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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA Laboratorio de Ensayos No Destructivos Av. Juan Pablo II N° 480 (Bellavista - Callao)

ENSAYO POR ULTRASONIDO 1.- INTRODUCION Es un método que nos permite detectar , localizar defectos tanto superficiales como subsuperficiales en los metales , se basa en la generación , propagación y detentación de ondas sonoras atraves de los materiales , el transductor contiene un elemento piezo eléctrico cuya función es convertir pulsos eléctricos en pequeños movimientos o vibraciones en formas de ondas que se propagan atraves del material hasta encontra una interfase (otro material ) la cual las ondas sufren reflexión lo cual se traduce en un cambio de intensidad , dirección y ángulo de las ondas originales. El método de ultrasonido nos permite determinar el tamaño del grano del material , presencia de discontinuidades , medición de espesores de pared . 2.- OBJETIVOS * Interpretación de defectos en uniones soldadas y piezas mecánicas. * Famializarse con las normas ASME Sección V * Conocer las diferentes medidas de seguridad que involucra el manejo de este método 3.- ASPECTO TEORICO Tipos de ondas: 1.- Ondas Longitudinales : Se tienen ondas longitudinales cuando la dirección de oscilación de las partículas es paralela a la dirección de propagación de la onda , en los líquidos y gases solo es posible la propagación de este tipo de ondas mecanicas.Este tipo de onda posee una alta velocidad de propagación , ejemplo : Acero VL = 5920m/s Agua VL = 1488 m/s 2.- Ondas Transversales : Se tienen ondas transversales cuando la dirección de oscilación de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda ultrasonica.ejemplo : Acero VT = 3230m/s 3.- Ondas Superficiales : Se dice ondas superficiales o Rayleingh cuando el haz de ondas ultrasónicas se propaga en la superficie del material , siempre y cuando no haya variaciones bruscas en el material .Su aplicación se restringe al examen de finas capas de materiales que recubren otros materiales.

Velocidad de propagación (m/s) Material

Longitudinal Transversal

Superficie

Acero

5,925

3,255

2,790

Aluminio

6,250

3,100

2,790

Fundición

4,000

2,200

2,300

Níquel

5,480

2,990

2,700

Zinc

4,170

2,480

2,230

Bronce

4,450

2,120

1,950

Cobre

4,660

2,200

1,930

GENERACION DE ULTRASONIDO Para generar existen varios métodos. para el ultrasonido se hace uso de cristales piezoeléctricos o de materiales cerámicos ferro eléctricos. Piezoelectricidad: Propiedad de algunos cristales como el cuarzo de convertir energía eléctrica en energía mecánica vibratoria y viceversa. cuarzo para altas frecuencias, mayores de 10 mhz. Ferro electricidad: Propiedad de algunos materiales cerámicos previamente polarizados de comportarse como los cristales piezoeléctricos. ej: titanato de bario, sulfato de litio. FORMA Y CARACTERISTICA DEL HAZ

λ = V/f Donde : λ = longitud de onda V = velocidad (mm/sg) f= frecuencia(Hz) En situaciones practicas , la menor discontinuidad que puede encontrarse con ultrasonido es con ½ longitud de onda . Para detectar defectos pequeños se necesitan transductores que produzcan frecuencias mayores.( 4 a 5MHz)

N = D2 /4λ= D2 f/4V D: diámetro del cristal. V: velocidad. f: frecuencia. λ: longitud de onda. K=1.8 En el campo N , es imposible detectar pequeños defectos

Sen  = K λ/D TIPOS DE PALPADORES Palpador de contacto. Se coloca directamente en la superficie de prueba aplicando presión y un medio de acoplamiento. Se fabrica para inspecciones de haz recto. Para proteger el transductor de la abrasión, se cubre con un material duro como el oxido de aluminio. Palpadores de haz recto. Emite ondas longitudinales con frecuencias de 0.5 a 10 MHz. Se emplea generalmente para la inspección de piezas en las que se puede colocar directamente la unidad de prueba sobre el área de interés las discontinuidades son paralelas a la superficie de contacto. También es útil en la detección de discontinuidades y en la medición de espesores.

Palpadores de incidencia angular. Genera ondas de corte, de superficie y de placa. Se construye acoplando una unidad de haz recto a una de las caras de una zapata de plástico, al cual presenta determinado ángulo de refracción. Se emplea n los equipos de pulso eco y su aplicación es casi exclusiva en la detección de discontinuidades orientadas perpendicularmente a la superficie de prueba. Palpadores angulares. De acuerdo a su tamaño frecuencia, forma, tipo e intercambiabilidad de la zapata. Tienen marcado en la zapata el ángulo de refracción del sonido dentro del material de prueba, los ángulos comerciales para el acero son 35, 45, 60, 70, 80, 90 grados.

TECNICAS DE ENSAYO 1.-Tecnica de transmisión: En este procedimiento se evalúa la parte del ultrasonido que ha sido transmitido a través de la pieza que se ensaya, en esta técnica hay un emisor y un receptor.

