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• Oscar Cisternas Muñoz

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL Contenido 1

TÉCNICA RADIOGRÁFICA ..........................................................................................................2 1.1

Introducción ..............................................................................................................................2

1.2

Factores técnicos .......................................................................................................................2

1.3

Penetración de espesores...........................................................................................................3

1.4

Curvas de exposición ................................................................................................................4

1.5

Determinación de técnicas ........................................................................................................7

1.6

Pantallas reforzadoras ...............................................................................................................8

1.7

Distancia foco-película .............................................................................................................8

1.7.1 2

3

4

Penumbra de película (Uf) ................................................................................................9

ELECCIÓN DE LA ENERGÍA DE RADIACIÓN........................................................................14 2.1

Rayos Gamma:........................................................................................................................15

2.2

Técnicas para cubrir una región del espesor de la probeta (latitud de espesor)......................15

2.3

Filtrado ....................................................................................................................................17

2.4

Enmascarado ...........................................................................................................................18

2.5

Radiación dispersa. .................................................................................................................19

POSICIONAMIENTO DE LAS PROBETAS ...............................................................................20 3.1

Fundiciones .............................................................................................................................22

3.2

Marcado: Identificación ..........................................................................................................23

ESPECIFICACIONES....................................................................................................................24 4.1

Radiografías de referencia ......................................................................................................25

5

IMÁGENES FALSAS ....................................................................................................................26

6

TÉCNICAS ESPECIALES.............................................................................................................27 6.1

Películas múltiples ..................................................................................................................27

6.2

Métodos estereoscópicos.........................................................................................................27

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL 1 1.1

TÉCNICA RADIOGRÁFICA Introducción

Dada una fuente de radiación ionizante y una película, uno debería en principio poder realizar una inspección radiográfica. Pero como existe una gran variedad de técnicas radiográficas, con una considerable gama de formas de ejecución de cada técnica, que la elección del método mas apropiado de inspección para una aplicación particular no es fácil. Además, la diferencia en ejecuciones entre técnicas no está siempre clara, de modo que a veces es dificultoso rechazar una técnica particular como insatisfactoria, si bien es frecuentemente posible clasificar las técnicas en orden de superioridad. Idealmente, la elección de la técnica se debería hacer basándose en la sensibilidad requerida, pero raramente es posible para el operario determinar categóricamente el tamaño del defecto más pequeño que se desee detectar. Consecuentemente, la elección de la técnica frecuentemente se realiza en función de otros factores además de la sensibilidad requerida, como ser: el equipamiento más conveniente, el tiempo involucrado, los costos, etc. y los expertos radiográficos deben determinar cuál de las técnicas propuestas darán la mayor sensibilidad posible dentro de los límites de ésos factores externos. No todas las radiografías requieren tener una alta sensibilidad a los defectos, pero raras veces ésa sensibilidad deja de ser un factor importante. En consecuencia es necesario entender como es la interacción entre los distintos parámetros de cada técnica desde el punto de vista de su efecto en la sensibilidad. 1.2

Factores técnicos

En éste capítulo los factores involucrados serán discutidos en detalle y se dará las tablas de datos necesarias y su forma de uso. En el próximo capítulo se describirán los problemas específicos de inspección, usando los datos dados en este capítulo. La mayoría de las técnicas radiográficas pueden discutirse desde dos aspectos básicos –contraste y definición- que son suficientemente claros por sí mismos. Contraste. Alto contraste en una radiografía significa que un pequeño cambio en el espesor de la probeta, que puede ser causado por una pequeña cavidad se registra en la película como una gran diferencia de densidad de película entre la imagen de la cavidad y el fondo. El contraste depende de la clase de película usada, el gradiente de película en la densidad de película usada, la energía de rayos X empleada, y la razón entre radiación directa y dispersa que alcanza la película. Definición. La penumbra de la imagen en la película se debe principalmente a la combinación de los efectos de dos factores y se complica aún más por los efectos visuales de la granularidad de la película. Los dos factores son penumbra geométrica (Ug) y penumbra de la película (Uf), aquél depende de la mancha focal o tamaño de la fuente de rayos gamma y la distancia relativa entre la fuente y la distancia discontinuidad-película, y el segundo depende de la película y de la energía de radiación. En el caso límite de detalles apenas discernibles, contraste y definición son parámetros interrelacionados, pero aún así, es posible discutir más factores en técnicas radiográficas en función de sus efectos en éstos dos parámetros. Las probetas que serán radiografiadas pueden ser divididas en tres grupos: o Probetas de espesor uniforme la mayoría de las cuales se examinan para detectar defectos internos;

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL o Probetas de espesor no uniforme, también ensayadas para detectar efectos internos; o Probetas de espesor no-uniforme como uniones que son radiografiadas para verificar la correcta unión, la presencia de elementos, pero no la presencia de pequeños defectos. En los tres grupos puede haber necesidad de técnicas de alta o baja sensibilidad. En el caso de “alta sensibilidad”, donde se necesita detectar fallas internas muy pequeñas, todos los factores técnicos se ajustan para mejorar la sensibilidad al defecto. Las “técnicas de baja sensibilidad son adecuadas” para probetas en las cuales el ensayo radiográfico se realiza con el propósito de determinar defectos, pero en las cuales es muy improbable que ocurran pequeñas fallas. Un buen ejemplo de necesidad de alta sensibilidad es la inspección de soldaduras de arco manuales, y un ejemplo de necesidad de baja sensibilidad es la de grandes fundiciones de acero. 1.3

Penetración de espesores

El primer requisito en radiografía es tener un nivel de radiación capaz de penetrar el espesor de la probeta, con una configuración que produzca la sensibilidad deseada, con un tiempo de inspección económico. La Tabla 3.1 nos da valores prácticos utilizados en la actualidad. La columna “técnica de alta sensibilidad” representa el uso de películas de grano fino, con pantallas de plomo o metálicas, como es recomendado para la radiografía de soldaduras a tope en recipientes a presión. Las “técnicas de baja sensibilidad” representan el uso de las películas de rayos-X mas rápidas, y en el caso de bajas energías de rayos-X, el uso de pantallas reforzadoras. Esta técnica es adecuada para la detección de defectos groseros y será inaceptable para la detección de fisuras pequeñas como las buscadas en las soldaduras. Un equipo de rayos-X, comparado con una fuente de rayosgamma, tiene las siguientes características: 1) Es relativamente grande: puede ser portátil, transportable o fijo. 2) Es probablemente más caro tanto en costo como en mantenimiento. 3) Grandes equipos de rayos-X, capaces de examinar espesores de acero de 70 mm o más, son muy costosos y no son portátiles. 4) Se puede variar la energía de rayos-X, para obtener la energía óptica para una probeta particular. 5) Los rayos-X se pueden apagar y luego no hay peligro de radiación. 6) Los tiempos de exposición están en el orden de los pocos minutos. 7) Todos los equipos de rayos-X requieren una alimentación de energía eléctrica y frecuentemente también una conexión para agua corriente. Página 3 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL De las fuentes de rayos gamma se pueden indicar los siguientes puntos: 1) Su pequeño tamaño permite a los equipos de rayos gamma tener acceso en lugares inaccesibles a los tubos de rayos-X. 2) No necesitan conexiones de energía eléctrica ni de agua. 3) Bajo costo. 4) Los tiempos de exposición tienden a medirse en decenas de minutos, hasta que se hace necesario el recambio de la fuente. 5) No hay radioisótopos, generalmente disponibles, que produzcan una radiación adecuada para el ensayo de aleaciones ligeras o materiales ferrosos delgados si se requiere una buena sensibilidad a la detección de discontinuidades. En consecuencia considerando los puntos anteriores, se pueden hacer las siguientes generalizaciones sobre la elección de la fuente de radiación, cuando dicha elección es posible. Para aleaciones ligeras y materiales de baja densidad no hay, hasta ahora, fuentes de rayos-gamma adecuados, de modo que la fuente de radiación apropiada para tales aplicaciones será siempre de rayos-X. De manera similar, para la inspección de materiales ferrosos o aleaciones de cobre en espesores menores a 12 mm, se preferirán los rayos-X a menos que llegue a ser aceptable una pobre sensibilidad a las discontinuidades. Si se prevé una gran cantidad de radiografías, habrá una preferencia a usar rayos-X, debido a que es posible lograr menores tiempos de exposición. Si solo se requiere una pequeña cantidad de radiografías y no es esencial la mejor sensibilidad alcanzable, una fuente de rayos-gamma es mas barata en cuanto a costo inicial. Para materiales ferrosos más gruesos que 150 mm, los tiempos de exposición con las fuentes mas grandes de rayos-gamma son largos, y si hay una gran cantidad de este trabajo, se preferirán un equipo de rayos-X de algunos megavoltios. Para materiales ferrosos entre 50 y 70 mm de espesor, la sensibilidad que puede obtenerse con rayos-X y rayos-gamma son similares si se utiliza la técnica correcta. Para materiales ferrosos entre 15 y 50 mm se pueden obtener mejores sensibilidades con una rayos-X y la elección de la fuente debe depender de la sensibilidad a la falla requerida. En algunos lugares de trabajo de difícil acceso la inconveniencia de los grandes equipos de rayos-X debe pesar sobre los demás factores. 1.4

