGRÁFICA

CONTRASTE DEL OBJETO

CONTRASTE DE LA PELICULA

FACTORES GEOMETRICOS

AFECTADO POR: • Diferencias de espesor del objeto • Calidad de la radiación

AFECTADO POR: • Tipo de Película • Tiempo, Temperatura y agitación del revelador • Densidad • Actividad del Revelador

AFECTADO POR: • Tamaño del punto focal • Distancia foco Película • Cambios bruscos en el espesor del objeto • Contacto pantallapelícula

• Radiación dispersa

GRANULACION AFECTADO POR: • Tipo de película • Tipo de la pantalla • Calidad de la Radiación ♦ Revelado

Tabla No. 12. Factores que afectan la sensibilidad radiográfica.

81

5.7.2. Contraste del objeto. Ya se sabe que un cierto objeto con dos espesores diferentes producirá una radiografía con dos densidades diferentes., cuanto mayor sea esta diferencia de espesor del objeto, mayor será la diferencia de densidades en la radiografía, o sea, el contraste. De esa forma se puede definir el contraste del objeto como la razón entre las densidades de radiación transmitidas por dos porciones del objeto de diferentes espesores. Por tanto, una radiografía de una pieza de espesor uniforme producirá una radiografía de densidad igualmente uniforme, o sea sin contraste. El contraste del objeto es influenciado básicamente por tres factores: naturaleza del objeto radiografiado, calidad de la radiación usada e intensidad y distribución de la radiación dispersa. 5.7.2.1. Naturaleza del objeto: Su influencia en el contraste del objeto está ligada a la forma por la cual absorbe la radiación. Como se sabe, cada material posee su "coeficiente de absorción lineal" propio. Así, la absorción de la radiación por parte del objeto es función de su coeficiente y de la energía de la radiación. Eso quiere decir, que con energías de radiación idénticas, materiales diferentes presentarán diferentes contrastes de objeto. 5.7.2.2. Calidad de la radiación: Se puede resumir la influencia de la calidad de radiación en el contraste objeto a través de una regla simple: "El contraste objeto disminuye a medida que la calidad de radiación aumenta". Se puede fácilmente visualizar éste efecto observando la gráfica de tiempos de exposición de un aparato de rayos X (Figura No. 35). En ella se ve que a medida que aumenta el kilo voltaje (calidad o longitud de onda de la radiación), las líneas tienen menos pendiente o sea son menos sensibles a variaciones de espesor. Considerando, por ejemplo, una pieza de acero conteniendo un escalón, cuyos espesores son 3/4" y 1" respectivamente y que es radiografiada usando 160 KV y después 200 KV. Se Relaciona en la Tabla No. 13 las exposiciones necesarias (en mA * Min.) para alcanzar una densidad radiográfica de 1.5 y las intensidades relativas para cada exposición. En la última columna se muestra la razón entre las intensidades relativas de los dos espesores para cada exposición. Esa relación entre las intensidades es proporcional al contraste radiográfico obtenido. Por tanto, cuanto mayor es la razón de intensidad mayor el contraste.

KV.

Espesor Acero

Exposición (mA*Min)

Intensid. Relativa

Razón de intensidad

160

3/4"

17.5

3.2

160

1"

56.0 referencia

1.0

200

3/4"

5.4

10.4

82

3.2

2.2

200

1"

12.0

4.7

Tabla No 13. Ejemplo de la variación de contraste como función de la calidad de la radiación.

Se puede apreciar que a 160 KV la intensidad de la radiación que pasa por el espesor de 3/4" es 3.2 veces mayor que la intensidad que pasa por el espesor de 1". Cuando se aumenta el kilovoltaje a 200 KV. la intensidad de radiación que pasa por la sección más fina es apenas 2.2 veces mayor que la que atraviesa la sección más gruesa, causando por lo tanto un contraste más bajo. 5.7.2.3. Radiación dispersa. Cuando se estudia la interacción de la radiación con la materia, se ve que la dispersión es inherente al proceso de absorción de la radiación. Son radiaciones de pequeña energía, que emergen de la pieza en dirección aleatoria. Cualquier material tal como el objeto, el piso, las paredes u otros materiales que reciben el haz directo de radiación, son fuentes de radiación dispersa (Figura No. 43) La radiación dispersa es también función del espesor del material radiografiado, constituyendo el mayor porcentaje del total de radiación que alcanza la película en las radiografías de materiales gruesos. Como ejemplo, se puede afirmar que al radiografiarse una pieza de acero de 3/4" de espesor, la radiación dispersa que emana de la pieza es casi dos veces más intensa que la radiación primaria que alcanza la película. La radiación dispersa, por tanto, es un factor importante que produce una sensible disminución en el contraste del objeto. 5.7.3. Contraste de la película. El contraste de la película es uno de los factores importantes que se debe tener en mente al analizar la sensibilidad radiográfica. Como se vio anteriormente, el contraste de la película aumenta continuamente dentro del intervalo utilizable de densidad, excepto

Haz primario

Objeto

83

Película

Figura No. 43. Esquema que muestra la dispersión de la radiación, por el propio objeto a radiografiar.

las películas usadas con pantallas fluorescentes. Esto lleva a la conclusión que una mayor densidad resulta en un mejor contraste de la película. Otra ventaja del uso de densidades altas es que se aumenta el intervalo de densidades de radiación que pueden ser detectadas por la película, esto permite una reducción en el kilovoltaje o en la energía usada en el ensayo, resultando también en un aumento de contraste del objeto y consecuentemente de las sensibilidad radiográfica. Todos los tipos de película tienen generalmente su contraste máximo con una densidad D=2.0. Eso significa que, manteniéndose los demás factores constantes, la mayor sensibilidad de la radiografía será obtenida en esta densidad. 5.7.4. Factores geométricos. Se vio con antelación, que los factores geométricos afectan la definición radiográfica a través de su influencia en la formación de la penumbra geométrica. La penumbra geométrica se determinada por la siguiente fórmula:

Ug = F * t / D

F = Dimensión del punto focal t = Espesor del objeto D = Distancia Fuente-objeto Ug = Penumbra geométrica

Es fácil notar que un aumento de las dimensiones del punto focal implica un aumento de penumbra geométrica, del mismo modo, una reducción en la distancia fuente-película también implicará un aumento de la penumbra. Los otros dos factores geométricos importantes son la geometría de la pieza y el contacto entre pantalla y película. Cuando la pieza presenta cambios bruscos de espesor se crea una condición en la cual la radiación que pasa por una sección fina de la pieza provocará una sombra en la imagen de una región adyacente más gruesa . La falta de contacto entre pantallas y película provoca un aumento de la penumbra geométrica debido a un aumento del factor "t" en la fórmula correspondiente lo mismo que habrá una dispersión de radiación emitida por la pantalla, este efecto es más notable cuando se usa pantallas del tipo fluorescentes.

84

5.7.5. Granulación de la película. Como se sabe que la imagen en las películas radiográficas es formada por una serie de partículas muy pequeñas de sales de plata, las cuales no son visibles a simple vista, sin embargo, esas partículas se unen en masas relativamente grandes que pueden ser vistas por el ojo humano ó con el auxilio de un pequeño lente de aumento, este agrupamiento de las partículas de sales de plata de la emulsión crea una impresión visual llamada "Granulación". Así las películas rápidas presentan una granulación mayor que las películas lentas, la granulación, además de ser una característica de cada película, también sufre una influencia de acuerdo a la calidad de la radiación que alcanza la película, por tanto, se puede afirmar que la granulación de una película aumenta proporcionalmente con la calidad de la radiación. Por esa razón las películas con granos más finos son recomendadas cuando se emplean fuentes de alta energía (rayos X del orden de Mega voltios).. La granulación también es afectada por el grado de revelado de la película, sí se aumenta por ejemplo, el tiempo de revelado, habrá un aumento simultáneo en la granulación de la película. Ese efecto es común cuando se pretende aumentar la densidad o la velocidad de una película por medio de un aumento en el tiempo de revelado. Está claro que el uso de tiempos de revelado pequeños resultarán en baja granulación pero se corre el riesgo de obtener una película sub-revelada. Es importante resaltar que la granulación aumenta de acuerdo con el aumento del grado de revelado, de esa forma, incrementos del tiempo de revelado que persiguen compensar la actividad del revelador o la temperatura del baño, tendrán una influencia muy pequeña en la granulación de la película. Un factor importante en la granulación de las películas es con respecto al tipo de pantalla usada. Las pantallas fluorescentes producen una granulación tanto más acentuada cuanto mayor sea la calidad de la radiación usada. Por ese motivo su uso es poco recomendado para radiografía con altos kilovoltajes o con rayos gamma. Las pantallas de plomo producen una granulación apenas ligeramente mayor que aquella obtenida con exposiciones directas (sin pantallas). 5.7.6. Indicadores de Calidad de imagen ( penetrámetros). Para poder juzgar la calidad de la imagen de una cierta radiografía, son empleadas pequeñas piezas llamadas Indicadores de Calidad de Imagen (ICI), que son colocadas sobre el objeto a ser radiografiado. El ICI es una pequeña pieza construida con un material radiográficamente similar de la pieza a ensayar, con una forma geométrica simple y que contenga algunas variaciones de forma bien definidas tales como agujeros o hilos. Las características esenciales que un ICI debe poseer son las siguientes: ◊ Sus lecturas deberán ser sensibles a cambios en la técnica radiográfica usada.

85

◊ El método de lectura de su imagen debe ser el más simple y concreto posible. ◊ Su interpretación debe ser siempre la misma, cualquiera que sea la persona que efectúe la lectura de la radiografía. ◊ El valor obtenido para la sensibilidad debe ser concreto y exacto. ◊ El ICI debe ser versátil y de aplicación simple.( Los objetos a ser radiografiados tienen un espesor variable y no es práctico utilizar una gran variedad de ICI ) ◊ De la misma forma, éstos deben poder ser utilizados en diversos tipos de superficies (curva, rugosas, etc.) ◊ El ICI debe ser pequeño. y su imagen proyectada en la radiografía, no debe ocultar zonas de interés de la imagen. ◊ La imagen del ICI debe ser de naturaleza tal que no pueda ser confundida con la imagen de un posible defecto presente en el objeto radiografiado. ◊ El ICI debe ser de fabricación económica y de fácil normalización. ◊ El ICI debe incorporar alguna identificación de su tamaño y uso Con el uso del ICI, se puede definir la sensibilidad en función de su forma y espesor, por ejemplo, si un elemento con un espesor igual a 2% del espesor del objeto radiografiado, es colocado sobre ese objeto y produce una imagen visible en la película, la sensibilidad se determina por la siguiente ecuación: ∆ t = Variación mínima detectable de espesor, con respecto al total de la pieza.

S = (∆t / t ) * 100

t = Espesor total de la pieza S = Sensibilidad en porcentaje.

La sensibilidad determinada en el ejemplo anterior sería igual a 2%. Esa sensibilidad es conocida como "sensibilidad de espesor o radiográfica" y es referida al elemento colocado sobre el objeto radiografiado, se puede decir que la mayor sensibilidad es encontrada, siempre que la imagen de ese elemento sea visible en la radiografía. Los ICI americanos más comunes consisten en una fina placa de metal conteniendo tres agujeros con diámetros calibrados. Los ICI adoptados por las normas ASME, sección V y ASTM E-142 poseen tres agujeros cuyos diámetros son 4T, 2T y 1T, donde "T" corresponde al espesor del ICI y su espesor es igual al 2 % del espesor de la pieza a ser radiografiada (Figura No. 44). Para evaluar la técnica radiográfica empleada, se hace la lectura del menor agujero que es visto en las radiografía. Las clases de inspección más rigurosas son aquellas que requiere la visualización del menor agujero del ICI. De esa forma, es posible determinar el nivel de inspección, o sea, el nivel mínimo de calidad especificado para el ensayo.

86

Número de identificación

4T

1.T

2T

T

Figura No. 44. Esquema general de un indicador de calidad de imagen tipo agujero.

El nivel de inspección es indicado por dos valores en donde el primer valor representa el espesor porcentual del ICI y el segundo el diámetro del agujero que deberá ser visible en la radiografía. Los niveles comunes de calidad son los siguientes: ◊ NIVEL 2-1T: El agujero 1T de un ICI de 2% de espesor del objeto debe ser visible (sensibilidad 1.4%). ◊ NIVEL 2-2T: El agujero 2T de un ICI de 2% de espesor del objeto debe ser visible (sensibilidad 2%). ◊ NIVEL 2-4T: El agujero 4T de un ICI de 2% de espesor del objeto debe ser visible (sensibilidad 2.8 %). Existen también niveles especiales de calidad, que son los siguientes: ◊ NIVEL 1-1T: El agujero 1T de un ICI de 1% de espesor del objeto debe ser visible (sensibilidad 0.7%). ◊ NIVEL 1-2T: El agujero 2T de un ICI de 1% de espesor del objeto debe ser visible (sensibilidad 1%). ◊ NIVEL 4-2T: El agujero 4T de un ICI de 4% de espesor del objeto debe ser visible (sensibilidad 4%). Estos ICI deben ser colocados sobre la pieza ensayada en el lado que de hacia la fuente y de modo que el plano de la misma sea normal al haz de radiación. Cuando la inspección sea hecha en soldaduras, es importante recordar que el espesor de la pieza para la selección del ICI incluye el refuerzo de ambos lados de la chapa. Por tanto, para igualar el espesor bajo el penetrámetro al espesor de la soldadura, deberán ser colocadas cuñas bajo el ICI hechas de material radiográficamente similar al material inspeccionado (Figura No. 45).

