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END Radiografía Industrial Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Haedo

Laboratorio de Ensayo de Materiales Ing. F.A. Cambiasso

E.N.D Conjunto de técnicas que permiten obtener información de un material o pieza en servicio sin alterar sus características ni capacidades para cumplir con las exigencias de diseño.

• Pueden aplicarse en diferentes etapas de un proceso de fabricación. • Detectan, localizan y determinan la probable naturaleza de discontinuidades (inherentes o en servicio) • Son complementarios

• Se aplican mediante procedimientos escritos • Necesitan de personal especializado. • Son específicos en sus aplicaciones. • Pueden ser aplicados a componentes en servicio

Aplicaciones según Normas: ASME AWS ASNT (SNT-TC-1A) ISO 9712 (COVENIN 1.999)

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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS PARA LOCALIZAR DISCONTINUIDADES • Examen Visual • Tintas Penetrantes • Radiografía Industrial Rayos X Rayos γ (gamma) • Partículas Magnéticas • Ultrasonido • Corrientes Parásitas UTN FR Haedo - Laboratorio de Ensayo de Materiales - Ing. F.A. Cambiasso

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL Técnica que produce imágenes del interior de piezas o componentes mediante la aplicación de radiaciones ionizantes. • Se basa en la absorción diferencial de la radiación por los materiales • Peligrosa para los seres vivos. • Da un registro permanente • Se produce de manera artificial (Rx) y natural (Rγ)

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL • Usa fuentes naturales (Isótopos) que se agotan con el tiempo. • Afectada por factores geométricos. • Equipos e insumos costosos. • Necesidad de aplicación de procedimientos de Seguridad Radiológica.

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RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL • • • •

Ventajas. Da un registro permanente. Alto poder de penetración. No afectado por recubrimientos Identifica discontinuidades.

Desventajas • Peligroso. • Acceso a caras • Lento. • Costoso.

ambas

• No dimensiona.

METODO Y CAMPO DE APLICACIÓN -Usado como método de END -Basado en la absorción radiación penetrante por inspeccionar

diferencial de la pieza a

-Utilizado para detectar variaciones en una región de un determinado material comparado con una región contigua -Detecta características diferentes en una misma región

RADIACIÓN -Radiación penetrante: Propiedad de ciertas formas de energía radiante atraviesan materiales opacos a la luz visible. -Tipos de radiación penetrante usados en radiografía industrial: Rayos X y Rayos gama con longitudes de onda extremadamente cortas -Propiedades de los Rayos X y gama: mismo velocidad de propagación de la luz, desplazamiento en línea recta, no afectados por campos eléctricos o magnéticos, impresión sobre emulsiones fotográficas

LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Se utiliza radiación de baja longitud de onda, rayos de alta energía dentro de las ondas electromagnéticas.

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UNIDADES Y MEDIDAS DE RADIACION Actividad específica: Concentración de átomos en una sustancia radioactiva y se expresa dividiendo la actividad por la masa. Determina las dimensiones físicas de la fuente. Unidades: Ci/gr, Bq/gr Energía: Define la calidad del haz de radiación. La unidad mas usada para medirla es el electrón-voltio (eV), el cual representa la energía generada por un electrón que es acelerado por un diferencial de potencial de un voltio

Principios generales de radiografía. -La pieza es acomodada entre la fuente de radiación y una película.

Película de rayos X

-Algunos de los rayos son detenidos por la pieza, las partes más gruesas y densas detienen más radiación. = Menos exposición.

Vista superior de la película expuesto

= Más exposición.

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA INTENSIDAD

Io: la intensidad de radiación que incide sobre la materia e: base de los logaritmos neperianos

I = Io e

- µx

I: es la intensidad del haz que emerge por el lado opuesto de la materia µ : coeficiente de absorción lineal, relacionado con el número atómico “Z”.

Mayor espesor, mayor es la cantidad de radiación que absorbe y menor la intensidad que atraviesa el material

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA Efecto fotoelectrico : Ocurre cuando un rayo X o gama incide sobre un electrón transfiriendole toda su energía arrancandolo del átomo por ganancia de energía cinética (energia del rayo incidente < 100 KeV)

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA Efecto compton: La radiación incidente cede parte de su energía a un electrón del átomo, el cual gana velocidad, no obstante aún queda cierta cantidad de energía en forma de radiación, del rayo incidente, que viaja dentro de la materia en otra dirección y con una energía menor, esta radiación es denominada dispersa (energia del rayo incidente >100 KeV)

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA Formación de pares: Al pasar cerca de un núcleo atómico el rayo produce un par de partículas: un electrón, un positrón, ambos dotados de una cierta velocidad. Posteriormente el positrón se desintegra generando dos rayos de 0.51 MeV (energía del rayo incidente >1.02 MeV)

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INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA Coeficiente de absorción

Cuanto más alto es el espesor, la densidad y el número atómico de cierto material, mayor será la cantidad de radiación que podrá absorber. Cuanto mayor es la energía de la radiación incidente, dentro de ciertos límites, menor será la cantidad de radiación absorbida por el material.