Curvas de exposición

El primer requisito es obtener las constantes del equipo. Éstas son tensión (kV), miliamperes, tamaño de mancha focal y la posición física de la mancha focal. También es conveniente obtener la filtración inherente.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL Para el comprador no es usualmente necesario verificar la tensión de un moderno equipo de rayos-X, que es sin duda algo bastante difícil de hacer. Es posible obtener un valor de calibración mediante una radiografía exacta de una cuña de medida pero éste es un experimento laborioso y sujeto a un considerable error. Los fabricantes rara vez dan una garantía de tamaño de mancha focal y es conveniente medir ésta para cada tubo de rayos-X. Se necesitan las curvas de exposición contra espesor de probeta de los materiales que serán examinados y éstos deben obtenerse para cada equipo de rayos-X individualmente. Los fabricantes frecuentemente proveen una familia de éstas curvas y puede que sólo sea necesario realizar unas cuantas verificaciones de mancha. El método común de trazar una tabla de exposición consiste en elegir un valor arbitrario de distancia foco-película o distancia fuente-película, una clase de película y pantallas reforzadoras, para definir el procedimiento, y luego determinar las exposiciones requeridas en mili ampere-minutos (mA x min) para producir una densidad de película normal para diferentes espesores de materiales, usando un rango de tensiones. Para estos experimentos, se pueden usar las cuñas de medida siempre que el área de los escalones no sean muy pequeñas: un tamaño mínimo de escalón debe ser al menos cinco veces el espesor del escalón, de otra forma es probable que la radiación dispersa sea significativamente diferente de la que existe debajo de una placa uniforme. La placa de prueba debe ser considerablemente mayor que la placa o sus bordes deben ser adecuadamente enmascarados. En las figs. 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 se muestran juegos típicos de gráficos obtenidos de ésta forma. Cada uno de éstos gráficos se dibuja para una distancia foco-película arbitrario, por conveniencia de cálculo, pero ésta distancia no es la distancia a usar en las radiografías. Las exposiciones requeridas a cualquier otra distancia se calculan fácilmente mediante la ley de la inversa del cuadrado: (Exposición requerida a la distancia D2) = 2 D2 x (Exposición requerida a la distancia 2 D1 D1) La exposición necesaria para diferentes películas se puede determinar mediante los factores dados en fig. 2.34. De este modo el factor de exposición para la película D7 es 100 y para la D4, 350, esto significa que la película D4 necesitará 3 veces y media la exposición de la película D7, siendo iguales las demás condiciones. Página 5 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL

Para diferentes densidades de película, los factores de tabla 3.2 son suficientemente aproximados para la mayoría de las aplicaciones y pueden utilizarse con la mayoría de las películas para rayos-X. También es posible variar la velocidad efectiva de las películas modificando el tiempo de revelado y Página 6 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL los factores de exposición. Los siguientes factores se aplican a la mayoría de las películas y reveladores de uso comercial. Tiempo de revelado (20ºC) 3 min Factor de exposición 1.8

4 min

5 min

8 min

10 min

1.2

1.0

0.7

0.65

Las exposiciones están dadas en (mA.mm) para rayos-X y en (Curie.mm) para rayos-gamma, y con todas las pantallas metálicas la evaluación de tiempo de exposición es muy simple. Por lo tanto, 1 min de exposición a 10mA es exactamente equivalente a 30 seg a 20 mA, 2 min a 5 mA, etc. y se aplica exactamente lo mismo para exposiciones de rayos-gamma. La tabla 3.3 da factores aproximados de conversión para otros materiales distintos del hierro. A menos que el acero tenga un muy alto contenido de cobalto u otro metal denso, estos factores se aplican a todos los aceros al carbono incluidos los austeníticos, inoxidables y martensíticos. El espesor equivalente solo debe leerse verticalmente. Estos valores equivalentes están basados en espesores típicos que serán radiografiados a cada energía de radiación. Los datos de exposición como los dados en las figuras 3.1 a 3.5 pueden exponerse en formas de nomogramas o de una regla deslizante. Se encuentran disponibles en el comercio varias reglas deslizantes para gammagrafía – dos tipos se muestran en fig.3.6. Su principal defecto es la necesidad de una revisión periódica de los factores de exposición de la película. Hasta que no se acuerde un método aceptable de medir la velocidad de la película, un fabricante no está obligado a mantener constante la velocidad de una marca particular de películas. 1.5

Determinación de técnicas

Hay tantos parámetros involucrados en una técnica radiográfica que es esencial hacer algunas suposiciones simplificatorias. Las primeras suposiciones propuestas son: Ni un film ultrarrápido (por ej. Una película con un factor de exposición 4 o menos en fig 2.34) ni las técnicas con pantallas reforzadoras salinas se usarán en la práctica normal. Las mejores sensibilidades alcanzables con películas de grano fino lentas (por ej. Películas con un factor de exposición de 400 o más) no serán normalmente necesarias.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL Las técnicas normales harán uso de las películas con factores de exposición en el rango de 200-250, con preferencia por las llamadas películas de grano fino (factores 200-100) si es probable que se presenten en la probeta fallas delgadas como pequeñas grietas. Se usarán técnicas normales de procesamiento de películas por ej. Tiempos de revelados reducidos o muy prolongados. En tanques y soluciones de procesamiento ordinarias, los tiempos de revelado estarán entre 4 y 5 min a 20ºC, dependiendo del revelador usado. Las radiografías serán expuestas para obtener una densidad de film de aproximadamente 2.0 a través de una imagen de la parte más importante de la probeta. No habrá inconveniente para obtener una densidad standard tan alta como 3.0 siempre que estén disponibles los medios de visualización aptos para altas densidades. Cuando la probeta no tiene un espesor uniforme, se deben considerar otros factores. Estas consideraciones, por ende estandarizan la clase de película, el procesamiento y la densidad de la película. 1.6

Pantallas reforzadoras

La clase de película propuesta es una clase directa sin pantalla y por ende se utilizará con pantallas reforzadoras metálicas. El espesor de estas pantallas generalmente no es crítico hasta tanto afecte a la sensibilidad radiográfica, pero a fin de obtener tiempos de exposición cortos, se deben imponer algunos límites. Los espesores y materiales recomendados se dan en tabla 3.4. Hay casos donde es conveniente utilizar una pantalla reforzadora metálica de un mayor espesor entre la probeta y la película, a modo de filtro y es conveniente en la práctica simplemente usar una pantalla frontal gruesa. Esto se denomina “filtrado” y es un parámetro separado en la técnica, aunque en cierto sentido todas las pantallas reforzadoras frontales son también filtros. 1.7

Distancia foco-película

Este parámetro es el mas difícil de decidir, como casi siempre depende de una estimación entre los valores calculados aconsejables y los tiempos prácticos de exposición. Para las consideraciones iniciales, los equipos de alta energía que tengan un tamaño de campo limitado no se incluirán. Si se requiere una técnica de alta sensibilidad, a fin de detectar pequeñas fallas lineales, como grietas delgadas, estudios experimentales muestran que la sensibilidad mejora a medida que se incrementa la distancia fuente-película, hasta que la penumbra geométrica calculada, Ug, se reduzca hasta igualarse en magnitud con la penumbra de película Uf al nivel de energía de radiación empleado.