87

ICI

soldadura

Cuña

T1

T Película

Figura No. 45. Posición de las cuñas en el caso de sobremontas

Para la determinación del espesor del área de interés deben también ser considerados los anillos de refuerzo en caso que existan. Siempre que sea posible, el ICI deberá ser colocado en el lado de la pieza que da hacia la fuente, en caso que eso no sea posible el ICI podrá ser colocado en el lado de la película, siendo en ese caso acompañado de una letra "F" de plomo. Solo un ICI deberá ser usado para cada radiografía. Si variaciones de espesor provocasen una variación del -15% ó +30% de la densidad vista a través del ICI, en el área de interés de una radiografía, será necesaria la colocación de un indicador adicional para cada área excepcional. En radiografías de componentes cilíndricos (tubos, por ejemplo) en que son expuestas más de una película cada vez, deberá ser colocado un ICI por radiografía. Sólo en el caso e exposiciones panorámicas, en que toda la longitud de una junta circunferencial es radiografiada con una única exposición, es permitida la colocación de tres ICI igualmente espaciados. La disposición en círculo de una serie de piezas iguales, radiografiadas simultáneamente, no es considerado como panorámica para efecto de colocación de indicadores, siendo necesario que la imagen del mismo aparezca en cada una de las radiografías. Cuando porciones de soldaduras longitudinales fueren radiografiadas simultáneamente con la soldadura circunferencial, ICI adicionales deben ser colocados en las soldaduras longitudinales en los extremos más alejados de la fuente. Para componentes esféricos, donde la fuente es posicionada en el centro del componente y más de una película es expuesta simultáneamente, deberán ser usados por lo menos 3 ICI igualmente espaciados por cada 360° de soldadura circunferencial, más un indicador adicional por cada otro cordón inspeccionado simultáneamente. 5.7.6.1. Indicadores de calidad de imagen (ICI) Europeos ( DIN). El ICI usado generalmente en Europa es del tipo DIN, consiste en una serie de alambres, con diámetros calibrados, y de material radiográficamente similar al material de la pieza radiografiada. En ese

88

indicador la sensibilidad radiográfica es juzgada por el alambre de menor diámetro visible en la radiografía. Esa forma de ICI tiene la ventaja que la sensibilidad del mismo es dada por un valor numérico, mientras que el ICI tipo ASME indica si una cierta sensibilidad fue alcanzada. Se debe notar que la imagen de un alambre es frecuentemente más fácil de ser detectada visualmente que la imagen de un pequeño agujero en un material de espesor igual al diámetro del alambre, de esa forma, la sensibilidad leída en ICI del tipo DIN puede llevar a conclusiones más optimistas, comparada con la sensibilidad leída a través de un ICI del tipo ASME. 5.7.6.1.1 Construcción y Configuración: Cada ICI DIN esta constituido por 7 alambres, dispuestos paralelamente, ( Figura No. 46). La relación entre el diámetro del alambre y su respectivo número se muestra en la Tabla No 14. Los alambres fuerón divididos en tres grupos a saber: 1 a 7, 6 a 12 y 10 a 16. Cada ICI se caracteriza por la siguiente información. ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Identificación de la norma aplicable, en este caso DIN El No 62 (Indica el año de introducción de este tipo de penetrámetro). Abreviatura del material del alambre (ejemplo Fe). El número del alambre más grueso (1, 6 ó 10). Símbolo ISO El Número del alambre mas fino (7, 12 ó 16).

5.7.6.1.2 Disposición: El ICI, siempre que sea posible, debe ser colocado en el lado del objeto que da hacia la fuente. Debe ser colocado sobre la soldadura de forma que los alambres estén perpendiculares a la línea de soldadura, y de forma que su imagen aparezca en la zona central de la radiografía. 5.7.6.1.3. Determinación del Número de calidad de imagen (BZ). El número de calidad de imagen es el número del alambre más fino visible en la radiografía. El número de calidad de imagen requerida, para cada espesor del material, está relacionada en las Tablas No 15a y 15b. La clase de calidad de imagen es función del rigor con que la inspección debe ser hecha y debe ser especificado por el fabricante o proyectista. 5.7.7. Causas y correcciones de radiografías insatisfactorias. El ensayo radiográfico es un proceso complejo que comprende innumerables variables. Fallas en cualquiera de las etapas del ensayo podrán causar marcas en las radiografías listas. Es preciso por lo tanto, un estudio cuidadoso de las causas de esos efectos a fin de tomar providencias en el sentido de corrección de esas fallas, así como para evitar confundirlas con discontinuidades presentes en la pieza ensayada. Los principales defectos causados en las radiografías ocurren por fallas en la exposición, en el almacenaje y manejo de las películas y durante el procesamiento.

89

DIN 62 Fe Hilos

10 ISO 16

Figura No. 46 Esquema general de un indicador de hilos tipo DIN

A continuación se presentan los defectos más comunmente encontrados, así como sus probables causas: ◊ Radiografías con bajo contraste a causa de: - Bajo contraste del objeto - Energía de radiación muy alta - Tiempo de revelado muy corto y/o solución de revelador muy fría. - Revelador cansado ◊ Radiografías con poca definición a causa de: - Distancia objeto-película demasiado grande - Punto focal de grandes dimensiones - Uso de pantallas fluorescentes - Mal contacto entre pantallas y películas - Radiación secundaria y/o dispersa, excesiva ◊ Radiografías veladas o con fuerte velo de fondo a causa de: - Película expuesta a la luz directamente, o por medio de posibles filtraciones de luz en la cámara oscura - Exposición excesiva a la luz de seguridad - Protección insuficiente contra radiación en el local de almacenamiento de las películas Diámetro del alambre diferencias admisibles Número del alambre 3,2

1 ±0.03

2,5

90

2

2

3

1.6

4

1.25

5 ± 0,02

1

6

0,8

7

0,63

8

0,5

9

0,4

10 ± 0,01

0,32

11

0,25

12

0,2

13

0,16

14 ± 0,005

0,125 0,1

15 16

Tabla No. 14. Diámetro e identificación de los alambres en los indicadores de calidad de hilos. - Almacenaje de las películas en local muy caliente, húmedo o en presencia de gases. - Revelador incorrectamente preparado - Revelador contaminado ◊ Radiografías con coloración amarillenta causa de: - Revelado prolongado en revelador cansado u oxidado. - Omitir baño de parada o lavado - Tiempo de fijación muy corto - Fijador cansado o contaminado. ◊ Radiografías con manchas blancas, puede se provocado por: - Manchas de forma redondeada, muy pequeñas y de contornos nítidos resultan de la falta de agitación de la película durante los primeros 30 segundos de revelado. Las burbujas de aire se adhieren a la emulsión e impiden que el revelador actúe en esas manchas. - Manchas muy pequeñas, con contornos poco definidos, caracterizan las películas que no fueron sometidas al lavado antes de ser fijadas. En esas condiciones, se produce un desprendimiento de anhídrido carbónico en la emulsión, proveniente de la reacción de los productos alcalinos del revelador con los productos ácidos del baño fijador. ESPESOR IRRADIADO ( mm) Arriba de.

Hasta

91

CLASE CALIDAD No I No. de Calidad de imagen (BZ)

----

6

16

6

8

15

8

10

14

10

16

13

16

25

12

25

32

11

32

40

10

40

50

9

50

80

8

80

150

7

150

200

6

ESPESOR IRRADIADO (mm)

CLASE DE CALIDAD No II 6

14

6

8

13

8

10

12

10

16

11

16

25

10

25

32

9

32

40

8

40

60

7

60

80

6

80

150

5

150

170

4

170

180

3

180

190

2

190

200

1

92

Tabla No. 15a y 15b. Selección del indicador de hilos de acuerdo con el espesor a radiar y al nivel de calidad requerido. (Ι y II) - Gotas del baño fijador o del paro que cayeron sobre la película antes del revelado. - Manchas provocadas por acción mecánica sobre la película antes de la exposición radiográfica; por ejemplo, caída de un material pesado sobre la película o sobre la funda o chasis. - Manchas provenientes del secado rápido o irregular de la película. En el caso por ejemplo, de las gotas de agua que quedan adheridas a la superficie de la película en el instante en que es puesta a secar. - Manchas de grasa o aceite que retardan o impiden la penetración del revelador. - Manchas provocadas por la acción de pantallas intensificadoras determinadas. - Manchas provocadas por impurezas por ejemplo, partículas metálicas existentes entre películas y las pantallas intensificadoras durante la exposición radiográfica. - Pequeñas manchas claras con bordes oscuros provocadas generalmente, por un secado lento en clima caliente y húmedo, sobre todo si el agua de lavado no es muy pura. ◊ Radiografías reticuladas: - La causa principal de ese efecto es la variación brusca de temperatura que puede ocurrir cuando la película pasa de un baño a otro. Esas radiografías quedan con aspecto resecado. ◊ Radiografías con emulsión despegada por causa de: - Fijador vencido o muy caliente - Baños a temperatura muy elevada - Lavado prolongado en agua tibia ◊ Radiografías con estrías por causa de: - Marcos contaminados, o sea, que no fueron lavados después de su uso. - Falta de agitación en el baño de revelado. - Inspeccionar la película bajo la luz de seguridad antes del baño fijador. - Omitir el baño de paro o ejecutarlo incorrectamente. - Falta de agitación durante el baño de paro. - Gotas de agua atrapadas en la película durante el secado. - Inspeccionar la película bajo la luz de seguridad antes de completar el tiempo de fijado. ◊ Depósito blanquecino a causa de: - El agua empleada para preparar el revelador y el fijador es demasiado dura (Presencia de sales de calcio y magnesio disueltas en el agua). - Película lavada en agua demasiado dura - Revelador preparado incorrectamente.

93

6. ELABORACION DE UN PROCEDIMIENTO DE INSPECCION RADIOGRÁFICA.

6.1. GENERALIDADES. El procedimiento de inspección tiene por finalidad fijar los parámetros de ejecución del examen radiográfico. De esa manera se crea un documento técnico que describe el método de ensayo, el material ensayado y la calidad de las radiografías obtenidas. Uno de los beneficios que se pueden obtener del procedimiento técnico es con respecto a la repetibilidad del ensayo, ya que es posible hacer una verificación de los resultados obtenidos dentro del mismo método usado inicialmente. Además, de ser un documento guía para los operadores donde se plasman los métodos y criterios a seguir. Es importar aclarar que este documento es parte integral del código, Norma o especificación que se siga en la construcción del componente dado y por ende este procedimiento debe estar calificado para comprobar si el método y la técnica propuesta son los requeridos. 6.2. PROCEDIMIENTO DE INSPECCION. Este debe contener la secuencia indicada con los siguientes puntos: ◊ Objetivo ◊ Normas a consultar.

94

◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Material, grupo de material, proceso de fabricación y rango de espesor. Tipo de fuentes ( X, Gamma) citando tensión máxima del tubo. Dimensiones de la fuente y distancia de la fuente a la película. Esquema ilustrativo mostrando el arreglo de exposición. Tipo de película, marca comercial, designación y tipo de pantallas. Filtros de protección contra radiación dispersa. Descripción del método de marcaje . Fijar condiciones de Densidad. Indicadores de calidad de imagen (ICI), localización, cantidad y sobre-espesor (Shim). Tablas de exposición. Esquema y sistema de identificación de las placas radiográficas. Condiciones requeridas de la superficie a ser examinada y limpieza requerida. Procesado de la película ( revelado, tiempo, temperatura). Protección Radiológica necesaria. Formatos de presentación de resultados.

6.2 1. Objetivos. Dar las condiciones exigibles en la realización del ensayo por radiografía X y gamma en la detección de discontinuidades en piezas soldadas. 6.2 2. Normas A Consultar. ◊ Norma 2034 ICONTEC (Guía para la calificación y certificación de personal que hace uso de los E.N.D. ◊ ASME V - 1983. ◊ ASTM E - 142. ◊ ASTM E - 94. ◊ SNT-TC-1A American Society for Nondestructive testing. ◊ ASME VIII División 1, UW-35. 6.2 3. Grupo De Material. El material a ser radiografiado debe estar clasificado de acuerdo con sus características de absorción de la radiación de la Tabla No. 16, los materiales que no estén clasificados en los grupos establecidos (EJ. latones y plomo), por presentar características de absorción variables en función de la composición química, deben ser considerados individualmente. Si fueran materiales radiográficamente diferentes, cada tipo de material debe ser descrito con la respectiva variación de espesor.