2.-Tecnica pulso – eco : Se utiliza un transductor para emitir y para recibir las ondas ultrasónicas. Ventajas :  Localiza discontinuidades  No requiere el acceso a las dos caras  La cantidad de defectos en su extensión pueden ser determinadas

Detector universal de defectos por ultrasonidos Se trata de un convertidor de las señales eléctricas en señales visuales o ecos, un OSCILOSCOPIO, que tiene una pantalla donde la pulsación ultrasónica o su eco, como pulsación de voltaje, ocasiona una desviación del barrido. En la pantalla aparece una distorsión o IMPULSO INICIAL correspondiente al contacto del palpador con la pieza. Cuando el impulso ultrasónico alcanza la pared opuesta de la pieza, es reflejado y alcanzará de nuevo la pared de entrada y, por tanto, al emisor, provocando una nueva distorsión que aparecerá como un nuevo pulso en la pantalla del osciloscopio. Ambos pulsos aparecen separados en la pantalla (uno a la derecha y el otro a la izquierda). Cuando la pulsación ultrasónica atraviesa un defecto, sufre un rebote adicional, y aparece en la pantalla un eco de defecto, a una distancia del pulso inicial proporcional a la profundidad de su posición (del defecto) en la pieza.

TIPOS DE REPRESENTACION A – Scan Presentación

Una pantalla en la que la amplitud del pulso recibido se representa como un desplazamiento a lo largo de un eje (normalmente el eje Y) y el tiempo de viaje de los impulsos ultrasónicos se representa como un desplazamiento a lo largo del otro eje (normalmente el eje x). En un sistema de

amplificación lineal vertical de la excursión es proporcional a la amplitud de la señal. Con el uso de amplificadores de escala logarítmica y el eje presenta una escala logarítmica De B-Scan Presentación

El B-scan es un perfil de presentaciones (transversal) Habida cuenta de la muestra de ensayo. En el B-scan, el tiempo de vuelo (tiempo de viaje), de la energía del sonido se muestra a lo largo del eje vertical y la posición lineal del transductor se muestra a lo largo del eje horizontal. Desde el Bscan, la profundidad del espejo y sus dimensiones aproximadas lineal en la dirección de exploración se puede determinar. El B-scan es típicamente producido mediante el establecimiento de una puerta del umbral en la A-scan. Cada vez que la intensidad de la señal es lo suficientemente grande como para activar la puerta, un punto se produce en el B-scan. La puerta se activa por el sonido de fondo que refleja de la de la muestra y por los pequeños reflectores dentro del material. C-Scan Presentación

El C-scan de presentación proporciona una vista en planta tipo de la ubicación y tamaño de las características de la probeta. El plano de la imagen es paralela al patrón de barrido del transductor. C-scan de las presentaciones se producen con un sistema automatizado de adquisición de datos, tales como un sistema controlado por computadora de exploración de inmersión. Normalmente, una puerta de recogida de datos esté establecido en el A-scan y la amplitud o el tiempo de vuelo de la señal se registra en intervalos regulares como el transductor se explora más de la probeta. La amplitud de la señal relativa o el tiempo de vuelo se muestra como un tono de gris o un color para cada una de las posiciones donde se graban los datos. El C-scan presentación proporciona una imagen de las características que reflejan y dispersan el sonido dentro y en la superficie de la probeta.

ACOPLANTE Liquido más o menos viscoso que se utiliza para permitir el paso de las ondas del transductor a la pieza bajo examinación, ya que las frecuencias que se utilizan para materiales metálicos no se transmiten en el aire. Características Del Liquido Acoplante:

 Humectabilidad. ( capaz de mojar la superficie y el palpador )  Viscosidad adecuada.  Baja atenuación. ( que el sonido se transmita al 100% )  Bajo costo.  Removible.  No toxico.  No corrosivo.  Impedancia acústica adecuada.  Tipos De Acoplantes:     

Agua Aceite Grasa Glicerina Vaselina

4.- INSTRUMETOS Y MATERIALES * * * *

Equipo de Ultrasonido , marca Krautkramer modelo USN 58R Transductores longitudinales BC-55 BRITEK 0.50/5.0 BLOQUE IIW - TIPO 1 REFERENCE BLOCK , Material STEEL , SN 07-5073 Acoplante para ultrasonido en polvo , para preparar 01Galon, modelo UT-X POW DER , marca SONOTECH.

5.-PROCEDIMIENTO Calibración del equipo de Ultrasonido usando bloques Patrones a) Distancia : Posicione el transductor en la posición G y ajuste el instrumento para producir indicaciones en 25mm,50mm,75mm y 100mm , tales indicaciones permiten verificar la linealidad horizontal del aparato. Confirme la calibración con el transductor en la posición E , en caso que los espesores a ser examinados sean mayores cambie los valores de la escala de acuerdo a la conveniencia. b) Amplitud : Posicione el transductor en la posición G y ajuste la ganancia hasta que la primera reflexión de fondo alcance de 50 a 75% de altura de la pantalla c) Resolución próxima : Posicione el transductor en I o H hasta que aparezca una indicación distinta. d) Resolución lejana :Posicione el transductor en F hasta que aparezcan tres ecos distintos , correspondientes a 100mm, 85mm y 91mm . En el caso que no sea posible distinguir los ecos , el transductor no ofrece buena resolución. e) Angulo de entrada del haz sónico : Después de determinar el punto de entrada posiciones en B para ángulos de 40º y 60º o en C , para ángulos entre 60º y 70º , mueva el transductor para adelante y para atrás sobre una línea que indica el ángulo del transductor , hasta que la señal sea maximizada .Compare el punto de entrada del transductor con el ángulo marcado en el bloque, en caso de presentarse una variación de 2% en el ángulo nominal , verificar la zapata acrílica o cambiarla en caso necesario. f) Angulo del transductor : Puede ser verificado utilizando como referencia el hueco de menor diámetro 1.5mm y el punto de salida del haz.

g) Distancia : Posicione el transductor angular en la posición D del bloque y ajuste el equipo hasta alcanzar las indicaciones en 100mm , 200mm en la pantalla .En este caso la escala es escogida de acuerdo a conveniencia.