Ug =

b.s =U f a Página 8 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL  s  + 1 s. f .d . = (a + b) = b. U   f  donde b es el espesor de la probeta y s es el ancho efectivo de la fuente de radiación (mancha focal o diámetro de la fuente). Es, por lo tanto, necesario tener datos de Uf. 1.7.1

Penumbra de película (Uf)

La penumbra de película (también llamada penumbra inherente) surge como consecuencia de la propagación de electrones en la emulsión de película. Cuando un cuanto de energía radiante es absorbida en un cristal de haluro de plata en la emulsión de película hay energía suficiente para convertir al cristal en revelable y liberar electrones secundarios que pueden viajar en la emulsión y hacer a otros cristales de haluro de plata revelables. Luego, en lugar de un solo grano por cada cuanto de rayos-X hay un pequeño volumen o cadenas de granos, y desde el punto de vista de la imagen esto es equivalente a una reducción en el contraste de la imagen, porque un punto se representa como un pequeño disco. Con alta energía de radiación varios cientos de cristales de plata pueden ser afectados por la absorción de un cuanto de rayos-X. El efecto práctico es el de producir una imagen borrosa de un clara discontinuidad, como se muestra en la fig 3.7, y si la imagen es examinada con un micro densitómetro, se obtienen distribuciones de densidad análogas a las mostradas en fig. 1.8 para penumbra geométrica. El ancho de banda de penumbra se puede tomar como una medida de la penumbra de la película, de la misma forma como para Ug. Debido a que Uf es generalmente menor no es fácil medirla con precisión. Además de los fotoelectrones secundarios, puede haber contribuciones a la penumbra del film por difusión y por radiación-X característica generada en la emulsión de la película y en las pantallas reforzadoras. Las pantallas reforzadoras salinas ocasionan un gran aumento de la penumbra, mucho mayores que la contribución debida a la película misma, y su contribución recibe un nombre distinto (penumbra de pantalla). Las pantallas reforzadoras metálicas pueden también causar un pequeño incremento en la penumbra de la película, de acuerdo a algunos investigadores, aunque otros no ha encontrado este efecto sea significativo. La diferencia en la penumbra de película de diferentes películas usadas con la misma radiación de energía es muy pequeña y no ha habido resultados experimentales que muestren un cambio significativo entre películas radiográficas convencionales cuando se usan energías de rayos-X ordinarias. La tabla 3.5 da valores de penumbra de película para ser usados en cálculos de distancia fuente-película. Se supone que se usan las pantallas reforzadoras metálicas adecuadas, como las dadas en tabla 3.4.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL Estos valores de Uf, también se muestran en la fig. 3.8 y están basados en el trabajo experimental de diversos investigadores. Para calcular la distancia fuente-película uno también necesita saber el diámetro de la fuente de radiación. Con una fuente de rayos gamma, ésta es una magnitud definida, pero el tamaño de mancha focal de un tubo de rayos-X no es tan fácil de medir con precisión debido a los bordes borrosos de la imagen obtenida en una mancha focal “cuadro”. El método para realizar dicho cuadro, ya ha sido descrito. Métodos más sofisticados de determinar la influencia del tamaño de la mancha focal en la calidad de la imagen, usando modulación de funciones de transferencia están siendo investigados, pero todavía no han producido ningún procedimiento viable alternativo o detalles técnicos radiográficos específicos. La tabla 3.6 da distancias fuente-película calculada para un número de aplicaciones típicas, usando éstos valores de Uf. Se enfatiza en que éstos son para aplicaciones de alta sensibilidad donde es necesario detectar fallas pequeñas. Esas técnicas usarán películas de grano fino y a excepción de los marcados con + los kilovoltajes dados son adecuados para la radiografía del acero. A partir de estos valores de muestra debería ser claro que inclusive en el limitado rango de 100-400 kV, no hay razón de distancia foco-película de 100 cm. Es evidente que en algunos de estos ejemplos, la óptica d.f.p. es considerablemente mayor que lo práctico excepto con tiempos de exposición muy prolongados. En todos los casos marcados con *, el tiempo de exposición será probablemente muy largo. Estos prolongados tiempos de exposición no pueden compensarse incrementando la energía de rayosX o usando una película más rápida, debido a que ambos métodos deteriorarán la calidad de la imagen. Esto significa que la elección de la técnica radiográfica deja de ser una ciencia exacta, y se precisara experiencia y un cierto talento para combinar adecuadamente los distintos factores. DesafortunadaPágina 10 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL mente este acuerdo nos puede llevar a discusiones interminables sobre cuanto arreglo puede tolerarse o solo puede determinarse lógicamente para cada aplicación específica. Aunque esta perfectamente establecido que la d.f.p. determinada con la ecuación 1 y la tabla 3.5 producirán radiografías de mejor calidad, la razón de mejora en calidad de imagen a medida que la d.f.p. se incrementa hacia este valor, disminuye progresivamente- la fig. 3.9 muestra las curvas típicas obtenidas experimentalmente. De este modo una reducción de, digamos de un 20 %, en d.f.p. a partir del valor óptimo solo ocasionara un pequeño deterioro en la sensibilidad, como si se permitiera un 36% de reducción en el tiempo de exposición. Este alivio del 20 % conducirá a las d.f.p. mostradas en la tabla 3.7. A partir de los 10 cm de espesor estos valores de d.f.p. y radiaciones, resultarán exposiciones de una distancia posible. Las recomendaciones actuales de la " buenas prácticas radiográficas" producidas por las organizaciones normalizadoras nacionales e internacionales como la British Standards, DIN, IIW, no concuerdan en sus recomendaciones con respecto a d.f.p. y d.f.f. En la BS 2600 y BS 2910, se dan curvas de d.f.p. mínimas para tres condiciones: (a) películas de grano fino y ultrafino, con rayos-X (b) películas de velocidad media, con rayos-X. (c) rayos gamma. Dos de estas curvas se muestran en la fig 3.10 en comparación de los valores de tabla 3.7, calculados para una fuente de 4 mm de diámetro (mancha focal o fuentes rayos gamma). Se verá que los valores dados en BS 2600 no son constantes. Los rayos-x permiten d.f.p. más cortas que la mitad de los valores aconsejables. Una forma conveniente de comparar los códigos de práctica consiste en exáminar los valores de Ug que se permiten usar, y en algunos códigos europeos la d.f.p. se especifica de este modo. La tabla 3.8 tabula algunos de los valores máximos permitidos de Página 11 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL Ug para recomendaciones corrientes. Por lo tanto, claramente existen variaciones considerables en las recomendaciones, inclusive cuando uno considera solamente las técnicas de "alta sensibilidad", debido quizás, por un lado a la mal interpretación de la relación entre los distintos parámetros involucrados y por otro a la necesidad conjugar tiempos de exposición reducidos y valores económicos. No hay duda que los valores que se deben usar son aquellos basados en la ecuación: Distancia fuente-película (o distancia foco s  película) = b ⋅  + 1 U   f  donde b es el espesor de la probeta y Uf tiene los valores dados en la tabla 3.5; donde es necesario conjugar y usar distancias cortas por economía, este arreglo debe mantenerse en un nivel mínimo. Con muchos espesores examinados en acero no será necesario un alivio de las distancias óptimas. Toda la discusión anterior sobre d.f.p. se ha referido a técnicas de alta-sensibilidad aplicadas a probetas de acero en la que se requiere detectar fallas pequeñas como grietas. De todas formas gran parte de las radiografías no requieren sensibilidades tan buenas. Nuevamente para tratar el tema científicamente se necesita conocer la sensibilidad para una aplicación particular, pero esta información esta raramente disponible. Un método de estudiar los efectos de los distintos parámetros consiste en utilizar indicadores de calidad de imagen (IQI). Este representa un pequeño detalle de una forma volumétrica, por ejemplo teniendo un espesor equivalente a la profundidad medida a través de la dirección del rayo; dicho detalle no es tan crítico como los defectos lineales tales como grietas. La influencia de d.f.p. sobre la sensibilidad IQI ha sido estudiada y los resultados parecen dar un criterio razonable para d.f.p. óptima para aplicaciones donde las grietas delgadas y defectos similares no se esperan. Del mismo modo que con grietas delgadas, a medida que se aumenta d.f.p., hay una continua mejora en sensibilidad.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL De la misma forma que con las grietas finas, a medida que se aumenta la d.f.p., hay una continua mejora en sensibilidad, aproximándose gradualmente a un valor de sensibilidad máximo aunque las curvas obtenidas no se observe un valor preciso con el cual se obtenga la mejor sensibilidad. Del estudio de un gran número de experimentos, se proponen los valores mostrados en la fig. 3.12. La curva A supone el uso de rayos-x y películas de velocidad media, la curva B es para fuentes de rayos gamma, ambas curvas se trazan para probetas de acero. Algunas especificaciones recomiendan distancias menores que ésta, pero estas recomendaciones parecen sacrificar una considerable sensibilidad al defecto para permitir el uso de tiempo de exposición más cortos. Y nuevamente se enfatiza que este arreglo solo puede basarse en el conocimiento de que es lo que se requiere detectar mediante el ensayo radiográfico. Con algunos equipos de rayos-x de megavoltios, especialmente en los betatrones, se tiene un tamaño de mancha focal muy pequeño y una gran penumbra de película, así que debería ser posible usar muy corta distancia fuentes-película. De todas formas con estas máquinas el ancho de rayo esta estrictamente limitado y la d.f.p. debe ser elegida en relación al tamaño de la película que se requiere cubrir, y no en consideraciones de definición de imagen. Desde el último punto de vista, se pueden usar distancias mucho más cortas. Generalmente estas consideraciones de tamaño de campo afectan la elección de la distancia foco-película en algún grado, para todas las energías mayores que 2 MeV. La correcta distancia fuente-película para obtener en probetas de aleaciones ligeras será diferente de los valores dados en tablas 3.6, 3.7 y la Fig. 3.12 porque es posible usar energía de rayos-x mucho más bajas para el mismo espesor de material y a ésta baja energía la penumbra de la película es menor. Esto sugiere que aun con grandes valores de distancia foco-película se hace necesario obtener las mejores sensibilidades alcanzables para probetas de aleaciones ligeras. Hay unos cuantos factores que mejoran: porque es probable que se usen energías bajas de rayos-x, se encuentran disponibles con pequeñas manchas focales (el tamaño usual es 2x2mm); en segundo lugar, la soldadura de aleaciones ligeras se usa generalmente en secciones delgadas. Las energías típicas de rayos-x requeridas para la inspección de aleaciones ligeras son 80 KV para 25mm, 60 KV para 10mm, 45 KV para 5mm, de modo que la penumbra de película se encuentra en el rango de 0,03-0,05mm. Luego usando la ecuación 1, para técnicas de alta sensibilidad, las siguientes distancias focopelícula son necesarias par un diámetro focal de 2 mm. Sin embargo estos valores deben tratados con cuidado. A este nivel relativamente bajo de energía de rayo-x, un pequeño cambio en la energía del rayo puede marcar una diferencia conPágina 13 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL siderable en el contraste de la imagen. Por consiguiente reduciendo la distancia foco- película, se puede usar una Kilovoltaje menor mientras se mantiene la misma exposición: esto conduce a un mayor contraste, el cual hasta cierto punto compensa la pérdida de definición de imagen causada por la pequeña distancia foco- película. Como la sensibilidad a las discontinuidades depende de la definición y el contraste, es incluso posible obtener una mejora en la sensibilidad mediante una reducción en la distancia foco–película usada y una correcta elección de la energía de rayo-x. La interacción de los diversos factores no influyen en la detectabilidad de discontinuidades críticos tales como pequeñas grietas, con excepción de algunas aplicaciones aisladas. Precisamente el mismo razonamiento puede usarse a probetas de acero de pequeño espesor, pero el efecto se reduce a medida que se incrementa la energía de rayos-x empleada. En una probeta de acero de 12 mm con un equipo de rayos-x determinado, se obtuvo una mejora en sensibilidad con rayos-x de 145 KV a 100 cm de distancia fuente–película, que con 190 KV a 200 cm d.f.p., usando la misma película y exposición, es razonable esperar un mayor efecto con bajas energías usadas con aleaciones ligeras. Se ha discutido mucho sobre la distancia fuente–película, poniendo atención en el hecho de que los problemas no pueden ser completamente resueltos mediante métodos científicos. Algunos autores se limitan a sugerir que la penumbra geométrica debe limitarse a un máximo valor de 0,25 mm, argumentando que esta representa una imagen visualmente nítida.