GRUPO Al Ti 1

DESCRIPCION DEL MATERIAL Magnesio y sus aleaciones Titanio y sus aleaciones Aceros al carbono e inoxidables

95

2 3 4 5

Bronce-Aluminio,Bronce-Niquel-Aluminio Inconel (Ni-Cr-Fe) Cobre y sus aleaciones, Ni y sus aleaciones y Latones Bronce al estaño, Fundición de Bronce

Tabla No. 16. Grupo de materiales radiográficamente similares

6.2 4. Tipo De Fuente. Debe ser descrita la fuente de radiación empleada para la ejecución del ensayo. Cuando fuere usado el aparato de rayos X, deberá ser identificado con todas sus características: Tipo, tamaño del foco, marca y modelo entre otros. Si se usara equipo gammagráfico se deberá indicar: El tipo de radioisótopo, modelo, tamaño de la fuente, comandos y actividad de la fuente o cartas de decaimiento. Para fuentes de rayos gamma el espesor mínimo del material que se recomienda radiografiar para cada isótopo radioactivo debe estar de acuerdo a la Tabla No.17, estos valores pueden ser reducidos cuando la técnica usada demuestre que da la sensibilidad requerida; en cuanto al espesor máximo este esta limitado básicamente por el tiempo de exposición. La determinación del las dimensiones de la fuente debe estar de acuerdo con el ASME Sección V, T-235.1 - T-253.2

MATERIAL Acero Aleaciones de Cobre y Níquel Aluminio

FUENTE IRIDIO-192 COBALTO-60 19 mm 38 mm 16 mm 33 mm 64 mm

--

Tabla No. 17. Espesores mínimos a radiografiar con radioisótopos 6.2.5 Arreglo De Exposición. Se ha designado básicamente como técnica de pared simple, el arreglo en el cual la radiación pasa únicamente un espesor de material siendo proyectada su imagen sobre la película radiográfica para su posterior evaluación, en el caso de radiografías de juntas de tubería soldadas se habla de dos tipos diferentes los cuales son: ◊ Técnica de doble pared con observación de pared simple. ◊ Técnica de doble pared con observación de las dos paredes. En el primer caso la radiación pasa las dos paredes de la tubería antes de llegar a la película y únicamente la soldadura presente en una de las paredes es observada en la radiografía; a

96

diferencia con el segundo caso en el cual ambas paredes son observadas y evaluadas en la radiografía, esta ultima técnica es usada especialmente para tuberías con diámetros pequeños especialmente menores a 3,5 pulgadas. “Mientras sea posible la técnica de pared sencilla debe ser usada, en caso contrario se podrá utilizar la técnica de doble pared”. El arreglo de exposición debe ser preparado esquemáticamente indicando las posiciones relativas entre cada uno de los siguientes puntos como mínimo: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Posición de la fuente Localización de los indicadores. Localización de las marcas. Distancia fuente-película. Técnica radiográfica. Uso de colimadores

La técnica radiográfica debe obedecer los siguientes requisitos: -Las radiografías de paredes simples y vista simple deben ser ejecutadas preferencialmente de acuerdo a las Figuras No. 47, 48 y 49.

Fuente

Figura No. 47. Técnica usada para pared simple y vista simple con la fuente en el centro (panorámica)

Fuente

97

Figura. No. 48. Arreglo geométrico pared simple vista simple.

Fuente

Película

Figura. No. 49. Arreglo de pared simple vista simple fuente externa

Las radiografías de pared doble y vista simple debe ser ejecutada de acuerdo a las Figuras No. 50 y 51.

98

Figura No. 50. Arreglo geométrico pared doble vista simple

B

B A

A

Figura No. 51 Arreglo geométrico pared doble vista simple 1 -Las radiografías de pared doble y vista doble pueden ser ejecutadas para tubos de diámetro externo igual o menor a 3.5" de acuerdo a la Figura No. 52 y 53.

1

Requiere al menos 3 placas radiograficas cada 120 grados, en las posiciones A o B

99

Figura No. 52. Arreglo pared doble vista doble con diámetro menor o igual a 3.5 pulgadas. (Requiere al menos dos radiografías cada una a 90°, son llamadas elípticas)

Figura No. 53. Arreglo pared doble vista doble con diámetro igual o menor a 3.5 pulg.(Requiere al menos tres radiografías cada 120°, para un completo cubrimiento)

6.2.6. Distancia Fuente Película. La distancia no puede ser en ningún caso menor a la calculada de acuerdo a:

DFP = F*t

DFP = Distancia fuente película F = Tamaño del punto focal.

/ Ug + t

100

Ug = Penumbra geométrica t = Espesor de la pieza En la Tabla No. 10 se dan los valores máximos de penumbra de acuerdo al espesor según el código ASME. 6.2.7 Tipo De Película. ◊ Se debe indicar el tipo de película, su marca comercial, dimensiones, cantidad de películas por junta y por chasis. ◊ Deben ser utilizadas películas tipo I (baja velocidad alto contraste y granulación fina) o Tipo II (velocidad media , contraste medio y granulación media). ◊ En caso que sea necesario usar técnica de doble película, esta deberá mostrar la sensibilidad requerida para el ensayo. ◊ Su procesamiento debe ser hecho utilizando las guías para tal fin como SE-999 o SE 94 parte III. 6.2.8 PANTALLAS INTENSIFICADORES. ◊ Si no se especifica lo contrario estas deben ser de plomo y su selección puede hacerse de acuerdo a la Tabla No. 6. ◊ La radiación retrodispersa debe ser controlada de acuerdo a ASME V T 235.1 y T 235.2 con una letra B de plomo con dimensiones de 1/2" x 1/16" de espesor y debe fijarse detrás de la película durante la exposición. Después del revelado, si aparece esta letra más blanca en un fondo oscuro, la razón es insuficiente protección de radiación retrodispersa. Se acepta en cambio una letra B más oscura en un fondo más claro. ◊ Si la posición del chasis es muy cercana al suelo o a cualquier otro objeto o si el tiempo de exposición es muy largo se debe usar una plancha de plomo ( 6.0 mm) detrás del chasis a fin de evitar una alta retrodispersión. 6.2.9. Descripción Del Método De Marcado. Debe ser adoptado un sistema de marcaciones que posibilite la localización de discontinuidades detectadas en la placa radiográfica. La posición de estos marcadores que aparecen en la radiografía deben ser fijados sobre la pieza o componente no sobre la película. Además, debe existir una correlación entre marcas sobre el componente y la película. En el caso de pared simple, la marca debe colocarse del lado de la fuente así: ◊ Componentes planos o juntas longitudinales en componentes cilíndricos o cónicos Figura No. 54 ◊ Componentes esféricos o curvos, en los que el lado cóncavo es hacia la fuente y la distancia fuente-objeto es mayor que el radio interno. Figura No. 55.

101

◊ Componentes esféricos o curvos 2 donde el lado cóncavo este hacia la fuente y cuando la distancia fuente-objeto es menor que el radio interno del componente. Figura No. 56 ◊ Para componentes planos o juntas longitudinales, cuando la radiografía muestre una cobertura más allá de la colocación de las marcas dados en la Figura No. 57. ◊ Componentes curvos o esféricos con el lado convexo hacia la fuente. Figura No. 58 Las marcas del lado de la película se aceptan cuando: En equipos cilíndricos, esféricos o tuberías la posición de los marcadores debe hacerse teniendo en cuenta: ◊ Fijar los números de plomo en una cinta en orden ascendente y a intervalos regulares. ◊ La colocación de las cintas con la marcación deben ser hechas en sentido horario y en dirección del flujo. A continuación se presentan las posiciones de las marcas de acuerdo al código ASME Figuras No 54, 55, 56, 57, 58 y 59.

Marcas del lado de la película no aceptable

Marcas del lado de la fuente aceptable

Figura No. 54. Colocación de marcas componente plano

Marcas del lado de la película aceptables Marcas del lado de la fuente no aceptables 2 Las marcas pueden colocarsen ya sea del lado de la película o de la fuente cuando la DFO sea igual al radio del componente

102

Figura No. 55. Componente curvo con DFP mayor que el radio del componente. Ver T-237,1.2(a)

Marcas del lado de la película no aceptable

Marcas del lado de la fuente aceptable

Figura No. 56. Componente curvado con DFP menor que el radio del componente Ver T-237.1.1 (b) x = (t/D) (Mf / 2) D

x = Cobertura requerida adicional más alla de las marcas del lado de la película (pulg). t = Espesor del componente (pulg). Mf = Intervalo de la localización de las marcas del lado de la película. D = Distancia de la fuente al componente (pulg)

t x

Mf

x

Figura No. 57. Marcación alterna del lado de la fuente componente plano.

103

Lado de la fuente aceptable Lado de la película inaceptable

Figura No. 58. Marcación componente curvo superficie convexa

Lado de la fuente aceptable

Figura No. 59. Componente curvo con la ubicación de la fuente en el centro del componente Ver T-237.1.3 6.1.10. Densidad. La densidad media en el área de interés y en la región del indicador debe ser como mínimo 1.8 para una vista de pared simple con Rayos X y de 2.0, para películas tomadas con Rayos γ evaluadas individualmente, para la técnica de doble película la densidad mínima de cada placa debe ser 1.3 o la máxima densidad en todo caso de 4.0. La verificación de la densidad debe ser evaluada con un densitómetro o placas de comparación previamente calibradas. El densitómetro debe ser calibrado de acuerdo con el paragrafo 5 de SE 1075 Calibration of Transmision Densitometes. VARIACION DE LA DENSIDAD: Se acepta una variación general de -15% y +30% entre el indicador y el área de interés y en el caso de usar shim de -15%, en caso de sobrepasar estos valores se debe colocar otro indicador y volver a tomar la radiografía.

104

6.1.11. Indicadores De Calidad De Imagen. Se utilizaran indicadores de calidad de imagen ICI. bien sea de hilos o de huecos standarizados por el ASTM 747 y el SE 142 respectivamente cuya designación se muestra en la Tabla No. 18 y 19. En cualquier caso su selección se hará en base al espesor del material más el refuerzo previsto para este espesor. ◊ En el caso de penetrámetros de huecos la sensibilidad radiográfica debe ser verificada por el uso de un indicador, el cual debe presentar en la placa radiográfica una imagen completamente definida, incluyendo números y letras de identificación y el orificio esencial visible. ◊ La selección del tipo y orificio esencial debe estar de acuerdo con la norma del proyecto, cuando esta no exista estos deben estar de acuerdo al ASME V T. 276 bien sea para pared simple o pared doble. La designación del penetrámetro a usar y el hueco o alambre esencial a observar se da en la Tabla No. 19. ◊ La localización del indicador debe estar de acuerdo con la técnica usada. ◊ El indicador debe estar colocado del lado de la fuente en cuando sea posible, aun cuando esto no fuera posible se admite del lado de la película, en este caso debe ser colocada una letra F de plomo adyacente al indicador con un tamaño igual a la altura del indicador. ◊ Para soldaduras, el indicador debe ser colocado adyacente a esta, , excepto cuando el metal de soldadura no es clasificado como radiográficamente igual al metal base o cuando la configuración geométrica de la pieza no lo permita, en este caso debe ser colocado sobre un cuerpo o espesor de características similares a las del objeto a ensayar (SHIM). ◊ La imagen del indicador en el caso de soldaduras debe estar como mínimo distante 3 mm. del margen de la soldadura.( en cualquier caso la selección del ICI tiene relación directa con el espesor del material más el refuerzo previsto para ese espesor). ◊ En exposiciones panorámicas de equipos cilíndrico y componentes planos, la imagen de un indicador debe aparecer en una radiografía, excepto cuando la fuente es colocada en el centro del objeto para radiografiar una circunferencia, en este caso por lo menos tres indicadores igualmente espaciados debe ser colocados ( 120 grados c/u).

No.

Espesor (pulg)

5 7 10 12 15 17 20 25

0.005 0.007 0.010 0.012 0.015 0.017 0.020 0.025

Diámetro del hueco (pulg) 1T 2T 4T 0.010 0.020 0.040 0.010 0.020 0.040 0.010 0.020 0.040 0.012 0.025 0.050 0.015 0.030 0.060 0.017 0.035 0.070 0.020 0.040 0.080 0.025 0.050 0.100

105

30 35 40 45 50 60 80 100 120 160 200

0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.060 0.080 0.100 0.120 0.160 0.200

0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.060 0.080 0.100 0.120 0.160 0.200

0.060 0.070 0.080 0.090 0.100 0.120 0.160 0.200 0.240 0.320 0.400

0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 0.240 0.320 0.400 0.480 0.640 0.800

Tabla No. 18. Designación de los ICI tipo hueco (Tablas ASME T 233.1 y T 233.2)

PARED SIMPLE Espesor (pulg)

t ≤0.25 0.25 < t ≤0.375 0.375 < t ≤0.5 0.50 < t ≤0.75 0.75 < t ≤1.0 1.0 < t ≤1.5

LADO DE LA FUENTE Designación Hueco Alambre visible visible

12 15 17 20 25 30

2T 2T 2T 2T 2T 2T

0.008 0.010 0.013 0.016 0.020 0.025

LADO DE LA PELICULA Designación Hueco Alambre visible visible

10 12 15 17 20 25

2T 2T 2T 2T 2T 2T

0.006 0.008 0.010 0.013 0.016 0.020

Tabla No. 19. Selección según el espesor de los indicadores de calidad de imagen a usar ( ASME T 276) Nota: Un orificio más pequeño en un penetrámetro de mayor espesor o un orificio más grande en un penetrámetro de menor espesor puede ser sustituido para cualquier espesor, con la condición que la sensibilidad sea mantenida

No de alambre

1 2 3 4 5 6

Designación ASTM A B C 0.0032 0.004 0.005 0.0063 0.008 0.010

106

0.010 0.013 0.016 0.020 0.025 0.032

0.032 0.040 0.050 0.063 0.080 0.100

D 0.100 0.126 0.160 0.200 0.250 0.350

Tabla No. 20. Diámetro en pulgadas de los ICI tipo alambre (ASTM) ◊ Debe ser usado al menos un indicador por cada radiografía, el cual debe presentar una densidad uniforme en el área de interés, la densidad radiográfica de interés no debe ser menor que el (_15%) de la densidad medida en el indicador. ◊ Cuando parte de un soldadura longitudinal, se cruza con una soldadura circunferencial debe ser examinada en la misma radiografía por lo menos un indicador adicional debe ser colocada a la soldadura longitudinal en la posición más adecuada. ◊ Para indicadores ASME, si el refuerzo no fuera removido de la soldadura se utilizaran shim del mismo material a inspeccionar o de un material equivalente que debe ser colocado entre el objeto y el indicador. ◊ El espesor del shim debe ser tal qué el espesor total radiografiado a través del indicador sea por lo menos igual al espesor total según Tabla No. 21.