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA Coeficiente de absorción

µ1 * d 2 = µ 2 d 1 Ejemplo de aplicación: Siendo µ (1) = 0.15 cm –1 y d(1) = 2.3 gr/ µ cm 3 respectivamente, el coeficiente de atenuación y la densidad del concreto, determine el coeficiente de atenuación µ (2) para el acero, sabiendo que la densidad d(2) = 7.8 gr/ cm 3. De la ecuación:

µ 2 = 7.8 * 0.15/2.3 = 0.51 cm-1

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA Capa de semiatenuación: Es el espesor de material capaz de absorber la mitad de la intensidad de una radiación sin barrera (X1/2)

Principios generales de radiografía. Area Delgada

Poca energía de radiación

Alta energía de radiación.

El tiempo de exposición y la energía se determinan en función de la pieza.

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Principios generales de radiografía. • Orientación del flujo Ángulo Optimo

= Fácil detencción.

= No tan fácil.

Un ángulo apropiado según la dirección de la grieta.

Principios generales de radiografía.

0o

10o

20o

Ejemplo de la importancia de la dirección del flujo

Fuentes de radiación.

Rayos X

Rayos Gamma

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DIFERENCIA ENTRE RADIACIÓN X Y GAMA

Radiación Gama: emitidas por el núcleo de un átomo que se encuentra en un estado excitado de energía Radiación X: emitida por estratos o niveles electrónicos de los átomos

ESPECTRO DE EMISIÓN DE RADIACIÓN X los rayos X emitidos presentan una variedad muy grande de longitudes de onda o sea que la energía varía de una forma continúa

TUBO DE RAYOS CATÓDICOS

ESPECTRO DE EMISIÓN DE RADIACIÓN GAMA Proviene de elementos radioactivos artificiales o naturales, emitida con intensidad y energía bien definida, con características del radioisótopo considerado

Radiografía de rayos-x. Los rayos-x son producidos por un generador de rayos de este tipo, estos sistemas consisten en un tubo de rayos, un generador y una consola de control.

PROPIEDADES DE LOS RAYOS X -Propagación en línea recta -Polienergéticos -Producen ionización en las emulsiones fotográficas y en los gases -Poseen frecuencia y energía -Provocan fenómenos de fluorescencia -Son absorbidos por la materia -Pueden provocar mutaciones genéticas

PROPIEDADES DE LOS RAYOS X E: Energía (Joule) h:Constante de plank (6.624*10-34 Joule *seg) C:Velocidad de la luz α:Longitud de onda Ejemplo de aplicación: Cual es la energía de una radiación con longitud de onda de 0.1 Amstromg? C=3*108 m/s, 0.1 Ǻ=10-9 m E = 6.624*10 –34 * 3*10 8/10 –9=1.987*10 –16 Joule. Como 1 Joule = 6.242*10 12 Mev E = 0.012 Mev

RAYOS X - EQUIPOS DE RADIACIÓN Tubo generador de rayos X: los rayos X son producidos en ampollas especiales. El tamaño de la ampolla o tubo está determinado por la tensión máxima de operación del aparato. Para obtener imágenes con la máxima nitidez, las dimensiones del foco deben ser lo más pequeñas posibles, las dimensiones del foco óptico están determinadas por: el tamaño del foco térmico y el valor del ángulo α

Corte transversal del ánodo en una ampolla de rayos X

Radiografía de rayos-x. Potencial eléctrico alto

Se produce un alto voltaje entre un catado y un ánodo.

Electrons +

-

Generador de Rayos X

Los electrones impactan un objetivo en el cátodo.

La radiación penetra la muestra

Sistema de grabado

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EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos X Unidad generadora, panel de comando: Los equipos de rayos X industriales, se dividen generalmente en dos componentes, el cabezote o panel de control y la unidad generadora.