2

ELECCIÓN DE LA ENERGÍA DE RADIACIÓN

Este parámetro ya ha sido discutido hasta cierto punto. La tabla 3.1 da una idea del máximo espesor que se puede examinar con diferentes energías, y luego cuando se elige el valor apropiado de penumbra de película, se necesita conocer aproximadamente los KV para cada espesor (tablas 3.6, 3.7). La importancia de la elección del kilovotaje varía considerablemente. Para rayos-x menores que 150 KV la elección de la tensión correcta es crítica porque el coeficiente de absorción varía rápidamente desde 200 hasta 400 KV sólo una considerable diferencia en el orden de los 30-40 KV, serán significativas en sensibilidad, y en la región de alta energía es relativamente despreciable en cuanto a la sensibilidad alcanzable; las radiografías tomadas a 2, 5, 8, 18, 31 dfp pueden tener prácticamente la misma sensibilidad a las discontinuidades para metales de menos de 50 mm de espesor, una aproximación sobre los KV requeridos se obtiene mediante: V= A + B.x

donde: V es [KV] y X es el espesor en [mm]

A y B son constantes dadas por la siguiente tabla: Estos valores nos conducirán a exposiciones razonables en el orden de 20 mA.min, si se emplean películas de velocidad media. Una buena regla cuando se usan tensiones de rayos-x menores a 400 KV consiste en mantener la exposición en el rango de 10-30 mA.min. El único problema de usar tensiones demasiados bajas es el que se necesitarán tiempos de exposición infinitamente largos: si se pueden tener tiempos de exposición grandes, la sensibilidad a las fallas será ligeramente mejor.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL El efecto de utilizar tensiones muy altas es el de reducir los tiempos de exposición necesarios, perdiendo nitidez de imagen y por ende sensibilidad a las discontinuidades. A modo de guía, para reducir a la mitad los tiempos de exposición requiere un incremento de 25 KV a 200 kV o 50 KV a 400 KV. Estos cambios en KV producirán una perdida de sensibilidad de 25% aproximadamente, de modo que en esta región otros factores como densidad de película y la distancia foco–película tienden a ser más significativos que los KV. 2.1

Rayos Gamma:

Debido a que no es posible modificar la energía de radiación emitida por una fuente de rayos gamma, es necesario establecer un rango de espesores que puedan ser satisfactoriamente examinados con cada isótopo particular. El límite superior está supeditado a las potencias de fuente comercialmente disponibles, y él límite inferior por la caída en sensibilidad a las discontinuidades que es inevitable cuando se usan energías de radiación fijas en probetas progresivamente delgadas. Los límites superiores son relativamente fáciles de calcular y no originan inconvenientes, en cambio es más difícil ponerse de acuerdo con los límites inferiores, debido al deseo de utilizar rayos gamma para muchas aplicaciones por razones de conveniencia y portabilidad. De este modo AERE en su catálogo de isótopos indica Ir 192 un “espesor óptimo de trabajo”de 6,25 cm de hierro y 4-19 cm de aleación de aluminio; BSI y otras recomendaciones internacionales dan el límite inferior para acero en 9 mm, y algunas veces tan bajo como 6 mm. En todos estos espesores no hay duda de que la mejor gammagrafía posible tomada con Ir 192 puede considerarse inferior en sensibilidad a una radiografía x de buena calidad y luego uno se pregunta sobre la lógica de las recomendaciones que especifican los parámetros técnicos que aseguran una buena radiografía x y luego permiten que las fuentes de rayo gamma Ir 192, Cs 137 y Co 60 se usen con aceros delgados o aleaciones de aluminio. Por consiguiente se sugiere que el rango de espesor en los cuales se puede utilizar las 4 fuentes comúnmente disponibles sean las mostradas en la tabla 3.11, pero se entiende claramente que las gammagrafías de los menores espesores del rango serán tan buenas como las radiografías x de las mismas probetas. Si se usan rayos gamma con menores espesores por conveniencia debe comprenderse que está no es una técnica de alta sensibilidad adecuada para la detección de pequeñas fallas. Ninguno de éstos isótopos es conveniente para inspecciones de aleaciones ligeras salvo en grandes espesores con una pobre sensibilidad a las discontinuidades. 2.2

Técnicas para cubrir una región del espesor de la probeta (latitud de espesor)

No todas las probetas tienen un espesor uniforme, de modo que no es práctico tomar radiografías separadas para cada cambio de espesor en una probeta compleja. Cuando una probeta que tiene diferentes espesores es radiografiada con una misma exposición en la película, las partes gruesas se muestran como bajas densidades en la película y de acuerdo a lo indicado, los parámetros que afectan la sensibilidad a las discontinuidades es evidente que, debido al gradiente de película para una densidad de la película determinada, habrá una perdida en sensibilidad a las discontinuidades en estas bajas densidades, comparadas con una radiografía de densidad normal de estas secciones. En el otro extremo, las secciones delgadas se reproducirán como altas densidades de películas, que rápidamente alcanzan el nivel de ser muy altas para ser visualizadas. Página 15 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL Existe por lo tanto un rango de espesor que se puede examinar con una película, limitado por un lado por la máxima densidad usable de la película y por el otro por la pérdida de sensibilidad a las discontinuidades. Hay muchas formas en las que se puede extender la latitud de espesor: 1) Exponer el radiólogo de forma tal que la sección más delgada tenga la mayor densidad de película que se pueda visualizar. 2) Usar una película que tenga bajo gradiente de película. Para casos extremos se puede usar una película de emulsión simple. 3) Algunas películas dan un bajo contraste si se reduce el tiempo de revelado. 4) Use un revelador de bajo contraste; este método parece no haber sido estudiado demasiado, debido probablemente a la inconveniencia práctica que significa tener un tanque de revelador especial. 5) Use una energía de radiación más alta. Esto producirá una pérdida de sensibilidad a las discontinuidades en la sección más delgada, pero normalmente también mejora en sensibilidad en las secciones más gruesas debido al incremento de densidad de la película. 6) Use un filtro en el tubo de rayos-x. Este tiene el efecto de aumentar efectivamente la tensión y esto se discutirá con mayor detalle. 7) Use la técnica de película doble que consiste en exponer simultáneamente en el mismo cassette dos películas de diferentes velocidades. No es posible especificar que latitudes de espesor se pueden cubrir, debido a que el límite superior del espesor depende de la sensibilidad a las discontinuidades más pobre aceptable, pero es muy simple calcular el rango de espesor correspondiente a un rango de densidad de película, a partir de la tabla de exposición y la curva característica de la película. Los valores típicos para un rango de densidad de películas de 1.0 a 3.0 son: 8-40 mm aleación de aluminio con rayos-x de 100 kV. 23-31 mm acero, con rayos-x de 200 kV. Si se espera mucho trabajo que requiera técnicas de latitud, podría valer la pena construir un gráfico que muestre el rango de espesores para un rango de densidad de película dado, para diferentes tensiones. (fig.3.13). Página 16 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL 2.3

Filtrado

Uno de los aspectos más simples de las técnicas de filtrado, es la de colocar el filtro cerca del tubo de rayos-x para producir un rayo de radiación más dura. Los espesores típicos de filtro son: Rayos-x 200kV: 0,25 - 0,5 mm de plomo. Rayos-X 400Kv: 0,6 - 1,0 mm de plomo Estos están ubicados de la ventana del tubo de rayos-x. También son recomendados por algunos técnicos en gammagrafía los siguientes filtros: Rayos gamma Ir 192: 1mm tungsteno. Rayos gamma Co 60: 2mm plomo. Una pantalla reforzada frontal gruesa es equivalente a un filtro más una pantalla frontal delgada. Uno de los problemas más importantes en radiografía se presenta cuando el borde de la probeta o parte del borde, se encuentra dentro del área de la película y es necesario obtener una buena sensibilidad a las discontinuidades inclusive en el borde. Un problema asociado que también tiene algo que ver con latitud de espesor es la radiografía de un cilindro macizo. En ambos casos, se puede emplear el enmascarado (masking) del borde, éste es un trámite laborioso y generalmente las técnicas de filtrado ofrecen un considerable avance. Si se ubica el filtro cerca del tubo de rayos-x, éste absorbe la radiación mas suave del tubo y ésta es la radiación más fácilmente absorbida por la película y la que tiene mayor efecto fotográfico. Sin el filtro ésta radiación sólo alcanza la película donde no hay probeta, o a través de las partes más delgadas de está, además en estas regiones se produce un intenso ennegrecimiento de la película. De modo que en el caso de la radiografía de un cilindro (fig. 3.14) existe un recorte (undercutting) de los bordes de la imagen en A y B, donde los detalles se oscurecen. Otra forma de interpretar al filtro es considerando a éste como si incrementará el espesor sobre toda la probeta. El uso de filtro sobre el tubo tiene mayor efecto para rayos-x entre 150 y 400 kV. La radiación que alcanza la película es una mezcla de componentes de alta energía proveniente del rayo principal y de radiación difusa generado en la probeta, y debido a la dispersión Compton, una porción de esta radiación difusa es radiación de baja energía. Un delgado filtro de plomo ubicado bajo la probeta absorberá un gran porcentaje de esta radiación difusa de baja energía, sin generarse a sí misma radiación adicional, de modo que la razón de radiación Página 17 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL difusa a directa que alcance la película se reducirá. Si en consecuencia una probeta genera una gran cantidad de radiación difusa o tiene partes alejadas de la película, un filtro entre la probeta y la película probablemente de los mejores resultados. Dicho filtro puede tener el formato de una pantalla intensificadora frontal gruesa. Si se quiere un incremento en latitud, o si el borde de la probeta está dentro del área de la película, puede ser ventajoso poner el filtro cerca del tubo de rayos-x. En cada caso los espesores típicos de filtro son: Rayos-x

150 kV: 0,25 mm de plomo.

Rayos-x 200-250kV: 0,5 mm de plomo. Rayos-x

400 kV: 0,6 – 1 mm de plomo.