ESPESOR DE LA SOLDADURA ESPESOR DEL SHIM (mm) (mm) 12.5 inclusive 1.6 12.5 hasta 25 2.4 25 hasta 51 3.2 mayor de 51 4.0 Tabla No. 21 Espesor de los shim a usar

6.1.12. Tabla De Exposición. Los cálculos de exposición deben hacerse por: ◊ Reglas de exposición ◊ Tablas previamente verificadas y corregidas según el caso ◊ Abacos de exposición con una calificación previa y su ajuste. 6.1.13. Identificación De La Placa Radiográfica. Como mínimo deben aparecer los siguientes datos, los cuales no deben interferir con el área de interés a examinar ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Fecha. Empresa que ejecuta la inspección Número de la junta o cordón de soldadura Marcas de inicio y final del tramo inspeccionado. Sistema de identificación métrico para localización de defectos. Siglas de la empresa contratista. Equipo a inspeccionar.

107

En el informe de radiografías deben aparecer los siguientes puntos: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Número del contrato Contratante o sigla. Empresa que ejecuta la inspección. Identificación del operador. Nivel del inspector que interpreto y firma. Proceso de soldadura Tipo de junta. Espesor Material Posición de la soldadura Número de junta Número de identificación de las películas. Técnica radiográfica Tipo de fuente tamaño y actividad. Películas nombre comercial. Tiempo de exposición Miliamperajes y kilovoltajes Norma de calificación Firma de aceptación o rechazo.

6.1.14. Preparación De La Superficie. La superficie a ser ensayada debe estar libre de irregularidades que puedan enmascarar o ser confundidas con discontinuidades. Estas irregularidades deben eliminarsen en ambos lados de la soldadura (si es posible) y los refuerzos no deben exceder los valores máximos permitidos para cada caso. Además, se debe indicar el método y las herramientas necesarias para la preparación de la superficie 6.1.5. Laboratorio Radiográfico. El procesamiento debe ser descrito en detalle citándose lo siguiente: ◊ Marca y fecha de los productos químicos usados en los baños. ◊ Etapas a ser cumplidas en el procesamiento ◊ Tiempo y temperatura de los productos químicos durante el proceso. ◊ Filtrado y renovación del agua usada para el lavado. ◊ Capacidad de los tanques y frecuencia en los cambios de los productos químicos. ◊ El almacenaje de las películas vírgenes debe ser hecho en un ambiente y condiciones que se mantengan protegidas a la acción luminosa, exceso de calor, excesiva humedad y posibles radiaciones. ◊ El cuarto oscuro debe tener una luminosidad que no perjudique la calidad radiográfica.

108

◊ La potencia de la lámpara de seguridad debe ser como máximo 15 Wattios y no acercar la película a más de 1 metro de esta e indicar el filtro que se debe usar en la lámpara de seguridad. ◊ El área de servicio, las pantallas de plomo, los chasis deben mantenerse limpios y deben proveerse áreas separadas para empacar o cargar chasis (área seca) y área para el revelado propiamente (área húmeda) las cuales deben estar como mínimo a 1 metro de distancia una de otra. ◊ En el procesamiento de las placas radiográficas cada baño debe ser preparado en un recipiente de acero inoxidable individualmente y ser utilizado exclusivamente para este baño. ◊ En el procesado manual de las placas el espacio entre ganchos en los tanques debe ser como mínimo 15 mm. ◊ La agitación de los baños debe ser hecha antes de la inmersión de la películas. Una vez iniciado el proceso de revelado la agitación debe hacerse moviendo los ganchos horizontal y verticalmente en períodos de tiempos cortos. ◊ Para determinar las demás condiciones del procesamiento de películas se recomienda utilizar el código ASME V, Art.22, SE-94. ◊ Las radiografías deben estar libres de manchas ASME V. T-233.2 ◊ El negatoscopio utilizado debe tener intensidad y luminosidad regulable que no causen reflexiones. ◊ Se debe fijar una letra B de plomo de 12 mm de altura por 1.5 mm de espesor para verificar la radiación dispersa y que no debe aparecer en la radiografía como una imagen clara en un fondo oscuro, pues en este caso la protección es insuficiente. Caso contrario no implica la reejecución de la radiografía.. 6.1.16. Protección Radiológica. ◊ Se deben elaborar instrucciones para protección radiológica que serán utilizadas en situaciones normales y de emergencia por el operador de radiografía bien sea de rayos X o gamma, incluyendo aislamiento de áreas, almacenamiento de fuentes, procedimientos de cambios de pastillas y cuidados especiales de acuerdo a los parámetros fijados por las normas internacionales. ◊ Todo operario debe disponer de un carné de seguridad radiológica expedido por el INEA. ◊ Cada operador deberá disponer como mínimo un dosímetro de película y un dosímetro de lectura directa. ◊ Todo operador deberá someterse a los reconocimientos médicos y así mismo solicitar a la autoridad competente su registro de dosis mensuales en el caso que él considere. 6.1.17. Calificación Del Procedimiento De Inspección. Deben ser ejecutadas radiografías en los espesores especificados dentro de este. El procedimiento se considerada calificado si las radiografías tomadas presentan:

109

◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Densidad requerida Indicador de calidad de imagen perfectamente definido. El hueco o alambre esencial visibles. Película sin ninguna mancha o defecto de revelado. Sistemas de identificación completamente visibles.

Siempre que cualquiera de las variables anteriores fuera alterada, debe ser emitida una revisión del procedimiento anterior (RECALIFICACION). 6.1.18. Calificación Del Operador o Inspector. Este debe ser calificado de acuerdo a la norma SNT-TC-1A o su equivalente, Norma ICONTEC 2034 (Guía para la calificación y certificación de personal que hace uso de los ensayos no destructivos).

6.1.19. Reporte de resultados (soldaduras) COMPAÑIA O LABORATORIO

CLIENTE

REPORTE

FECHA

LOCALIZACION (WELD) IDENTIFICACION (PARTE) DATOS DE LA PARTE SHIM ESPESOR SOLDADURA(mm) METAL BASE (mm) TIPO DE MATERIAL TECNICA DE SOLDADURA ESTADO CONFIGURACION DE LA JUNTA LONGITUD O DIAMETRO CODIGO APLICABLE PROCEDIMIENTO No.

DATOS TECNICOS No ICI TIPO PANTALLA FRONTAL PANTALLA TRASERA TIPO PELICULA TAMAÑO SIMPLE MULTIPLE FUENTE KV. mA*min TAMAÑO DE LA FUENTE DFP PENUMBRA PROCESADO MANUAL AUTOMATICO TEMPERATURA TIPO ESQUEMA

Muestra la fuente, su localización, dirección de radiación, posición y localización de la parte, películas, penetrámetros, shim, identificación.

VISTA SIMPLE No ID ESTACION

DATOS DE INTERPRETACION VISTA DOBLE Aceptada Recha Código Nivel de Densi

110

Artefa

Observaciones

parte

zada

discontinui dad

calidad

dad

c tos

CODIGO DE DISCONTINUIDAD POR: POROSIDAD FF: FALTA DE FUSION CONV: CONCAVIDAD W: INCLUSION PESADA CRAC: GRIETA CRATER SL: INCLUSION ESCORIA UEX: SOCAVADO EXTER HL: HIGH-LOW CRAL: GRIETA LONGITUDINAL Q: QUEMADURA RAT: GRIETA TRANSV. U: INSERTO IP: PENETRACION INCOMPLETA REVISADO POR NOMBRE

NIVEL

FECHA

CLIENTE NOMBRE

NIVEL

FECHA

Tabla No. 22. Reporte de resultados (soldaduras 6.1.20. Reporte de resultado (fundiciones) COMPAÑIA O LABORATORIO

CLIENTE

REPORTE

FECHA

LOCALIZACION (WELD) IDENTIFICACION (PARTE) DATOS DE LA PARTE SHIM ESPESOR SOLDADURA(mm) TIPO DE MATERIAL

CODIGO APLICABLE PROCEDIMIENTO No.

DATOS TECNICOS No ICI TIPO PANTALLA FRONTAL PANTALLA TRASERA TIPO PELICULA TAMAÑO SIMPLE MULTIPLE FUENTE KV. mA*min TAMAÑO DE LA FUENTE DFP PENUMBRA PROCESADO MANUAL AUTOMATICO TEMPERATURA TIPO ESQUEMA

Muestra la fuente, su localización, dirección de radiación, posición y localización de la parte, películas, penetrámetros, shim, identificación.

VISTA SIMPLE No ID ESTACION

DATOS DE INTERPRETACION VISTA DOBLE Aceptada Recha Código Nivel de Densi

111

Artefa

Observaciones

parte

zada

discontinui dad

calidad

dad

c tos

CODIGO DE DISCONTINUIDAD MP: MICROPOROSIDAD SS: INCLUSION DE ARENA MR: MICRORECHUPE HT:DESGARRAMIENTO EN CALIENTE CS: MACHO DESPLAZADO SL: INCLUSION ESCORIA POR: POROSIDAD SR: RECHUPE SE: SEGREGACION WP: POROSIDAD ALARGADA ID: INCLUSION DENSA. REVISADO POR NOMBRE

NIVEL

FECHA

CLIENTE NOMBRE

NIVEL

FECHA

Tabla No. 23. Reporte de resultados (fundi 7.0. INTERPRETACION DE RESULTADOS

7.1. INTRODUCCION. La interpretación de resultados, como en cualquier examen no destructivo, es la tarea más difícil de la inspección pues, exige sólidos conocimientos sobre las características del material radiografiado, además de los conocimientos necesarios sobre la técnica radiográfica. La cual debe ser hecha muy cuidadosamente por técnicos experimentados, siempre teniendo presente las características del proyecto o equipamiento inspeccionado y principalmente de las exigencias de los códigos adoptados para su fabricación. 7.2. NEGATOSCOPIO Es el aparato usado para la observación de las placas radiográficas, consiste básicamente de lámparas dispuestas en una caja cerrada con una ventana la cual posee una pantalla dispersora de luz, de modo que el inspector pueda colocar y examinar la placa radiográfica por transparencia. Por exigencias del código ASME sección V T-238, se debe disponer de recursos que permitan controlar la intensidad de la luz (potenciómetro o autotransformador), con el objeto de poder interpretar radiografías de diferente densidad. La potencia luminosa máxima debe permitir examen de radiografías con densidades hasta 3.8 (valor máximo permitido por el código ASME), y la luz emitida debe ser de alta frecuencia (luz fría), para no dañar las películas, ni poseer radiación ultravioleta lo mismo que no ser intermitente ya que esto afectara la visión del inspector. Es importante que el negatoscopio disponga de un interruptor de comando y un dispositivo que permita controlar las dimensiones de la película a observar para evitar ofuscamiento del inspector al recibir variación considerable en la cantidad e intensidad de luz.

112

La sala de interpretación debe ser levemente iluminada, con el fin de evitar reflexiones sobre la película durante la interpretación. 7.3. EVALUACIÓN DE LA CALIDAD RADIOGRÁFICA. Antes de observar las condiciones de la soldadura o pieza inspeccionada, es importante que el inspector asegure que la radiografía presenta una calidad satisfactoria. El indicador de calidad de Imagen (ICI) o penetrámetro es un recurso útil pero no siempre seguro y es necesario que el inspector verifique los siguientes aspectos: ◊ - Los indicadores usados deberán corresponder a la exigencias de los códigos adoptados, deberán anotarse todas las dimensiones y se verificara la composición del material de los indicadores. ◊ - Si fueran usados penetrámetros sobrepuestos durante la exposición, es conveniente verificar este aspecto durante la toma de radiografías sin previo aviso. ◊ - Si es necesario que los indicadores estén ubicados del lado de la fuente, estos puede verificarse en el negatoscopio, verificando que su imagen este ampliada en relación a las dimensiones reales, de acuerdo al espesor (t) y la distancia fuente película(DFP). ◊ -la densidad de la imagen del penetrámetro debe ser aproximadamente igual a la de la soldadura o región de la pieza en la zona de mayor interés. Es siempre necesario tener presente que los indicadores son apenas un recurso y que realmente lo que importa es que la radiografía tenga sensibilidad para evidenciar los defectos (discontinuidades inaceptables) de la pieza. Con experiencia un inspector tiene condiciones para evaluar la calidad de la imagen sin auxilio del indicador, observando la claridad con que son mostradas las irregularidades, las ondulaciones de la soldaduras o sus propios defectos. Como el indicador de calidad de imagen es colocado por lo general en el centro de la película, se pueden tener imágenes satisfactorias de este pero la misma radiografía puede presentar" puntas blancas", por esto es necesario verificar la variación de densidad de la película a lo largo de esta, esto puede hacerse con densitómetros o por comparación con patrones de densidades conocidas. Otro punto muy importante es la verificación del traslape, las extremidades de películas consecutivas deberán ser colocadas sobre la pantalla del negatoscopio simultáneamente y el inspector debe procurar identificar características comunes en ambas extremos, para verificar que no quedo algún tramo de soldadura o pieza sin ser inspeccionada. Es necesario tener en cuenta que los extremos de las imágenes son proyecciones con ángulos diferentes de una película a otra, por esto se observan pequeñas debido a distorsiones de la imagen.