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EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos X Longitud de onda y rendimiento: Los rayos X son generados cuando un electrón de alta velocidad es desacelerado por el material del objetivo, esa desaceleración se hace por la colisión entre el electrón y el material del objetivo. E=energía M = masa del electrón

E = 1/2 * m· v2 = e·V *107

v = velocidad del electrón cuando golpea el objetivo (ánodo) e = carga del electrón V = diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo

EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos X Longitud de onda y rendimiento: Cuando un electrón se estrella con el núcleo de un átomo del objetivo, toda su energía se transforma en radiación X, se puede determinar la longitud de onda de la radiación generada λ=12.395/V Å V es la diferencia de potencial aplicado en voltios. El concepto de calidad de radiación está ligado a la energía del haz de rayos X. Cuando se aumenta el voltaje del aparato, se aumenta la energía del haz de radiación generado, por lo cual aumenta la calidad de la radiación, con el consiguiente aumento del poder de penetración de la misma. El concepto de intensidad de radiación se refiere a la cantidad de rayos X producidos, o de una forma más correcta, el número de “cuantos” producidos.

EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos X Longitud de onda y rendimiento: El aumento de la intensidad producido, cuando se aumenta la tensión del tubo puede ser explicado mediante la fórmula que expresa el rendimiento N de producción de rayos X.

N = 1.4 *10 ·Z·V -9

Z = número atómico del elemento del objetivo del ánodo. V = Voltaje aplicado al tubo.

EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos X Determinación del tamaño del foco: La determinación del tamaño del foco para los aparatos de rayos X de 320 KV o menores, el tamaño del punto focal puede ser determinado por el método del “hueco de aguja”. Este método consiste en una fina lámina de plomo que tiene un pequeño hueco colocado exactamente a la mitad de la distancia entre el ánodo del tubo de rayos X y la película radiográfica

Esta técnica es adecuada para rayos X de baja energía en virtud de que utilizan laminas finas de plomo, lo que tornaría poco práctico en caso de altas energías.

EQUIPO DE RAYOS X

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EQUIPO DE RX PARA INSPECCIÓN

RADIOGRAFÍA RAYOS-X

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RAYOS GAMMA EQUIPOS DE RADIACIÓN Es necesario un equipo que provea un blindaje contra las radiaciones provenientes de la misma fuente, cuando esta no está siendo usada. De igual forma es necesario proveer a ese blindaje de un sistema que permita retirar la fuente de su interior para poder realizar la radiografía. Este equipo se denomina irradiador (castillo o contenedor).

FUENTES NATURALES Y ARTIFICIALES Elementos radiactivos naturales (URANIO)

Reactor nuclear de activación

Desequilibrio energético en el núcleo

Irradiación por neutrones térmicos

Liberación de energia en forma de rayos gama

Isotopos radioactivos artificiales

Radiografía de rayos Gamma. Un radioisótopo: -Sus núcleos son inestables. -La ruptura del enlace resulta en una liberación alta de energía y materia.

Radiografía de rayos Gamma. -La mayoría del material radiactivo utilizado en radiografías industriales se producen artificialmente. -Mediante un proceso denominado activación.

RADIOACTIVIDAD Emisión Espontánea de radiación por un núcleo atómico que se encuentra en un estado excitado de energía

TIPOS DE RADIACIÓN -Partículas Alfa (α): 2 protones y dos neutrones, poca penetración -Partículas Beta (β): 2 electrones, mayor penetración -Partículas Gama(γ): características corpusculares, alto poder de penetración

SEPARACIÓN DE LA RADIACIÓN

LONGITUDES DE ONDA DE LAS RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS

EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos Gamma Tipos de fuentes Cobalto 60: Es obtenido mediante el bombardeo con neutrones del isótopo estable Co-59, sus principales características son: Vida media =5.24 años Energía de radiación = 1.17 a 1.33 MeV Rango de utilización más efectivo = 60 a 200 mm de acero Rango de utilización posible = 30 a 300 mm de acero El Iridio-192: Se obtiene mediante el bombardeo con neutrones del isótopo estable Ir-191, sus principales características son: Vida media = 74.4 días Energía de radiación = 0.137 a 0.65 MeV Rango de utilización más efectivo: 10 a 40 mm de acero Rango de utilización posible = 5 a 70 mm de acero

EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos Gamma Tipos de fuentes El Tulio-170: Se obtiene mediante el bombardeo con neutrones del isótopo estable Tulio-169. Energía de radiación = 0.084 a 0.54 MeV. Vida media = 127 días Rango de utilización más efectiva = 1 a 10 mm de acero Rango de utilización posible = 1 a 20 mm de acero El Cesio-137: Es uno de los productos de la fisión del Uranio-235, este es extraído mediante procesos químicos que lo separan del uranio combustible y de los otros productos de la fusión. Vida media = 33 años Energía de radiación = 0.66 MeV Rango de utilización más efectivo = 20 a 80 mm de acero Rango de utilización posible = 10 a 120 mm de acero