Rayos-x

1000 Kv: 1 – 1,5 mm de plomo.

En teoría una delgada pantalla de acero ubicado debajo del plomo absorbería parte de la radiación K característica del plomo y reduciría aun más la radiación generada por el mismo filtro, esto es poco usado con fines industriales. 2.4

Enmascarado

Si el borde de una probeta gruesa se encuentra dentro del área de la película, es difícil eliminar todo el “recorte”(undercutting) de la imagen, aún con técnicas de filtrado, y los bordes deben ser enmascarados para prevenir que la radiación no deseada alcance la película. Hay muchos métodos posibles, variando en su eficiencia y la laboriosidad en su aplicación. Hoja de plomo: se cortan hojas de plomo de espesor adecuado de forma tal que cubra los bordes para producir una absorción similar. A modo de guía, se necesitan 3mm para un espesor de 25 mm de acero, y 8 mm de plomo en una probeta de 50 mm, el plomo utilizado debe ajustar a la pieza sin espacios descubiertos. En consecuencia, éste es un método práctico para piezas simples, pero no para formas complejas, a menos que la máscara deba usarse repetidamente. Soluciones salinas de plomo: se pone la probeta en una bandeja plástica y se vierte una solución concentrada de sales de plomo. Una solución adecuada para acero es 500g de acetato de plomo en 1 litro de agua caliente, a la solución se le agrega 400g de nitrato de plomo. Este método es adecuado para rayos-x menores a 200 kV. Esté método tiene muchas desventajas: la solución de plomo es tóxica y corrosiva y en la práctica el líquido tiende a penetrar en la probeta y producir indicaciones falsas en la imagen. Para enmascarar la probeta de aleaciones ligeras se debe utilizar tetracloruro de carbón.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL Pasta de plomo: se puede hacer una pasta con base de polvo de plomo, o con sales de plomo y grasa y ésta se presiona alrededor de bordes irregulares. Se puede utilizar para suplementar las hojas de plomo. Éste es un buen método práctico y si la pasta es correctamente preparada puede ser relativamente fácil de usar. Inyección de plomo: por ejemplo de 0,25 mm de diámetro puede usarse. Éste material fluye sin escurrirse demasiado pero se debe prevenir que penetre en la probeta éste es otro buen método práctico. También se usa para el mismo propósito polvo de tungsteno. Los métodos 1,3 y 4 se ilustran en la figura 3.15. Cuando se va a examinar un gran número de muestras de la misma forma el uso de piezas preparadas especialmente casi no se considera. Estos ejemplos se muestran en la fig. 3.16. 2.5

Radiación dispersa.

La radiación dispersa que alcanza a la película es una de las mayores causas de reducción de calidad de imagen, particularmente cuando los rayos-x están entre 150 y 400KV. Las técnicas de enmascarado y filtrado ya descriptas pueden minimizar los efectos de radiación dispersa generados dentro de la probeta, pero ésta también se puede originar fuera de la probeta, por ejemplo: 1) radiación dispersa de retorno de la película luego de haber pasado a través de ésta o del soporte del casete de las paredes o del piso. 2) radiación dispersa proveniente de pisos o paredes (u otros grandes objetos ubicados en el búnker) 3) radiación dispersa proveniente de la probeta sobre la película o de una segunda probeta o de otra parte de la misma probeta. Un ejemplo típico de (3) se muestra en la fig. 3. 17 se puede producir bandas angostas nítidas en a, b, c, d a menos que se ubique una lámina de plomo entre los cilindros como se muestra en (2). Es una buena práctica radiográfica enmascarar el rayo de radiación a un área mínima necesaria cuando esto es posible en la parte posterior del casete con una lámina mayor de 3mm de espesor cuando los objetos dispersores ubicados atrás no se pueden eliminar. En general, si no se puede usar un limitador de rayo, tales como se usan cuando se está haciendo una exposición panorámica, la exposición debe realizarse en un cuarto tan grande como fuese posible, de modo que la dispersión externa se atenúe con la distancia, siempre que sea posible, las probetas deben estar por encima del nivel del suelo, y el piso cercano a las probetas deben cubrirse con plomo. Para reducir la disPágina 19 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL persión cruzada de una probeta a otra a veces es necesario proveer a cada probeta con una caja hecha con láminas de plomo abierta hacia la fuente de radiación.

3

POSICIONAMIENTO DE LAS PROBETAS

Hay unas cuantas reglas generales: Si son factibles las discontinuidades lineales y se puede predecir su plano, el rayo de radiación debe ser dirigido a través del plano desde donde es probable encontrar las discontinuidades. Por lo tanto, en algunas soldaduras la falta de fusión es una discontinuidad muy posible y la radiografía (radiografías) se deben tomar con el rayo a través de la cara del cordón (side-wall). De manera similar, en la raíz la falta de penetración es una discontinuidad posible y la radiografía debe tomarse con el rayo por el lado de la raíz. Las imágenes de porosidades gaseosas y defectos no-direccionales semejantes son prácticamente las mismas independiente de la dirección del rayo. Siempre que sea posible, se debe elegir una dirección de rayo que reduzca la latitud de espesor al mínimo. La película debe ubicarse de forma tal que el punto medio esté bajo el centro de la radiación. La probeta más fácil de usar es la placa plana o la soldadura a tope de dos placas planas. El rayo es dirigido hacia el centro de la soldadura o de la placa, en forma perpendicular a su superficie. Aunque en un bisel en V sea preferible tomar radiografías separadas a través del plano de cada cara, en la práctica raramente se hace excepto en los casos donde se espera una falta de fusión. El segundo caso común es el de soldaduras a tope circunferenciales. Esto sucede en la industria en un amplio rango de diámetros y espesores. Hay tres disposiciones básicas en radiografía: Fuente de radiación afuera; película adentro (fig. 3.18) Este método tiene la ventaja de que la película está en el lado de la soldadura donde se encuentran las discontinuidades mas críticas (grietas de raíz, falta de penetración, etc.) y existe, por lo tanto, un ligero incremento en la sensibilidad de detección de estos defectos. Por otro lado, la película se curva lejos de la fuente de radiación, de modo que la porción de soldadura que se puede examinar en cada exposición es menor, en la práctica son necesarias al menos entre seis u ocho radiografías para cubrir una soldadura completa. Este método es mas adecuado para grandes recipientes y no tanto para tuberías. Fuente de radiación adentro: película afuera (fig. 3.19) Éste es el mejor y más eficiente método, en el caso de Página 20 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL ser posible disponer de una fuente de radiación en el interior de la tubería o el recipiente. Si la fuente se ubica en el centro de la soldadura, la longitud de la soldadura que puede examinarse en una única exposición, está limitada solamente por el tamaño del campo de radiación: con una fuente de rayosgamma o un tubo de rayos-X con un objetivo cónico, se puede cubrir la soldadura completa con una única exposición. El método es tan atractivo que se construyen equipos especiales para desplazar la unidad de rayos-X a una correcta posición dentro de la tubería. Es muy conveniente usar una fuente de rayos gamma centrada, si el espesor de la pared de la tubería es el apropiado. Con tuberías de pequeño diámetro, que solo permiten una pequeña distancia foco-fuente, una fuente de radiación de diámetro muy pequeño es esencial para obtener una buena definición de imagen. En consecuencia, usando rayos-X de 150 kV en una tubería de 24" (60 cm), de la ecuación 3.1 el diámetro de foco necesita ser de 0,6 mm, suponiendo un espesor de pared de 12 mm. Si estas condiciones fueran muy restrictivas, a veces es posible ubicar la fuente de radiación alejada del centro, del modo que se muestra en la Fig. 3.19A: en este caso se necesitan 4 exposiciones para cubrir el total de la soldadura. Fuente de radiación afuera: película afuera (fig.3.20) Este método debe usarse cuando no hay un acceso cómodo al interior de la tubería o del recipiente. Tiene muchas variantes dependiendo del diámetro de la soldadura a inspeccionar. Si el bisel es de un gran diámetro, la fuente de radiación se puede ubicar cerca de una pared y la película del lado opuesto, como se muestra en la fig. 3.20 A. Si esto resultara en una muy corta distancia fuente-película, la fuente deberá quedarse lejos de la película como se muestra en B. En ambos casos la imagen de la parte de la soldadura cercana a la fuente se verá muy borrosa para cualquier tipo de uso y la técnica es frecuentemente llamada “doble pared: imagen simple”. No obstante, si el diámetro de la tubería es pequeño y la distancia fuente-película es grande, las imágenes de las partes de la soldadura en (a) y (b) pueden ser lo suficientemente nítidas y útiles por lo que la técnica se conoce como “doble pared: doble imagen”. En este caso, la fuente debe desviarse del plano de soldaduras, como se muestra en la fig. 3.20 C, de otro modo las imágenes de las dos partes de la soldadura se superpondrán y se confundirán. Este desplazamiento de la fuente, produce una imagen elíptica de una soldadura circular: la distancia de desplazamiento se debe mantener en un mínimo. Se recomienda frecuentemente un quinto de la distancia fuente-película. En BS 2910, el método doble pared: doble imagen, se recomienda limitarlo a tuberías menores que 3½” (90 mm) de diámetro. Se ha encontrado que si se usa una excesiva distancia de desplazamiento, se pueden perder fisuras angostas en la raíz, o volverse mas dificultosa su interpretación, y actualmente existe la tendencia a no usar o usar poco desplazamiento; si no hubiese discontinuidades de soldadura, la falta de desplazamiento en las imágenes no interesa. Si la fuente de radiación se pudiera ubicar cerca de un lado de la tubería, se podría posicionar prácticamente sobre la soldadura, sin que se produjeran interferencia de imágenes.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL En todas las técnicas de doble pared la radiación debe penetrar dos paredes y esto reduce la sensibilidad a las discontinuidades en 1 o 2 veces, en consecuencia si se produce el 2% de sensibilidad en una sola pared, da un 4% de sensibilidad en una pared doble, por esta razón, los métodos de doble pared no deben ser usados innecesariamente. Se ha demostrado que en una tubería de 18 mm de espesor, usando Ir 192 dentro de la tubería da mejores sensibilidades que los rayos-X con el método de doble pared, si se emplea el tamaño de fuente correcto. Con la técnica de doble pared doble imagen, generalmente se hacen solo dos exposiciones formando un ángulo recto: con el método de imagen simple es necesario un mínimo de cuatro exposiciones. Los límites a la longitud de soldadura a examinarse con cada exposición generalmente está determinada por la caída en densidad de película hacia los bordes de la película; un rango de densidades de 1,5 a 2,5 se recomienda a veces como el máximo permitido, pero en algunas probetas, el límite puede estar determinado por las imágenes periféricas. Hay muchos otros tipos de juntas soldadas que son radiografiadas, pero en ninguna otra se ha normalizado la dirección del rayo. Las soldaduras a filete, a veces son radiografiadas y las técnicas utilizadas se muestran en la fig. 3.21. Ningún método es muy satisfactorio, debido a que el cambio de espesor a través de la soldadura es muy rápido, haciendo la radiografía difícil de leer. El método de compensación por cuña se describe a menudo, pero se usa raras veces, ya que en muchas estructuras la placa soldada no es plana el método mostrado en C debería usarse cuando la placa base tiene mas de 56 cm de espesor. El rápido cambio de espesor a través de la soldadura puede ser frecuentemente compensado usando una energía de rayos-X levemente mayor y algo de filtrado en el tubo. La fig. 3.22 muestra las ubicaciones de frente y película preferidas para otras configuraciones de soldaduras. la regla general es tratar de dirigir el rayo de radiación a través de la dirección en la que mas probablemente se encuentren las discontinuidades mas graves; en segundo lugar, penetrar el mínimo espesor posible y tercero tener un pequeño cambio de espesor a través de la imagen. 3.1