113

Satisfechas estas condiciones es necesario verificar las diferencias de las películas propiamente dichas, ya que numerosas indicaciones pueden ser debidas a deficiencias en la sanidad o proceso radiográfico y no ha presencia de discontinuidades en la pieza así: ◊ Durante el revelado parte de la solución reveladora puede quedar retenida en los ganchos o armazón que sostiene la película y si esta no es bien lavada en operaciones subsecuentes, este escurrirá intensificando el revelado en regiones que quedaran manchadas. Por esto los ganchos deben fijarse en las regiones de menor interés de la placa. ◊ En cuanto si la emulsión fotográfica estuviera húmeda, esta podrá ser desprendida o arrancada fácilmente y la radiografía presentara manchas claras u oscuras conforme sea la profundidad del maltrato. ◊ Si el agua usada para el lavado no fue suficientemente limpia, la radiografía podrá presentar manchas debido a impurezas depositadas. ◊ Durante el secado, pueden quedar retenidas las ultimas gotas en evaporar provocando también la aparición de manchas circulares. ◊ Rayas en las pantallas intensificadoras proyectaran su imagen sobre la película provocando la aparición de indicaciones falsas. ◊ La incidencia de luz o la aplicación de esfuerzos mecánicos sobre la película previo al revelado, antes o después de la exposición, provocara la aparición de manchas claras u oscuras. Las indicaciones descritas anteriormente exceptuando las dos ultimas pueden ser diferenciadas de las indicaciones de los defectos, observando la luz reflejada en ambas caras de la superficie de la película (a contraluz). Cuando se ha caracterizado que las indicaciones son falsas, la radiografía deberá ser repetida, pues por coincidencia, estas pueden estar sobrepuestas o enmascarando indicaciones reales. Otro aspecto importante a ser verificado es la identificación de las radiografías, la cual debe ser por impresión de la emulsión fotográfica y nunca por marcación posterior con tinta u otros medios. Es conveniente verificar algunas veces sí la localización corresponde con la identificación de las radiografías, lo cual un inspector con experiencia puede hacer gracias a las irregularidades superficiales de la soldadura o pieza a radiografiar. En el caso de radiografías de reparaciones es necesario que estas sean confrontadas con las radiografías anteriores del mismo elemento, asegurando que la reparación: ⇒ Fue suficiente para eliminar todos los defectos. ⇒ Esta mostrada en toda su extensión ⇒ Fue hecho en el lugar correcto.

114

Esto debido a que frecuentemente se realizan las reparaciones en sitios errados aun cuando la identificación de la radiografía fue correcta, por lo que deben investigarse inmediatamente las fallas antes de proseguir con las reparaciones. 7.4. CARACTERISTICAS Y EVALUACION DE DEFECTOS. Por las características de la indicaciones observadas las radiografías pueden identificar la naturaleza del defecto que las produjo. A continuación se presentan algunas de sus características como guía para su identificación y deben ser tomadas exclusivamente como un recurso didáctico En cuanto a la evaluación de defectos siempre se deben seguir las exigencias de los códigos adoptados por el proyecto o fabricación del equipo inspeccionado. En virtud de la gran diversidad de normas y revisiones, no se pretende presentar en este texto todas las exigencias referentes a evaluación de defectos y por esto no disculpan al inspector de consultar las Normas correspondientes en cada caso, las ediciones de las normas de donde esta información fue obtenida están citadas en la bibliografía. Por encima de todo NINGUN CODIGO O ESPECIFICACION, POR MAS DETALLADADO QUE SEA, SUPLANTA EL JUZGAMIENTO DE UN TECNICO CAPACITADO. 7.4.1. Grietas. Son defectos graves por el elevado efecto de entalla que producen, No son tolerados por los códigos por menores que sean, entre ellos se tiene: 7.4.1.1. ASME I, II, III y VIII. (recipientes a presión y calderas) 7.4.1.2. API standard 650. (tanques de almacenamiento) 7.4.1.3. ANSI B.31.1 y ANSI B.31.3 (plantas químicas y refinación de petróleo) 7.4.1.4. ANSI B.31.4 y API 1104. (tubería para transporte de petróleo) Las Normas ANSI B.31.4 y API 1104 aceptan únicamente grietas tipo cráter o estrella con dimensiones hasta 5 /32 " (3,96 mm), las cuales son localizadas en los puntos de parada de los diferentes pares de soldadura y son el resultado de la contracción del metal de la soldadura durante la solidificación. Debido a que es un defecto de tipo planar (dimensiones reducidas), las grietas solo son detectadas por radiografías de muy buena calidad o cuando la radiación que llega en una dimensión, sea lo más paralela al plano que contiene la grieta, Cuando existe la probabilidad de la presencia de grietas, la inspección radiográfica debe ser complementada por otros ensayos no destructivos, por ej: tintas penetrantes (LP) o partículas magnéticas (PM), A continuación se presenta un esquema de este defecto, ver Figuras No. 60, 61 y 62. A

A-A

115

Figura No. 60. Grieta longitudinal

A A-A

A Figura No. 61. Grieta transversal A A-A

Figura No. 62. Grieta en los extremos

A

7.4.2. Falta De Penetración y Falta De Fusión En Un Lado De La Raíz (HIGH-LOW). Son defectos graves y en general no son tolerados por los códigos cualquiera que sea su dimensión, entre ellos se tienen: 7.4.2.1. ASME I, II, VIII

116

7.4.2.2. API Standard 650 7.4.2.3. ANSI B.31.1 7.4.2.4. ANSI B.31.3 7.4.2.5. ANSI B.31.4 y API 1104. La Norma B.31.3 condiciona la aceptación de este tipo de discontinuidad de acuerdo a las condiciones cíclicas de trabajo a las cuales será sometida la tubería. Así en el caso de condición cíclica clasificada como SEVERA el criterio es muy riguroso y no acepta la presencia de este tipo de discontinuidades y en el caso de condición de trabajo NO SEVERA se acepta falta de penetración conforme a los siguientes límites: Altura o profundidad menor que el 20% del espesor nominal de la pared del componente de menor espesor de la junta soldada. Longitud menor de 1 1/2 " (38 mm) por cada 6" (150 mm) de longitud de soldadura. Note que en este caso es muy difícil para el inspector determinar la altura del defecto a través de la radiografía y este criterio queda así muy limitado. Aún cuando se pueden hacer los cálculos correspondiente basados en la variación de densidad entre la zona del defecto y el metal base. Las normas ANSI B.31.4 y API 1104 aceptan falta de penetración individual hasta 1" (25 mm) de longitud y la sumatoria de las longitudes de esta discontinuidad no debe exceder 1 " (25 mm) por cada 12 pulg. de longitud y si la soldadura es menor de 12" de longitud (300 mm), la sumatoria no debe exceder el 8 % de la longitud de la soldadura. Generalmente su apariencia es de manchas oscuras delimitadas por líneas perfectamente rectas y normalmente ocurren cuando la abertura de la raíz no es suficiente, ver Figuras No. 63 y 64. Una variante de este defecto es la falta de fusión en un lado de la raíz debido al desalineamiento (HIGH-LOW) que ocurre cuando solamente uno de los dos lados del bisel es fundido durante el pase de raíz, lo cual generalmente acontece cuando las piezas no están bien alineadas, Figura No. 65; las radiografías de soldaduras desalineadas se caracterizan por presentar una mitad más clara que otra, y la falta de fusión en la raíz se presenta como una mancha oscura delimitada en un lado por una línea recta y el otro lado por contornos irregulares. El grado de ennegrecimiento o densidad en la región del defecto da una idea de su severidad.

117

Figura No. 63 Falta de penetración en una junta a tope

En el caso de falta de fusión en la raíz debido al desalineamiento ( H-L) a las normas ANSI B.31.4 y API 1104 aceptan esta discontinuidad si su longitud individual no excede de 2 " (50 mm) y la sumatoria de estas longitudes no excede a 3" (76 mm) en una longitud de 12 " (300 mm) de soldadura. A

A-A

A Figura No. 64. Vista esquemática de una falta de penetración

Figura No. 65. Falta de fusión a un lado de la raíz debido al HIGH-LOW

7.4.3. Falta De Fusión. Esta discontinuidad puede ocurrir en cualquier región de la soldadura, siendo más común en la cara del bisel. Es difícilmente detectable ya que es un defecto bidimensional atravesado por lo general oblicuamente por la radiación, ver Figura No. 66. Pudiendo ser continua o intermitente Figuras No. 69 y 70. Cuando se usan anillos consumibles para el pase de raíz (soldadura sin metal de aporte) si la energía usada en la soldadura no es suficiente, puede quedar una parte sin fundir, en este caso este defecto es fácilmente detectable como lo muestra la Figura No. 67.

118

Figura No. 66. Falta de fusión en el bisel de una soldadura a tope

Figura No. 67. Falta de fusión en el caso de usar anillos consumibles.

En soldaduras con chapas de revestimiento ( CLAD ), debido a la viscosidad del metal depositado es común la falta de fusión en los cantos internos ver Figura No. 68. Falta de fusión

Figura No. 68. Falta de fusión típica en una soldadura con revestimiento tipo CLAD

En cualquier caso es un defecto grave por ser un factor concentrador de tensiones y generalmente no es aceptado por los códigos entre ellos tenemos: 7.4.3.1. ASME I, III, VIII 7.4.3.2. API STD 650 7.4.3.3. ANSI B.31.1 7.4.3.4. ANSI B.31.3 7.4.3.5. ANSI B.31.4 A A-A

119

A

Figura No. 69. Falta de fusión continua La norma ANSI B.31.4 tolera la falta de fusión dentro de los mismos límites adoptados de falta de penetración descritos anteriormente. Si la falta de fusión es debido al traslape en frío (COLD LAP) individualmente la longitud no debe exceder 2" (51 mm) por cada 12 " de longitud y la sumatoria no debe exceder este mismo valor. 7.4.3.6. API 1104. La Norma API 1104 acepta individualmente 1" de longitud, en una longitud de 12" y su sumatoria no debe ser superior a este mismo valor. Sí la falta de fusión es debida al COLD-LAP esta debe ser menor a 2" y su sumatoria debe serAmenor a este mismo valor en 12" de longitud, o si laA-A placa es menor de 12" al 8% de su longitud.

A Figura No. 70. Falta de fusión con traslape en frío entre pases y el metal base.

7.4.4. Inclusiones. Las Inclusiones de escoria son los defectos más comunes encontrados en soldadura, y se define como un sólido no metálico atrapado en el metal de soldadura o entre el metal base y la soldadura. En las Figuras No. 71 y No 72 se representa este tipo de defecto. No son tan graves y pueden ser toleradas dentro de los siguientes límites: A

A-A

L

a

120

A

L≥3a

Figura No. 71. Representación de las escorias alargadas aisladas. A A-A

A Figura No. 72. Escorias alargadas en línea

7.4.4.1. CODIGO ASME I, III, VIII División 2 y ANSI B.31.1 ( Radiografía 100%) ◊ Indicaciones alargadas (radiografía 100%). Se define así aquella que tenga un largo mayor o igual a tres veces su ancho, y la longitud a medir para evaluarla en su largo es dado por los valores de la Tabla No. 24. La longitud mayor es tomada para la medida. No son aceptables cuando fueran superiores en longitud a 1/2 pulg del menor espesor de la junta soldada o 3/4 " de longitud, cualquiera que sea menor. Siendo que cualquier indicación menor de 1/4" sea aceptable. ESPESOR (T)

LIMITE DE ACEPTACION 6.25 mm. 1/3 de T. 19 mm.

Menor a 19 mm. Entre 19 y 57.05 mm. Mayor a 57.05 mm

Tabla No. 24. Valores máximos de aceptación de inclusiones alargadas aisladas ◊ Indicaciones alargadas en línea. En un tramo de soldadura igual a 12 veces el espesor, la suma de las longitudes de escorias en la línea debe ser menor al espesor (T), excepto cuando la distancia entre defectos sucesivos sea superior a 6 L, donde L es longitud de la mayor de ellas. Son aceptables si la suma de sus longitudes son inferiores al espesor (t) en una longitud de soldadura igual a 6 veces el espesor y si individualmente estuvieran dentro de los límites de aceptación de inclusiones alargadas aisladas.

121

Si las inclusiones están distanciadas más de 3 L, donde L es la longitud de la mayor de ellas, no deberán ser consideradas en línea. 7.4.4.2. CODIGO ASME VIII, División 1 (Radiografía Por Muestreo). Los Códigos ASME VIII, división 2, ASME I, II y III no adoptan el método de radiografía por muestreo. 7.4.4.3. API STD 650. Idéntico que el código ASME VIII Div. 1. 7.4.4.4. ANSI B.31.3. Define el criterio de aceptación para inclusiones de escoria, aplicable también a cualquier indicación alargada. Radiografía 100%.. ◊ La longitud de una indicación alargada no debe exceder t/3 del espesor de pared nominal menor de la junta. ◊ La suma total acumulada de longitudes de las inclusiones no deberá exceder el espesor nominal de pared del componente menor de la junta, en una longitud de soldadura igual a 12 veces el espesor del componente más fino. ◊ La anchura de una inclusión de escoria no deberá exceder a 3/32" (2.4 mm) o un t/3 del espesor del componente más fino, cualquiera que sea menor. Radiografía Por Muestreo. ◊ La longitud de una inclusión de escoria alargada no debe exceder a 2 veces el espesor de pared nominal menor de la junta del componente. ◊ La suma total acumulada de longitudes de indicaciones de inclusiones de escoria y de las indicaciones alargadas no debe exceder 4 veces el espesor menor de la junta, en una longitud de soldadura de 6" (150 mm). ◊ La anchura de un inclusión de escoria no deberá exceder 1/8" (3.2) mm o el 50% del espesor de la pared menor de la junta del componente, cualquiera que sea menor. 7.4.4.5. ANSI B.31.4 y API 1104 Tuberías de diámetro mayor o igual a 2 3/8". ◊ No son toleradas inclusiones aisladas con ancho superior a 1/8" y la longitud total de inclusiones alargadas no debe exceder a 1/2" en un tramo de 12" de soldadura , ni deben tener más de 4 escorias aisladas de anchuras máxima de 1/8" en esta misma longitud. ◊ Escorias alargadas en línea no deben exceder a 2 " en longitud o 1/16" en ancho. La sumatoria de estas discontinuidades en 12" de soldadura no debe exceder a 2". ◊ La longitud acumulada de inclusiones alargadas y aisladas debe ser menor que el 8% de la longitud de la soldadura.