DECAIMIENTO RADIOACTIVO

DECAIMIENTO RADIOACTIVO

N = N o e - λt No = número inicial de electrones excitados N = número de átomos excitados después de un cierto intervalo de tiempo e = base de los logaritmos neperianos λ = constante de desintegración, característica de cada material radioactivo t = tiempo transcurrido

VIDA MEDIA Cuando se produce una fuente radioactiva, excitamos un cierto número de átomos “No” de la fuente, ese número de átomos excitados disminuye con el paso del tiempo, de acuerdo con las características del elemento radioactivo. T1/2 = vida media del elemento

T 1/2 = 0.693/λ

λ = constante radioactiva

de

desintegración

UNIDADES Y MEDIDAS DE RADIACION Actividad: número de desintegraciones que ocurre en un cierto intervalo de tiempo. La unidad de medida es el Becquerel (Bq)

Ao = actividad radioactivo

A = Ao * e - λt

inicial

del

elemento

A = actividad del elemento radioactivo después de transcurrido un cierto intervalo de tiempo. λ = constante de desintegración t = tiempo transcurrido

UNIDADES Y MEDIDAS DE RADIACION Actividad: La unidad de medida es el becquerel y es expresado en términos de desintegración por segundos 1 Bq = 1 dps (desintegración por segundo) 1 KBq = 10 3 dps 1 Mbq = 10 6 dps 1 GBq = 10 9 dps 1 TBq = 10 12 dps La unidad antigua: 1 curio = 3.7 * 10 por tanto 1 Bq= 37 pCi

10

dps, 1 Ci = 3.7*10

10

Bq = 37 Gbq,

DETECCIÓN DE RADIACIÓN POR IONIZACIÓN La radiación se puede detectar mediante una cámara que contenga un gas o una mezcla gaseosa y un electrodo central, sometiéndola a una diferencia de potencial de forma que cuando se exponga a una radiación ionizante, origine una corriente eléctrica debida al fenómeno de ionización del gas.

EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos Gamma Fuentes radioactivas industriales

EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos Gamma Características físicas de los contenedores Categorías Categoría I: Son los equipos en que la fuente radioactiva sellada no es removida para la exposición, el haz de radiación se libera abriendo un conmutador, o moviendo la fuente dentro del contenedor, o aún por otros medios. Categoría II: Son aquellos equipos en los que la fuente radioactiva sellada se desplaza fuera del a través de un tubo guía, hasta el final del mismo mediante sistemas eléctricos o mecánicos.

EQUIPOS DE RADIACIÓN Equipos de rayos Gamma Características físicas de los contenedores

Subdivisiones de cada categoría Clase P: Son equipos transportados por una sola persona, con peso máximo de 25 Kg. Clase M: Son equipos no portátiles, que pueden ser desplazados fácilmente empleando el medio adecuado. Clase F: Son equipos fijos, su movilidad está restringida a los límites de su área de trabajo.

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL

Equipo de proyección

Radiografía de rayos Gamma. -A diferencia de los rayos x que son producidos por máquinas, los gammas no pueden ser apagados, lo que exige sistemas especiales para contenerlos.

La cámara para su almacenamiento y transporte.

Radiografía de rayos Gamma. -El material sale y regresa a la cámara.

RADIOGRAFÍA CON RAYOS GAMMA

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Modalidades. Clasificaciones según el tipo de imagen:

+Radiografía con Película +Radiografía Digital: -Radiografía en tiempo real. -Tomografía computarizada. -Radiografía digital (DR) -Radiografía computarizada. (CR)

Radiografía con Película -El film contiene bromuro de plata. -Una vez expuesto a la radiación y desarrollado en un cuarto oscuro, se convierte en negro metálico de plata que forma la imagen.

Radiografía con Película

-El film debe de protegerse de la luz visible, para no exponerlo.

-Suele ubicarse entre placas para intensificar la radiación.

Radiografía con Película

La película debe desarrollarse en un cuarto oscuro, de forma manual o automática.