Fundiciones

Generalmente las fallas marcadamente direccionales son menos frecuentes en fundiciones y el problema principal en radiografías es asegurar una completa cobertura. El error mas común consiste en fallar al observar dos radiografías de áreas adyacentes no cubren completamente la sección examinada. La fig. 3.23 ilustra un ejemplo simple: las Página 22 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL radiografías A y B podrían fracasar en dejar ver el rechupe. Es importante recordar que los defectos graves en fundiciones es más probable que ocurran en los cambios de sección y asegurar que estas regiones queden adecuadamente cubiertas por las radiografías que se tomen. En una fundición importante el diseñador y el fundador deben ser consultados, el primero para determinar las áreas más críticas desde el punto de vista de las tensiones y el segundo en las regiones de las fundiciones donde hay mayor probabilidad de que éstas ocurran. El conocimiento del proceso de fundición, es de gran valor al decidir la orientación del rayo, particularmente en grandes fundiciones donde para ser económico se debe ser selectivo con las radiografías. En pequeñas fundiciones de alta exigencia, donde es necesario cubrir completamente la pieza con radiografías de alta sensibilidad, no hay reglas generales. Algunos podrán planear una inspección a partir de un plano, pero la mayoría prefiere una muestra o un modelo. Las recomendaciones mas comunes para la buena práctica radiográfica que deben aplicarse son, a saber: penetrar el mínimo espesor posible o intentar y conservar la película cerca de la superficie del metal o recordar la necesidad de enmascarar bordes, etc., con rayos-X o usar la mayor densidad posible en las regiones delgadas, cuando se está cubriendo una gama de espesores. o considerar las técnicas de latitud de espesor, por ej filtros, películas dobles. o tener especial cuidado al cubrir esquinas y cambios de sección, con un rayo inclinado adecuadamente (fig. 3.25)

Es fácil colocar rotuladores de plomo en ambas caras de la fundición e incluir un número de IQI, y de las imágenes de ésta determinar exactamente que cobertura se obtiene y con qué sensibilidad. Las únicas fallas direccionales alargadas en las fundiciones son las fisuras bajo tensión (stress cracks), que casi siempre alcanzan la superficie y deberían ser descubiertas por un rayo de detección de grietas superficiales: dicho ensayo superficial siempre debería complementar la radiografía de las fundiciones. Las fisuras en caliente (el otro tipo de fisura que aparece en las fundiciones) se enroscan y giran tan violentamente que rara vez no se detectan mediante radiografías. 3.2

Marcado: Identificación

Cada radiografía debería contener alguna marca permanente de identificación que individualice el trabajo, la región examinada, la sección y la orientación de la película. Salvo en secciones de acero extremadamente gruesas, se pueden usar pequeñas letras de plomo y éstas cuando se ubican en la probePágina 23 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL ta, ya sea del lado de la película o del lado de la fuente se muestran claramente en la radiografía. Se deben fijar en la probeta cuando se trata de fundiciones o soldaduras y se dejan en ésa posición siempre y cuando sea posible, hasta que la radiografía haya sido examinada. La mayoría de los técnicos usa plastilina, pero se puede usar cualquier adhesivo. En alguna fecha posterior la probeta probablemente tenga que ser permanentemente marcada por estampado, grabado o pintado de acuerdo a lo que sea mas apropiado para las condiciones de servicio de la probeta. Los típicos símbolos de plomo para marcado solo necesitan ser de 3/16” (4 mm) de altura. No es deseable oscurecer la imagen de la probeta usando una gran cantidad de letras grandes y gruesas, pero en la práctica son mas las radiografías estropeadas por una falta de marcadores de identificación que por un exceso de éstos. Siempre que sea posible, los rotuladores se deben ubicar de manera tal que no oscurezca un detalle importante de la imagen: en consecuencia, en un cordón de soldadura, los símbolos se deben ubicar al lado del cordón y separados de la zona afectada por el calor. Se utilizan rotuladores similares para confirmar el solapado de películas, y para indicar la orientación de las probetas, por ej.: 0° y 90° en un cilindro. Algunos caracteres como A, O, T, U, V, W, X, Y son simétricos y pueden originar confusiones cuando se intenta orientar una radiografía. Estos rotuladores simétricos no deben usarse individualmente si existe alguna posibilidad de confusión. Se pueden fabricar rotuladores perfectamente adecuados para varios propósitos a partir de triángulos de láminas de plomo de 3 mm o trozos de alambre de plomo. Al identificar pequeñas probetas, los símbolos de plomo deben ubicarse sobre una plancha de metal. Si se ponen directamente sobre la cara del casete pueden oscurecerse por la alta densidad de fondo de la película. La fig. 3.26 muestra un marcado típico de una probeta de gran área. El número de trabajo es 755; los solapados horizontales se designan con 2ª, 3ª; y los verticales con 1B, 2B, etc.