122

Tuberías de diámetro inferior a 2 3/8 ". ◊ La anchura máxima para escorias aisladas es la mitad del espesor nominal de pared y la longitud total de esas inclusiones no debe pasar el doble del espesor nominal de la pared. ◊ Escorias alargadas no deben ser más anchas que 1/16", ni más largas que el triple del espesor. ◊ En forma general se puede decir que el aspecto de las inclusiones de escoria es irregular y su tonalidad es gris medio y son muy comunes cuando no se hace una buena limpieza entre pases intermedios de soldadura. ◊ En el proceso TIG no hay posibilidad de tener inclusiones de escoria, pero es común encontrar insertos de metal de soldadura, partículas de TUNGSTENO, las normas no establecen sus tolerancias, pero pueden ser evaluadas por el mismo criterio. ( estas aparecen mas claras que el metal de soldaduras por ser mas absorbentes). 7.4.4.6 API 1104. Para el caso del código API 1104 se definen inclusiones alargadas en línea separadas aproximadamente por el paso de fondeo. (wagon tracks) los cuales deben considerarsen por separado a menos que su ancho sea menor a 1/32” (0.79 mm), en caso contrario debe evaluarse como una sola discontinuidad. 7.4.5. Porosidad. Es definida como gas que queda atrapado en el proceso de solidificación del metal de soldadura. Por su forma redondeada son toleradas dentro de grandes límites, puede ser aislada, presentar colas, estar agrupada, tubular o alineada. Figuras No. 73, 74, 75 y 76. 7.4.5.1. CODIGO ASME SECCION I, III y ANSI B.31.1 (Radiografía 100 %.) Se presentan cartas de porosidad que muestran en función del espesor, los límites tolerables para cada tipo de porosidad. Básicamente los criterios son los siguientes: ◊ El área total de poros, expresada en pulgadas cuadradas no debe sobrepasar 0.06 T ( T: espesor en pulgadas) por cada 6 pulgadas de longitud. ◊ El mayor poro aceptable deberá ser 0,2 T o 1/8" cualquiera que sea menor. excepto cuando estén a más de 1" de longitud de los demás, en este caso pueden tolerarse poros hasta 1/4" o 0.3 T cualquiera que sea menor. ◊ El área total de porosidades puede ser 4 veces superior al permitido, si la longitud en la cual este contenida no sea superior al menor de los dos valores de 1" o 2T. ◊ Porosidad alineada solo podrá ser aceptable si la suma de los diámetros sea inferior a T en una longitud de soldadura igual o menor a los dos valores: 6" o 12 T. ◊ Los poros deben estar distanciados entre si, una longitud equivalente de por lo menos seis veces el diámetro del mayor de ellos. A A-A

123

Figura No. 73. Porosidad aislada.

A

A-A

A Figura No. 74. Porosidad alargada (colas).

A

A-A

A Figura No. 75. Porosidad agrupada (CLUSTER). 7.4.5.2. CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1 y 2.

124

Porosidad Vermiforme.(Wormhole). La dimensión máxima de una imagen asociada con porosidad vermiforme no deberá exceder 1/8” ( 3.2 mm) o 25 % del espesor de la pared del tubo, el que sea menor. A-A

A

A Figura No. 76. Cavidades Vermiforme (Wormhole). Poro Alargado En La Raíz. La longitud máxima de esta discontinuidad no podrá exceder 1 / 2". y la sumatoria de las longitudes de esta discontinuidad no deberá pasar 2". Discontinuidades que excedan 1/4" individualmente deben estar separadas al menos por 2". Tamaño Máximo De Indicaciones Redondeadas. El tamaño máximo admisible de cualquier indicación debe ser de 1/4 T o 5/32", el que sea menor. excepto cuando una indicación aislada este separada de una adyacente de 1" o más, en este caso puede ser 1/3 T o 1/4", la que sea menor. Para espesores mayores de 2" el tamaño máximo admisible de una indicación aislada es 3/8". En las Figuras No. 77, 78, 79 y 80; se muestran algunas de sus variantes como Indicaciones redondeadas alineadas, Indicaciones agrupadas alineadas, Indicaciones redondeadas al azar, Indicaciones redondeadas aisladas e indicaciones redondeadas agrupadas para casos particulares. Lx

L1

L2 Figura No. 77. Indicaciones redondeadas alineadas 3 3

Suma de L1 hasta Lx debe ser menor que t en una longitud de 12T

125

L1

3L2

L2

3L3

L3

3L3

L4

Figura No 78. Indicaciones redondeadas agrupadas alineadas 4 Longitud máxima de los grupos L=6 mm para T menor a 19 mm L=T/3 para T entre 19 mm a 57 mm L=19 mm para T mayor de 57 mm

Espaciado mínimo de los grupos 3L donde L es la longitud del mayor grupo adyacente a ser evaluado.

Figura No. 79. Concentración típica de indicaciones redondeadas al azar (ASME sección VIII, Div 1) 5

25m

25m

Indicación aislada

Indicación agrupada (CLUSTER)

Figura No. 80. Indicaciones redondeadas aisladas y agrupadas para un espesor entre 3 y 6 mm inclusive 7.4.5.3. API STD 650. Idéntico que el código ASME VIII. Div 1 4

La suma de la longitud de los grupos debe ser menor que T en una longitud de 12T Para su evaluación consulte el código de referencia, el cual da las cartas reales. Esta ilustración es solo didáctica.

5

126

7.4.5.4. ANSI B.31.3 (Radiografía 100 %). La mayor dimensión de un concentración de poros no debe exceder la menor de las dimensiones: 33% de espesor nominal de pared del componente menor de la junta o 1/8". El área total de porosidad proyectada sobre la radiografía en cada pulgada cuadrada (645 mm2) , no debe exceder el área permitida para un poro aislado 7.4.5.5. ANSI B 31.3.(Radiografía por muestreo). La mayor dimensión de un concentración de poros no debe exceder a la menor de la dimensiones: 50% del espesor de pared menor o 1/8". El área total de porosidad proyectada sobre una radiografía en cada pulgada cuadrada no debe exceder a 3 veces el área permitida para un poro aislado. 7.4.5.6. ANSI B.31.4. Idéntico que ASME VIII, Div 1 apéndice 4. Todas las exigencias de los códigos presuponen poros circulares, pero frecuentemente hay caso de porosidad alargadas, las cuales por estos criterios no siempre son bien evaluados, creemos mas conveniente evaluarlos como si fueran inclusiones de escoria, téngase presente que la porosidad alargada es distinguible de la escoria alargada por ser más redondeada y ser más densa su imagen en la radiografía. 7.4.5.7. API 1104. El tamaño máximo individual es de 1/8” o T/4 el que sea menor. La distribución de la porosidad dispersa se da en las cartas de el código. La longitud de la porosidad agrupada debe ser menor a ½ ” y su longitud en 12” debe ser inferior en este valor. La porosidad con colas aisladas debe ser ½ ” y la longitud acumulada debe ser menor a 2” en 12” de longitud de soldadura. 7.4.6. Socavado (Undercutting). Son surcos que acompañan el limite entre la soldadura y el metal base, Figura No. 81 pueden ocurrir interna como externamente, son tolerados dentro de ciertos límites. A A-A EXTERNO

INTERNO

A Figura No. 81. Socavados externo e interno típicos

127

7.4.6.1. CODIGO ASME SECCION I, III y VIII. No hacen referencia a mordeduras. 7.4.6.2. CODIGO STD. 650. No son permitas mordeduras con mas de 1/32" de profundidad. 7.4.6.3. ANSI B 31.3. El criterio de aceptación en juntas circunferenciales y longitudinales lleva en consideración la operación cíclica de trabajo y las condiciones de operación (temperatura , presión, etc) del tubo, por esto se encuentran tres criterios en esta norma. ◊ Tuberías en las cuales se aplica el examen "NORMAL" requerido: La profundidad del socavado no debe ser mayor a 1/32" (0.8 mm) o el 25 % del espesor nominal de la pared del componente menor de la soldadura. ◊ Tuberías de categoría "D" (servicio de fluidos). La profundidad del socavado debe ser menor de 1/32" (0.8 mm) o 12.5% del espesor nominal de la pared del componente menor. ◊ Tuberías sujetas a condición cíclica severa. No son permitidas socavaduras. 7.4.6.4. ANSI B 31.4. Socavaduras podrán ser toleradas hasta una longitud igual o menor de los valores: 1/6 longitud de la soldadura o hasta 2". 7.4.6.5. ANSI B 31.1. No son permitidas mordeduras con profundidad superior a 1/32" en soldaduras circunferenciales. En soldaduras longitudinales estas no son permitidas. Como se ve los códigos no son muy claros a este respecto, y como son defectos que en la mayoría de casos pueden ser detectados sin necesidad de radiografía, deberán ser reparados por inspección visual antes de la inspección radiográfica y así evitar tomar más radiografías (reparaciones). 7.4.6.5. API 1104. Se acepta hasta 2” de longitud continua o intermitente en una longitud de 12”

7.4.7. Concavidad. Son surcos largos irregulares, generalmente redondeados que ocurren en la raíz, en virtud del escurrimiento por gravedad del metal fundido. Por obvias razones ocurre generalmente EN LA POSICION SOBRECABEZA no son defectos graves porque son redondeados, pero pueden ser muy profundos alcanzando límites por encima de los cuales deben ser reparados. Solamente las normas ANSI B 31.1 y B 31.3 hacen referencia a concavidad y su criterio es: 7.4.7.1. ANSI B 31.1 y B 31.3. Para juntas soldadas por un lado, la concavidad no deberá reducir el espesor total de la junta incluyendo el refuerzo a una dimensión menor que el espesor menor del componente soldado. Como criterio práctico se recomienda considerar la inaceptabilidad cuando su profundidad sea superior al refuerzo de la soldadura, desde que esta no sea mayor que los valores permitidos.

128

Un recurso práctico para evaluar la profundidad de la concavidad es comparar la densidad de su imagen con la densidad de una región (fuera de la soldadura). Cuando la imagen de la concavidad fuera mas oscura, la profundidad de la concavidad será superior al espesor del refuerzo.

Figura No. 82. Esquema que muestra la forma de la concavidad en una junta a tope.

7.4.8. Soldaduras Provisionales. No deberán ser inspeccionadas por radiografía, y deben ser inspeccionadas visualmente, partículas magnéticas o líquidos penetrantes. 7.4.9. Defectos De Fundición. En cada uno de los siguientes códigos se dan referencias radiográficas para la evaluación de discontinuidades como: porosidad, inclusiones de arena, rechupe interno, grietas y fisuramiento en caliente ◊ ASTM E-446 STANDARD REFERENCE RADIOGRAPHS FOR STEEL CASTING UP 2" IN THICKNESS. ◊ ASTM E-186 STANDARD REFERENCE RADIOGRAPHS POR HEAVY WALLED (24 1/2") STEEL CASTING. ◊ ASTM E-280 STANDARD REFERENCE READIOGRAPHS FOR HEAVY WALLED (4 1/2 - 12") STEEL CASTING.

7.5. REGISTRO DE RESULTADOS Por lo visto anteriormente se deberá establecer una perfecta correlación de cada radiografía con el lugar en que ella fue tomada, a través de un sistema de registro de resultados. Por ejemplo el mapeo de calderas o recipientes a presión o tanques pueden ser hechas a través de un diseño del equipo, mapeo de tuberías con el auxilio de isométricos y otros documentos que permitan establecer las correlaciones entre los sitios examinados, las radiografías, los reportes de inspección y los diseños de fabricación y montaje. Un sistema que permita esta rastreabilidad debe contemplar por lo menos los siguientes puntos: ◊ Identificación de juntas o regiones examinadas. ◊ Reglas para establecer orígenes de marcación de posiciones de las juntas o regiones.

129

◊ Reglas para la correlación de las radiografías con los sitios examinados reportes y algunas veces con los diseños de fabricación o montaje. Para la localización de las discontinuidades en las juntas o regiones a reparar, la práctica mas adecuada ha sido la elaboración de calcos hechos con papel mantequilla sobre la radiografía, con la indicación de 2 marcas de posición, así puede esta ser colocada sobre la región a ser reparada. La elaboración de un registro sistemático de resultados, como se ha descrito, permite verificar en el caso de inspección al 100% si fueron realizados todas las radiografías. En el caso de inspección por muestreo generalmente por cada radiografía reprobada deberán ser marcadas y examinadas otras regiones, y este trabajo queda mucho mas fácil con un registro de resultados sistemático y definida antes de iniciar el trabajo.

7.6. INSPECCION RADIOGRÁFICA POR MUESTREO 7.6.1. ASME VIII, División 1. ◊ Una placa deberá ser tomada por cada 50 pies (15 m) de soldadura, de cada recipiente. ◊ La selección del lugar deberá ser hecha por el inspector de modo que se ejecute por lo menos una radiografía por cada soldador u operador de soldadura. ◊ La radiografía deberá ser hecha tan rápido como sea posible, después de concluir la soldadura. ◊ Cuando un tramo de soldadura presenta discontinuidades superiores a los límites de aceptación otras dos radiografías deberán ser hechas en la misma región ( 50 pies), la escogencia de los lugares deberá ser hecha por el inspector. ◊ Si ambas radiografías resultan aceptables, todo el tramo por ellas representado será aceptable (50 pies). ◊ Si una o ambas radiografías presentan defectos todo el tramo por ellas representado ( 50 pies) deberá ser reparado. ◊ Los tramos reparados serán evaluados con el mismo criterio de la soldadura original. 7.6.2. API 650 STD. BASICO Juntas verticales. ◊ Una radiografía deberá ser hecha en los primeros 10 pies (3m) de soldadura por cada soldador, de cada tipo y espesor de soldadura a ejecutar. ◊ De ahí en adelante será hecha una radiografía por cada 100 pies (30m) de soldadura o fracción de cada tipo y espesor de soldadura.