Radiografía con Película

Cuando los rayos atraviesan un material de estructura no uniforme, que contenga defectos tales como grietas, cavidades, o porciones de densidad variables, los rayos que atraviesan las partes menos densas del objeto son absorbidos en menor grado que los rayos que atraviesan las partes más densas. película porosidad Trayectoria de los rayos X o rayos gamma

Bulbo de rayos X o cápsula de radio probeta

Técnica Radiográfica (Aplicación)

r a d i o g r a f o

LA PELICULA RADIOGRAFICA

TAMAÑO DE GRANO Y VELOCIDAD DE LA PELICULA

CONFIGURACION GEOMÉTRICA

DEFINICIONES • • • •

Densidad Contraste Penumbra Definición

película poro

Trayectoria de los rayos X o gamma

Tubo de rayos X o cápsula de radio pieza UTN FR Haedo - Laboratorio de Ensayo de Materiales - Ing. F.A. Cambiasso

FACTORES GEOMÉTRICOS

FACTORES GEOMÉTRICOS a) La fuente de radiación debe ser lo mas puntual posible. Al seleccionar un equipo debe tomarse en cuenta al tamaño del foco de radiación sea esta X o gamma. b) La distancia de la fuente a la película debe ser la mayor posible. c) El objeto debe estar lo mas cerca posible de la película. d) La radiación debe ser dirigida perpendicularmente a la película. e) El plano del objeto y el plano de la película deben ser paralelos. UTN FR Haedo - Laboratorio de Ensayo de Materiales - Ing. F.A. Cambiasso

PANTALLAS INTENSIFICADORAS La radiación X o gamma al incidir en la película radiográfica solo cede un 1% de su energía para producir la imagen, el resto de la energía del haz no es aprovechado en el trabajo "fotográfico". Obviamente todo medio que permita aumentar el aprovechamiento de la energía radiante en la formación de la imagen, siempre que no complique la técnica, es deseable. Para este propósito se usan pantallas intensificadotas de las cuales existen dos tipos principales:

PANTALLAS INTENSIFICADORAS SALINAS PANTALLAS INTENSIFICADORAS DE PLOMO

DETERMINACION DE LA EXPOSICION RAYOS X

DETERMINACION DE LA EXPOSICION RAYOS GAMMA

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INDICADORES DE CALIDAD DE IMAGEN

INDICADORES DE CALIDAD DE IMAGEN

Procedimientos de Aplicación Secuencia ordenada de pasos para aplicar la técnica y que busca: 1.- Aumentar la confiabilidad en el ensayo 2.- Proporcionar reproducibilidad 3.- Minimizar la subjetividad del inspector 4.- Permitir un uso más eficiente de la técnica. 5.- Economizar tiempo y dinero 6.- Evitar las reinspecciones

Procedimientos de Aplicación 7.- Se fundamentan en las Normas y Códigos existentes. 1.- ASME 2.- AWS. 3.- ASNT 4.- COVENIN (ISO) 8.- Son de carácter mandatorio a la hora de aplicar la técnica 9.- Deben ser realizados por inspectores niveles 2 y 3 solamente.

Procedimientos de Aplicación Su estructura es: 1.- Título 2.- Alcances. 3.- Normas a referenciar. 4.- Requerimientos del personal. 5.- Equipos a utilizar y requisitos a cumplir. 6.- Pasos a seguir en la aplicación

Procedimientos de Aplicación Su estructura es: 7.- Criterios de Rechazo y/o Aceptación (Si aplican) 8.- Registro y reporte de Inspección.

Comparación de la radiografía a base de rayos X y gamma • El uso de los rayos X está limitado a 9 pulg de espesor de acero, mientras que los rayos gamma pueden usarse para espesores de hasta 10 pulg. • Los rayos X son mejores que los gamma para la detección de pequeños defectos en secciones menores a 2 pulg de espesor, los dos poseen igual sensibilidad para secciones de unas 2 a 4 pulg. • El método de rayos X es mucho más rápido que el de los rayos gamma y requiere de segundos o minutos en ves de horas. • Debido a su menor dispersión, los rayos gammas son más satisfactorios que los rayos X para examinar objetos de espesores variables. • Para un espesor de material uniforme los rayos X parecen proporcionar negativos mas claros que los gammas.

Interpretación de una radiografía • Las porciones mas oscuras indican las partes menos densas • Las porciones mas claras indican las partes mas densas Defectos mas comunes y su apariencia característica sobre los negativos de fundiciones: • Las cavidades de gas y solpladuras son indicadas por áreas oscuras circulares bien definidas. • La porosidad por contracción aparece como una región oscura, fibrosa e irregular que posee un silueta indistinta. • Las grietas aparecen como áreas oscurecidas de ancho variable. • Las inclusiones de arena estan representadas por áreas grises o negras de textura irregular o granular. • Las inclusiones en las fundiciones de acero aparecen como áreas oscuras de silueta definida.

FALTA DE PENETRACIÓN EN UNA JUNTA SOLDADA

FISURA LONGITUDINAL

FISURAS TRANSVERSALES

POROSIDADES

ESCORIA

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