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ESPECIFICACIONES

Como puede obtenerse un amplio rango de calidades de radiografía por ej.: sensibilidad a las fallas. Debido a la variedad de detalles técnicos como tipo de película, distancia foco-película, etc. la mayoría de los clientes cuando especifican una inspección radiográfica, indican los detalles técnicos o citan una norma reconocida. Las organizaciones normalizadoras de muchos países han elaborado normas y códigos de buenas prácticas radiográficas. Los pioneros fueron la British Standard Institution, la ASTM, y ASME y la alemana DIN. Han sido publicados normas similares y códigos por el International Institute of Welding (IIW) y la International Standard Organization (ISO). Los códigos y normas disponibles son periódicamente revisados y actualizados. La filosofía de estas normas varía considerablemente. Algunas detallan todos los parámetros técnicos, otras especifican el valor de IQI que debe obtenerse y dejan los detalles para el especialista o técnico Página 24 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL radiógrafo. Algunas normas detallan unas cuantas técnicas como: muy alta sensibilidad, alta sensibilidad, sensibilidad media y dejan en manos del operario la decisión de éstas desea utilizar en una aplicación particular. Una gran dificultad al escribir una norma es la falta de una medida objetiva (granularidad, velocidad) de la película radiográfica. Cualquier fabricante podría describir cualquiera de sus películas como si fuera de “grano fino”. Una aproximación alternativa a las “normas de buena práctica” consiste en pedirle a un departamento radiográfico que presente al cliente o a su inspector, una técnica radiográfica y radiografías de muestra; ésta técnica si es aceptable se aprueba. Algunos códigos de buenas prácticas especifican sensibilidades aceptables de IQI como guía, como complemento a los detalles técnicos y en los códigos mas recientes estos valores de sensibilidad son razonablemente realistas, en contraposición con la sensibilidad del 2% que persistió por muchos años. Algunas normas también especifican defectos aceptables y rechazables. Hasta el día de hoy la aceptación de estas normas es un tanto arbitraria, basadas más en la buena manufactura que en el efecto de los defectos en el desempeño durante el servicio. Una cláusula típica de aceptación, extraída de BS3351:1961 referida a tuberías soldadas y aleaciones de acero para la industria del petróleo es: “Cualquiera de las siguientes debería ser causa de rechazo: Cualquier tipo de fisura o zona de fusión incompleta. Falta de penetración en la raíz que exceda los 3/8” de longitud, o un largo total de dichas imperfecciones que exceda los 3/8” en cada 6” de soldadura. Inclusiones de escoria o de gas que excedan en ¼” de longitud o 1/16” de ancho, o un largo total que exceda ¼” en 3” de longitud de soldadura. El área total de porosidad, proyectada radialmente a través de la soldadura no debe exceder las 0.01 pulg2 (equivalente a tres áreas de 1/16” de diámetro) en cualquier pulgada cuadrada del área de soldadura proyectada. 4.1

Radiografías de referencia

Muchas organizaciones, especialmente la ASTM y la IIW, han elaborado juegos de radiografías de referencia. Éstas generalmente ilustran varios grados de rigurosidad de defectos individuales en placas de espesor uniforme, por ej.: defectos en fundiciones, como sopladuras, fisuras por contracción, inclusiones de arena, fisuras en caliente, grietas, etc. Su propósito principal es el entrenamiento pero algunas compañías y organizaciones las usan como normas de aceptación. Debido a que la imagen de muchos defectos depende fuertemente de la orientación del defecto, además de los detalles de la técnica radiográfica, el uso de éstas referencias radiográficas como norma de aceptación está abierta a una considerable mal interpretación por lo que no deben ser tenidas en cuenta. Puede que sea posible usar referencias radiográficas de defectos no direccionales, como porosidades, rechupes, microfisuras, pero para grietas y cavidades direccionales semejantes tales parámetros no son prácticos. Sin embargo dichos criterios, si bien son arbitrarios son considerados por algunos mejores que nada.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL 5

IMÁGENES FALSAS

a) Existe un número de indicaciones falsas, que suelen aparecer en las películas. La gran mayoría de éstas se deben a fallas durante el proceso y a la falta de cuidado en la manipulación: un muy pequeño número se deben a fallas durante la fabricación. Algunas de las falsas indicaciones más comunes se listan abajo: o Manchas: debidas al uso de películas viejas. o Niebla: pobres condiciones de almacenamiento o exposición inadvertida. o Neblina: caja de archivado defectuosa, mala luz, lámpara muy potente, cassette dañado. o Marcas de presión: torpe manejo de películas. Estas marcas tienen la forma de ennegrecimiento o luz crecientes. o Rayaduras o Estática: éstas tienen la apariencia de líneas oscuras, finas y bifurcadas, causadas por frotar la película, produciendo cargas electrostáticas. o Huellas digitales o Manchas de baja densidad: salpicaduras de agua o fijador o Manchas oscuras: salpicaduras de revelador.

b) Falsas indicaciones producidas durante la exposición Los ítems 2,3 y 4 de arriba, especialmente el 4, cuando se utiliza un casete de películas flexible, debido a excesiva presión local o curvado. c) Falsas indicaciones ocurridas durante el procesado o Campanas de aire: discos de baja densidad debidos a burbujas de aire atrapadas contra la emulsión durante las primeras fases del revelado. o Rayas, manchas: agitación inadecuada. o Efectos locales: rayas provenientes de regiones de la imagen donde hay un gran cambio de densidad; agitación inadecuada. o Reticulado: apariencia de grano de cuero, debido a grandes y repentinos cambios de temperatura. o Marcas de secado: rayas debidas a gotitas de agua que quedan en la superficie de la película, dejando manchas o rayas que se secan mucho después que el resto de la película. o Por lejos las falsas indicaciones más comunes son: o Marcas de presión: son fácilmente reconocibles como tales y es poco probable que se tomen como defectos.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL o Rayaduras y manchas que en probetas de espesor uniforme puede ser muy difícil eliminarlas completamente. o Efectos locales: es poco probable que afecten la interpretación. o Marcas de secado, son otra forma de rayado o de manchado. o Es posible identificar frecuentemente imágenes falsas examinando ambos lados de la película con la luz reflejada echándole un vistazo con un cierto ángulo. Si la imagen se ve de un solo lado, es casi con seguridad una indicación no relevante.

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TÉCNICAS ESPECIALES

Existen unas pocas técnicas especiales que serán mencionadas en ésta etapa. No está muy ampliamente difundido, pero son extremadamente útiles en aplicaciones particulares. 6.1

Películas múltiples

Esta técnica ya ha sido mencionada como un método de incrementar la latitud de espesor. Muchas películas son expuestas en un solo cassette usando una lámina de plomo de una pantalla desmontada entre cada par de películas. 6.2

Métodos estereoscópicos

Se pueden tomar un par de radiografías con un tubo re rayos-X movidas lateralmente en un plano paralelo a la película entre exposiciones; luego estas radiografías son examinadas en un estereoscopio. Con adecuados rotuladores ubicados en las superficies de la probeta, se puede ver la posición de un defecto dentro de la probeta. Las imágenes estereoscópicas no son siempre exitosas con rayos-X y rayos gamma debido a la falta de detalles de referencia y un método más común es realizar mediciones en las radiografías. El principio se muestra en fig. 3.27 y tiene muchas variantes dependiendo de si el espesor de la probeta se conoce o no, produciendo cargas electrostáticas. Si el detalle cuya profundidad se requiere medir es fácilmente visible, las dos exposiciones requeridas pueden hacerse en una misma película, simplificando aún más el método. Si todas las distancias involucradas en la calibración radiográfica puede medirse, solo la distancia desplazada del defecto necesita medirse sobre la película, es más usual poner rotuladores de plomo pequeños en las superficies anterior y posterior de la probeta y medir la imagen movida de éste: es mas conveniente realizar el cálculo mediante un método gráfico como el mostrado en la fig. 3.27 B. El método más simple de localizar un defecto siempre y cuando la probeta lo permita, consiste en tomar dos radiografías en ángulos rectos, con rotuladores, cuando fuera necesario, para mostrar el borde de la probeta. Papel para rayos-X. Este material tiene una emulsión sensible que cubre papel en lugar de una película y es un tercio del costo de la película o quizás menos. Es, además, mucho más rápido de procesar. Se puede usar para algunas aplicaciones donde se necesita una baja sensibilidad. Magnificación proyectiva. Algunos tubos de rayos-X tienen muy pequeñas manchas focales, de 0,5 mm de diámetro efectivo o menos. Pueden usarse con la probeta ubicada cerca del tubo de rayos-X, Página 27 de 28

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL lejos de la película, cuando se forma en la película una imagen ampliada. Esto significa que se pueden detectar mas detalles.

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