130

◊ Por lo menos el 25% de las radiografías deberán ser hechas en las intersecciones con las juntas horizontales. Juntas horizontales. ◊ Una radiografía deberá ser hecho en los primeros 10 pies de cada tipo y espesor de soldadura a ejecutar. ◊ De ahí en adelante deberá ser hecha una radiografía por cada 200 pies ( 60 m) del mismo tipo y espesor. ◊ Cuando dos o mas tanques son montados por la misma firma, en un mismo sitio, la sumatoria de las longitudes deberá englobar todos los tanques.

Delimitación de defectos. ◊ Cuando una radiografía muestra un tramo de soldadura inaceptable, otras dos radiografías adyacentes deben ser hechas, a menos que la radiografía que muestra el defecto presente por lo menos 3 " de soldadura aceptable en uno de los extremos, en este caso no será necesario radiografía adicional de ese lado. ◊ Si una de las radiografías adicionales muestra un tramo de soldadura defectuoso, otra radiografía adicional deberá ser hecha hasta un delimitación total de la región defectuosa. El fabricante podrá optar por la reparación de todo el tramo de soldadura del mismo tipo ejecutado por el mismo soldador o operador de soldadura. ◊ El inspector deberá exigir una nueva radiografía en cada tramo de soldadura reparado, si esta presenta defectos estos deben ser delimitados, conforme a la soldadura original. En todos los casos el inspector es quien deberá escoger los puntos que serán radiografiados. 7.6.3. API Std 650- APENDICE D. La cantidad de radiografías deberá ser determinada conforme a la Figura No. 83, 84 y 85.

11/2pul

11/2pul

2 2

1 3pulg 2 1 3

3/8pulg

3

3pul 3

131

Fondo del tanque

Figura No. 83. Distribución de radiografías en tanques para espesores menores de 3/8 pulg

Menor a 3/8”

2

1

1

Mayor a 3/8”

3pulg

4 1pulg MAX

4 3

2

5

4 3 5

2

2pulg

4

3pul

2pulg 4

1

4

3 5

Fondo del tanque Figura No. 84. Distribución de radiografías para tanques con espesores desde 3/8.” hasta 1”.

Mayor a 3/8”

1

4

4

4

4 1 pulg o menos

4

4

4

1

4

4 6

4

4 6

11/2 pulg máx

4

4

5 Mayor de 1pulg

5 1

4

4

5 4

4 6

Fondo del tanque Figura No. 85. Distribución de radiografías para tanques con espesores mayores a 1 pulg.

132

NOTAS. 1. Muestreo radiográfico horizontal; 1 radiografía en los primeros 10 pies y posteriormente 1 cada 200 pies. 2. Muestreo radiográfico vertical; 1 radiografía en los primeros 10 pies y posteriormente 1 cada 100 pies. 3. Muestreo radiográfico vertical en cada una de las soldaduras del primer anillo. 4. Radiografía total en cada una de las intersecciones. 5. Una radiografía en el extremo inferior de las juntas verticales del primer anillo. 6. Radiografía total en las juntas verticales del primer anillo. 7.6.4. ANSI B31.3. Cuando se requieren soldaduras longitudinales una radiografía por muestreo, deberá escoger un tramo de por lo menos 1 pie (30 cm) por cada 100 pies de soldadura, por cada soldador. En soldaduras circunferenciales. Por lo menos deberá radiografiarse un tramo por cada 20 soldaduras, para cada soldador. Si una radiografía no presenta defectos, todas las soldaduras por ellas representadas serán aprobadas, en caso contrario otras dos radiografías deberán ser hechas en la región por ellas representadas. Cualquier defecto observado en una radiografía será delimitado y removido en toda su extensión, así este sobrepase los límites de la película. Si una de las dos radiografías adicionales presenta defectos, todo el tramo por ellas representado deberá ser radiografiado totalmente, siendo reparados y reexaminados todos los tramos defectuosos y luego nuevamente radiografiadas con el mismo criterio de soldadura original.

133

ANEXOS PROCEDIMIENTO DE INSPECCION GAMMAGRAFICA DE UNA SOLDADURA DE UN TUBO DE OLEODUCTO

1. OBJETIVO. Desarrollar un procedimiento gammagráfico para la inspección de una soldadura en un tubo que tiene 12” de diámetro y 3/8” de espesor. Esta inspección se realiza para detectar posibles imperfecciones internas, las cuales si existen conducirían a un rechazo de la soldadura y a una obligatoria reparación de ésta. 2. REFERENCIAS. ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

ASME Sección V (END) ASME Sección VIII ASTM E 94 ASTM E 142 ASTM E 999 API 1104 NTC 2034.

3. PERSONAL.

134

El personal requerido debe estar capacitado y certificado como nivel Ι y nivel II (según NTC 2034) y debe tener vigente su carné de operador de fuentes radiactivas. Todo el personal debe portar un dosímetro de película y uno de lectura directa y además deben poseer un intensímetro, para comprobar que los niveles de radiación son normales. 4. MATERIAL A ENSAYAR. ◊ ◊ ◊ ◊ 5.

Metal base:_________________________ Metal de aporte:______________________ Espesor:____________________________ Proceso de soldadura: ____________________ CARACTERISTICAS DE LA FUENTE DE RADIACIÓN Y EQUIPAMIENTO.

◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Tipo de radioisótopo:____________________ Actividad inicial (Ao):____________________ Fecha:______________________ Actividad (A):____________________ Semiperiodo (T1/2):_______________________ Dimensiones de la fuente:___________________ Negatoscopio. Intensímetro. Densítometros. Cronómetros.

6. TECNICA DE ENSAYO. 6.1. Técnica Radiográfica. Técnica de pared doble, con observación de pared simple. 6.2. Distancia Fuente Película. Ver numeral 6.1.6. D = 12” 6.3. Identificación De Las Placas Radiográficas. Ver numeral 6.1.13. 6.4. Indicador De Calidad De Imagen y Su Localización. Ver numeral 6.1.11. El ICI debe estar ubicado en la parte exterior del tubo al lado de la película. 6.5. Esquema Ilustrativo Del Arreglo De La Exposición.

135

6.6. Densidad. En la utilización de rayos γ, se recomienda que la densidad mínima sea de 2. 6.7. Calidad Radiográfica. Debe estar de acuerdo a la norma ASTM E 142.

6.8. Tiempo De Exposición (t).

t = F * A * D2 / S F: A: D: S:

Factor de película. Para Structurix D-7 éste valor es de 5.87. (Tabla No. 27) Factor de absorción. (Figura No. 86) Distancia fuente película (mm) Actividad de la fuente (mCi).

FACTOR DE PELICULA TIPO DE PELICULA DENSIDAD DE PELICULA 1.5 2.0 3.0 EASTMAN NK 0.82 1.30 3.20 EASTMAN AA 2.50 4.50 14.0 EASTMAN M 15.0 20.1 33.0 GEVAERT D-10 1.15 1.82 4.50 GEVAERT D-7 4.17 17.2 5.87 GEVAERT D-4 14.2 19.3 32.0 Tabla No 27. Elección del factor de película de acuerdo a la densidad y al tipo de película.

7. CARACTERISTICAS DE LAS PELICULAS. ◊ Marca comercial:_________________________

136

◊ Tipo de película:_________________________ ◊ Designación:_________________________ ◊ Tipo de pantallas:________________________ 8. PROCESADO DE LAS PELICULAS. . El revelado se realizara en el laboratorio, bajo las siguientes condiciones: Revelador Kodak Tiempo 5 Minutos Enjuague Agua Tiempo 5 Minutos Fijador Kodak Tiempo 10 Minutos Lavado final Agua Tiempo 20 Minutos Secado Aire Tiempo 20 Minutos 9. CONTROLES Y CALIBRACION DE EQUIPOS.

Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC.

Los equipos deben tener un certificado en el cual se demuestre que están calibrados. Este certificado es expedido por la superintendencia de pesas y medidas, sección metrología. La fuente de radiación igualmente debe tener un certificado de control expedido por el INEA, sección seguridad radiológica, además ésta misma hace el control mensual de los dosímetros personales de película. 10. CONDICIONES PARA LA OBSERVACION DE RADIOGRAFIAS. La observación de las placas radiográficas se hace en el negatoscopio el cual debe encontrarse en un cuarto oscuro (levemente iluminado) para evitar reflexiones sobre la película durante la interpretación. También se debe contar con un dosímetro para cuantificar la densidad radiográfica. 11. CRITERIOS DE EVALUACION. El ASME Sección VIII Apéndice 4 da las normas de aceptabilidad en radiografías. 12. DISPOSICIONES GENERALES DE SEGURIDAD RADIOLOGICA. ◊ Se deben elaborar instrucciones para protección radiológica que serán utilizadas en situaciones normales y de emergencia por el operador de radiografía bien sea de rayos X o gamma, incluyendo aislamiento de áreas, almacenamiento de fuentes, procedimientos de cambios de pastillas y cuidados especiales de acuerdo a los parámetros fijados por las normas internacionales. ◊ Todo operario debe disponer de un carnet de seguridad radiológica expedido por el INEA. ◊ Cada operador deberá disponer como mínimo un dosímetro de película y un dosímetro de lectura directa. ◊ Todo operador deberá someterse a los reconocimientos médicos y así mismo solicitar a la autoridad competente su registro de dosis mensuales en el caso que el considere.

137

13.

PLANILLA DE INFORME.(Ver Tabla No. 23)

50

40

FACTOR DE ABSORCION (A)

Ir

30

20

Cs

10

Co 5

2

1

138 7

0

1

2

3

4

5

6 Espesor Fe (cm)

Figura No. 86. Curvas para calcular el tiempo de exposición. PRACTICA DE INSPECCION GAMMAGRAFICA

1. OBJETIVO. Realizar un procedimiento radiográfico y su calificación de una soldadura de un tubo que tiene de diámetro 12” y de espesor 3/8”. 2. EQUIPOS Y MATERIALES. ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Tubo a inspeccionar Fuente de rayos gamma Película radiográfica Indicador de calidad de imagen Intensímetro Letras y números de Plomo Cinta de enmascarar Cinta aislante negra Flexómetro Cronómetro

3. PROCEDIMIENTO DE INSPECCION. Realizar el procedimiento de inspección para la pieza teniendo en cuenta que éste debe llevar: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Titulo Objetivo Alcance Referencias bibliográficas Personal Material a inspeccionar

139

◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Características de la fuente de radiación y equipamiento Tipo de película, marca comercial, designación y tipo de pantallas Técnica de ensayo (todos los ítems del numeral 4) Controles y calibración de equipos Procesado de la película (revelado, tiempo, temperatura) Condiciones para la observación de las radiografías Criterios de evaluación Disposiciones generales de seguridad radiológica y Planillas de informe.

Realizar un formato de una planilla de informe diferente al del texto. 4. DETERMINACION DE LAS VARIABLES PARA LA INSPECCION. A. Verificar el espesor de la pieza que se va a ensayar. B. Determinar la actividad actual de la fuente, de acuerdo a los siguientes datos: Radioisótopo:________________ Actividad inicial y fecha:_______________________________ Semiperíodo:________________________________________ Esta actividad se determina mediante la formula:

A = Ao.e-O.693.t / T C. Según el código ASME Sección V Articulo 2 Numeral T 285, determinar la distancia fuente película (D). La penumbra geométrica se calcula a partir de la siguiente formula:

Ug = F*D / Dfo Ug: Penumbra geométrica máxima para materiales de espesor menor de 2” = 0,002” F: Tamaño de la fuente (pulg) Dfo: Distancia fuente objeto D. Longitud de la película. 7 cm * XX cm. E. Tiempo de exposición (t): Se determina mediante la siguiente formula:

t = F*A*D2 / S F: Factor de película, para ST-D7 es 5.87 para una densidad deseada de 2

140

A: Factor de absorción (ver conferencia de radiografía industrial X y gamma) S: Actividad de la fuente (mCi). F. Determinación del indicador de calidad de imagen. Selección de acuerdo al ASME Sección V Articulo 2 Numeral T 276 y T 277, verifique de acuerdo al mismo, el lugar donde deben estar el(los) penetrámetro(s), lado de la fuente o lado de la película. G. Identificación de las películas. Las placas radiográficas serán identificadas con letras y números de plomo, esta identificación no debe interferir con el cordón de soldadura a examinar y se colocarán al lado de la película. La identificación debe contener: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Nombre de la empresa que inspecciona Fecha de inspección Indicador de calidad de imagen Empresa a la cual se le realiza el trabajo Tipo de objeto (tubería, tanque, lamina, etc.) Indicar la zona a inspeccionar

H. Técnica radiográfica. Técnica de pared doble con observación de pared simple. De acuerdo al código ASME Sección V Articulo 2 Numeral A 210. (Hacer esquema). 5. MONTAJE Y REALIZACIÓN DE LA RADIOGRAFÍA. 6. PROCESAMIENTO DE LA PELÍCULA. El revelado se realizara en el laboratorio, bajo las siguientes condiciones: Revelador Enjuague Fijador Lavado final Secado

Kodak Agua Kodak Agua Aire

Tiempo 5 Minutos Tiempo 5 Minutos Tiempo 10 Minutos Tiempo 20 Minutos Tiempo 20 Minutos

Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC.

7. OBSERVACION DE LA RADIOGRAFÍA Y EVALUACION. Evalúe las placas obtenidas de acuerdo al código API 1104 y reporte las discontinuidades y los defectos encontrados según este código.

141

PRACTICA DE INSPECCION POR RAYOS X

1. OBJETIVO. Realizar un procedimiento radiográfico y su calificación de una pieza fundida que tiene varios espesores, los cuales van de 10 a 34 mm. 2. EQUIPOS Y MATERIALES. ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Pieza a inspeccionar Equipo de rayos X Película radiográfica Indicadores de calidad de imagen Intensímetro Letras y números de Plomo Cinta de enmascarar Cinta aislante negra Flexómetro Cronómetro

3. PROCEDIMIENTO DE INSPECCION. Realizar el procedimiento de inspección para la pieza, teniendo en cuenta que éste debe llevar: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

Titulo Objetivo Alcance Referencias bibliográficas Personal Material a inspeccionar Características de la fuente de radiación y equipamiento Tipo de película, marca comercial, designación y tipo de pantallas Técnica de ensayo (todos los ítems del numeral 4) Controles y calibración de equipos Procesado de la película (revelado, tiempo, temperatura) Condiciones para la observación de las radiografías

142

◊ Criterios de evaluación ◊ Disposiciones generales de seguridad radiológica y ◊ Planillas de informe. Realizar un formato de una planilla de informe diferente al del texto. 4. DETERMINACION DE LAS VARIABLES PARA LA INSPECCION. A. Espesor de la pieza. Se harán los cálculos para la inspección con los siguientes espesores: 14, 18 y 22 mm. B. A partir de los ábacos de exposición para una película Structurix D7 y para el respectivo espesor de la pieza al corte con la curva del kilovoltaje más indicado, determinar la exposición y el tiempo de la misma. C. Posicionamiento distancia fuente película. Normalmente se tomará el que indique a la cual fueron hechos los ábacos de exposición, pero se verificará que la distancia cumpla con los requerimientos mínimos dados por el código ASME Sección V Articulo 2 Numeral T 285. La penumbra geométrica se calcula a partir de la siguiente formula:

Ug = F*D / Dfo Ug: Penumbra geométrica máxima para materiales de espesor menor de 2” = 0,002” F: Tamaño de la fuente (pulg) Dfo: Distancia fuente objeto D. Longitud de la película. E. Determinar el indicador de calidad de imagen. Selección de acuerdo al ASME Sección V Articulo 2 Numeral T 276 y T 277, verifique de acuerdo al mismo, el lugar donde deben estar el(los) penetrámetro(s), lado de la fuente o lado de la película. F. Identificación de las películas. Las placas radiográficas serán identificadas con letras y números de plomo, esta identificación no debe interferir con la parte de interés a examinar y se colocarán al lado de la película. La identificación debe contener: ◊ ◊ ◊ ◊

Nombre de la empresa que inspecciona Fecha de inspección Indicador de calidad de imagen Empresa a la cual se le realiza el trabajo

143

◊ Tipo de objeto (tubería, tanque, lamina, etc.) ◊ Indicar la zona a inspeccionar G. Técnica radiográfica. Técnica de pared sencilla con observación de pared simple. De acuerdo al código ASME Sección V Articulo 2 Numeral A 210. Hacer esquema. 5. MONTAJE Y REALIZACIÓN DE LA RADIOGRAFÍA. 6. PROCESAMIENTO DE LA PELÍCULA. El revelado se realizara en el laboratorio, bajo las siguientes condiciones: Revelador Enjuague Fijador Lavado final Secado

Kodak Agua Kodak Agua Aire

Tiempo 5 Minutos Tiempo 5 Minutos Tiempo 10 Minutos Tiempo 20 Minutos Tiempo 20 Minutos

Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC Temperatura 18 - 22 oC.

7. OBSERVACION DE LA RADIOGRAFÍA. Evalúe las placas obtenidas de acuerdo al ASTM E-446 y reporte las discontinuidades y los defectos encontrados.

ANEXO ----

144

UTILIZACION DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS En los ejemplos siguientes, la tensión en el tubo y la distancia fuente película han sido consideradas como constantes. El tiempo de revelado es de 5 minutos en el revelador G 127 a 20 °C. EJEMPLO 1. radiográfica.

Influencia del grosor del objeto sobre la densidad de la imagen

Se desea radiografiar con película “Structurix D7” un objeto de acero compuesto por dos partes de diferente grosor (10 mm y 14.5 mm). El diagrama de exposición (Figura No. 87) nos indica que con 160 KV y una distancia fuente película de 70 cm, se obtiene, empleando 10 mA.min., una densidad de 1.5 detrás la parte del objeto que tiene 14.5 mm de grosor. En estas condiciones, ¿cuál será la densidad de la imagen correspondiente a la parte del objeto que tiene 10 mm de grosor?. Solución: De la lectura del gráfico de exposición, se puede concluir que, en las condiciones dadas, para obtener una densidad de 1.5 en Structurix D7 detrás de 14.5 mm de hierro, hace falta una dosis de radiación de 10 mA. Detrás de 10 mm de hierro y en las mismas condiciones, es necesario 4.4 mA. Esto representa una relación de dosis de 10 / 4.4. La dosis de radiación detrás de 10 mm de hierro es de 10 / 4 más alta que detrás de 14.5 mm. La expresión logarítmica de esta relación es igual a 0.36 (Log (10 / 4.4) = Log 10 - Log 4.4.= 1 - 0.64 = 0.36). En el diagrama de la curva característica (Figura No. 88) de Structurix D7, se leerá que una dosis de radiación relativa de 2.2 corresponde a una densidad 1.5. Dado que la densidad que se supone detrás 14.5 mm es igual a 1.5, la dosis de radiación relativa detrás de 10 mm de hierro será igual a 2.2. + 0.36 = 2.56. Se leerá sobre la curva característica que la Structurix D7 da en este caso una densidad de 3.20, lo que es la respuesta al problema plantea

mA. min 140 KV

160 KV

180 KV 10

4.4

145

Figura No. 87. Diagrama de exposición; Structurix D7 ; acero: d = 1.5; dist f.p. = 70 cm; pantallas de plomo 0,02 mm; revel. G 127; 20ºC; 5 mm EJEMPLO 2. Influencia de la dosis de radiación sobre el contraste. Se realiza una toma radiográfica con una dosis de 15 mA.min sobre una película Structurix D7. Después del revelado, la densidad media y el contraste de la imagen son demasiado débiles. Las condiciones de observación son tales, que para una observación óptima, no puede sobrepasarse la densidad 3. ¿Cuál es la dosis de radiación óptima para las condiciones de radiación y de observación dadas y cuál es la elevación del contraste medio que se obtiene de esta manera?. Solución: Se miden las densidades máxima y mínima de las zonas de la imagen importantes para la interpretación. Supongamos que estas densidades son respectivamente 1.5 y 0.5. Del diagrama de la curva característica (Figura No. 89), se puede deducir que las dosis de radiación relativas correspondientes son 2.20 y 1.15. Todos los detalles importantes están situados en un intervalo de radiación de 0.65 (2.20 - 1.55 = 0.65). Esto significa que todos los detalles importantes para la interpretación se encuentran en zonas cuya relación de dosis sobre el detector de imagen no es superior a 4.47 - antiLog de 0.65 = 4.47. Dado que para una observación óptima no puede sobrepasarse la densidad 3, la zona importante para la interpretación que presentaba una densidad 1.5 en la primer toma, debe tener ahora una densidad 3. Sobre el diagrama de la curva característica , se lee que para la densidad 3, la dosis de DENSIDAD

Película STRUCTURIX D7 5 min-G127-20ºC

146

3

2

1.5

1

2.2 1

2

2.5

Log ( I.t ) rel

Figura No. 88. Curva caracteristica de la película Structurix D7

radiación relativa es de 2.5. La diferencia Logarítmica en dosis de radiación para este campo es pues de 0.30 (2.50 - 2.20 = 0.30). Esto significa que la dosis de radiación debe ser doblada (antiLog 0.31 = 2), en otras palabras, que la dosis debe ser de 30 mA.min (respuesta a la primera parte de la cuestión). En lo que se refiere a la elevación media del contraste, la coloca por definición igual a la diferencia entre la media de los gradientes en el interior del intervalo que interesan para la interpretación de las dos partes de la toma. Según la curva II de la Figura No. 89, el gradiente para la densidad = 0.80 es de 1.8 y de 6 para la densidad D = 3. El gradiente medio es pues de 3.9. En las primeras tomas realizadas, para las densidades D = 0.5 y D = 1.5, los gradientes sólo eran respectivamente de 1 y 3.1, lo que da un gradiente medio de 2.05. Se observa pues que la segunda toma radiográfica dará un contraste medio cerca de dos veces más elevado.

DENSIDAD

II

I 6

Gradiente

3

1.8

147

3

0.8 0.5

1

Densidad 2

2

3

1.5 Película STRUCTURIX D7 5 min-G127-20ºC 1 0.8

0.5

1.55

2.2

1.85

1

2

2.5

Log ( I.t ) rel

Figura No. 89. Curva característica de la película Structurix D7

EJEMPLO 3. Grosor máximo y mínimo y valores intermedios para los que la calidad de imagen mínima deseada se obtiene al menos sobre una imagen. En la radiografía de objetos que presenten grandes diferencias de grosores, puede ser importante conocer los grosores máximo y mínimo y todos los grosores intermedios para los que la calidad de imagen mínima deseada se obtiene al menos sobre una imagen. En lo que se refiere a la calidad de imagen, planteamos que, en las condiciones de ensayo dadas, el gradiente mínimo debe ser igual a 1 y que la densidad máxima no debe pasar de 3. El ejemplo se refiere a un objeto de aluminio. Solución: De la Figura No. 90, que presenta la relación entre el gradiente y la densidad de la película Structurix D4 (γ = 2.3 (D-velo)), se puede leer que se alcanza el gradiente 1 con la densidad aproximada de 0.5. El problema planteado se reduce pues a la determinación de los grosores de aluminio detrás de los cuales se alcancen las densidades 0.5 y 3. De la curva característica de la figura No. 90 se deduce que la diferencia entre los Logaritmos de las exposiciones relativas de las densidades 3.0 y 0.5 es igual a 0.85 (3.05 - 2.2 = 0.85).

DENSIDAD

II

6.8 6

Gradiente

3

148

I 3

2.0

0.8

1

Densidad

0.5

2

2 3

Película STRUCTURIX D4 5 min-G127-20ºC 1

0.5

2.2

1

2

3.05

3

Log ( I.t ) rel

Figura No. 90. Curva característica de la película Structurix D4

Sobre una hoja transparente, se dibuja un rectángulo cuya altura sea igual a 0.85 sobre una escala Logarítmica idéntica a la de la dosis de radiación del gráfico de radiación (Figura No. 91) y cuya altura sea tan grande como la del gráfico de radiación. Colocar en la parte superior del rectángulo, la dosis de radiación relativa que da la densidad 0.5 y en la parte inferior, la dosis de radiación relativa que da la densidad 3. Entre estos dos valores, se trazan líneas horizontales que corresponden a las dosis de radiación relativas que deban darse para obtener algunas densidades características, entre otras la densidad 1.5 para la cuál esta trazando el diagrama de radiación (Figura No. 91). A la línea que corresponde a la densidad 1.5 la llamamos línea de exposición. Las densidades respectivas vienen dadas por la altura de las líneas. Se coloca el rectángulo transparente sobre el gráfico de irradiación, con el lado vertical sobre el eje de las dosis de radiación y el lado horizontal paralelo al eje de los grosores de material. Las intersecciones de las líneas horizontales en el rectángulo con las líneas KV en el gráfico de irradiación permiten leer detrás de algunos grosores de aluminio a leer sobre el eje horizontal del gráfico de irradiación las densidades indicadas sobre el rectángulo se obtienen con ese reglaje de KV. A la altura de la línea de densidad 1.5 (la línea de exposición), se puede leer sobre el eje vertical la dosis de irradiación dada. Un deslizamiento vertical del rectángulo permite conocer la relación entre la densidad y el grosor del material para toda dosis de irradiación elegida arbitrariamente, a leer a la altura de la línea de exposición. Ejemplo. Según el modo operatorio descrito más arriba, para una dosis de irradiación de 10 mA.min y una tensión al tubo de 80 KV, se halla que la densidad 3.0 se obtiene detrás de 10 mm de aluminio y la densidad 0.5 detrás de 34 mm de aluminio. Se trata de los espesores mínimo y máximo de los grosores intermedios con los cuales se obtiene, al menos sobre una

149

imagen, la calidad de imagen mínima propuesta. Ello representa una diferencia de 24 mm (34 - 10 = 24) entre el grosor máximo y el grosor mínimo. Cuando la toma de un mismo objeto se realiza con 10 mA.min y 110 KV, se obtiene (Figura No. 91): la densidad 3.0 detrás de un grosor de 22 mm de metal y la densidad 0.5 detrás de un grosor de 55 mm de metal. En este caso, la diferencia entre el grosor máximo y el grosor mínimo es de 55 - 22 = 33 mm.

mA. min 100 70 KV

80 KV 110 KV

20

130 KV

10

150 KV

Película STRUCTURIX D4 FF = 70 cm; D = 1.5 G 127-20ºC-5 min. ( sin pantallas) 0

35

150

mm de Al

70

Figura No. 91. Diagrama de exposición de la película Structurix D4

151