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• Jeiisson Ruiiz

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Ultrasonido Universidad de Antioquia

Objetivo general: Reconocer el funcionamiento, operación y las partes que conforman el equipo de ultrasonido para la realización de análisis que permitan identificar posibles indicaciones sobre piezas metálicas empleado diferentes tipos de palpadores. Objetivos específicos:   

Comprender el procedimiento para la calibración del equipo, así como su importancia como fase preliminar a la realización de un ensayo. Realizar la curva DAC con bloques de calibración ASME Aprender a identificar mediante diversos ensayos, los ecos propios de indicaciones, espesores y demás.

Alcances En los ensayos realizados por ultrasonido es posible determinar qué tan homogénea es una pieza, de manera que si esta presenta alguna alteración en su extensión esta pueda ser encontrada de manera cualitativa. Sin embargo, dado el caso de que exista una indicación dudosa se debe tener acceso a todas las caras de la pieza, con el fin de realizar el ensayo en una cara diferente a la original o variar el palpador usado, reduciendo así las fuentes que generan la confusión. Si tras lo anteriormente dicho se mantiene la confusión, se deberá recurrir a un ensayo complementario que verifique correctamente la indicación. Se da garantía de:  

Medir el espesor e identificar las indicaciones que puedan ser posibles defectos Medidas adecuadas siempre y cuando se realice la calibración del equipo siguiendo las normas ASTM y el código ASME

Normas ASTM A609: posee las especificaciones para proceder a con un examen de ultrasonido mediante el método pulso-eco en aleaciones de carbono tratadas térmicamente, baja aleación y fundiciones martensíticas de acero inoxidable con palpadores longitudinales. ASTM A210: da cuenta de las características y especificaciones mínimas para espesores de pared en tuberías de calderas y conductos de humo elaborados de acero medio carbono

ASTM E114: en esta se cubre la inspección por ultrasonido mediante la técnica pulso-eco, usando palpadores de incidencia normal con contacto directo entre la unidad investigadora y el material examinado. ASTM A435: ultrasonido para placas de acero laminadas con espesores mayores iguales a ½ pulgada, usando la técnica pulso - eco y palpadores de incidencia normal ASTM E428: fabricación de los bloques de referencia empleados para calibrar los equipos. ASTM E164: usada para evaluar soldaduras de aleaciones ferrosas y aluminio mediante ultrasonido empleando como agente acoplante agua u gel acoplante. Equipos y materiales 

Equipo de ultra sonido GE USM GO

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Bloque V1

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Bloque V2

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Bloque ASME

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Palpador longitudinal

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Palpador de onda transversal

Procedimiento 

Calibración del equipo y proporcionalidad de la amplitud Inicialmente se procede con el reconocimiento de los botones y los parámetros a tener en cuenta para comenzar el ensayo; en este se emplea una pieza de acero al carbono de 25 mm de espesor. Los pasos seguidos para la puesta a punto del equipo fueron los siguientes: 1. Des-calibración del equipo debido a la información y los ensayos preliminares realizados en este (retardo del palpador 0,0). 2. Especificar la velocidad del acero usado que en este caso fue de 5900 m/s 3. Mediante el uso de joystick se modificó el Angulo del palpador , usando la opción “desactivado” (uso de palpador longitudinal) 4. Rectificar la frecuencia usada (5 Hz) 5. Ubicación de los ecos; el primero a 25 mm y el segundo a 100 mm. 6. Usar glicerina como puente entre el palpador y la pieza, y proceder al ensayo. La proporcionalidad de amplitud fue demostrativa; haciendo las medidas de ganancia y amplitud de la señal para corroborar que el eco se disminuía en la mitad cuando decrecía la ganancia, de acuerdo a la ecuación ΔG = 20 log ( A2/A1)

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Linealidad horizontal Para comprobar que el equipo está en buen estado, este debe tener una desviación máxima cercana al 5%, entre la medida del eco obtenido y la medida real del eco. mediante el bloque V2, se hizo la lectura de los ecos correspondientes que para este caso particular fueron dos.

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Linealidad vertical Se obtuvieron 11 señales de fondo tomando el septimo y octavo eco como n y n+1 respectivamente, ajustando la altura del septimo eco al 10% de altura de la pantalla y luego haciendo incrementos a este de +2db, obteniendo los datos de la tabla 2 mostrada en la sección de resultados.

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Rectificación del ángulo de salida y espesores de diferentes piezas.

Para la rectificación del ángulo se usó el bloque V2, además se hicieron algunas medidas demostrativas para facilitar el reconocimiento de los ecos y otras cosas. Se midieron diferentes piezas del mismo espesor con la calibración propia del acero al carbono

Figura 1. Bloques usados para la medición de espesor 

Elaboración de la curva DAC y ensayo sobre una pieza soldada Mediante el uso de un bloque ASME se realiza la curva DAC y se procede con la inspección de una pieza soldada con un espesor de 15,8; mediante el uso de un palpador de onda transversal con un ángulo de 70 º y una frecuencia de 4 MHz; usando como acoplante glicerina. Las siguientes imágenes muestran los elementos usados, la curva DAC y la pieza evaluada

Figura 2. Pieza soldada

Figura 3. curva DAC

Figura 4. Elaboración de la curva DAC, usando un bloque ASME Resultados Linealidad horizontal: Según la ecuación % Desviación=[(Obt-Real)/Real]×100 y los resultados obtenidos para dos ecos, se tiene :  

Para 24,93 , el % desviación es de 0,28% Para 125,05 , el % desviación es de 0,4%

Como en ambos casos la desviación se encuentra por debajo del 5% , se dice que el equipo se encuentra en buenas condiciones para su uso y realización de ensayos desde el punto de vista electrónico. Linealidad vertical: Db 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

N 9 12 15 20 24 31 40 50 63 81 102

n+1 9 12 15 20 25 31 39 50 65 83 100 Tabla 2. Linealidad vertical

n/n+1 1 1 1 1 0,96 1 1,025 1 0,97 0,98 1,02

De acuerdo a la tabla 2, se obtiene que n/n+1 promedio es de 0,995; también se observa que los datos más atípicos corresponden a 42 y 38 db , por lo que se realiza el cálculo de la desviación usando la misma ecuación de la linealidad horizontal . Los resultados son los siguientes:

Para 38 db, el % desviación es de 3,52% Para 42 db, el % desviación es de 3,01% Ambos menores al 5%, por lo que de la misma forma del numeral anterior se comprueba que el equipo es totalmente confiable. Rectificación del ángulo y medida de espesores: Se obtiene que el ángulo corresponde al palpador usado (70º). Usando la calibración de la placa de acero al carbono se midió el espesor de diferentes materiales que tenían el mismo espesor (25 mm); se encontró que el acero inoxidable reporto una medida de 25,25 mm, mientras que para el aluminio fue de 23 mm. Se tiene entonces que no es correcto usar la misma calibración para diferentes materiales pues la velocidad acústica y la resistividad para cada uno de ellos es diferente. Para el análisis de la pieza: Después de realizada la curva DAC y de la calibración del equipo se realizó el análisis de pieza soldada partiendo del cálculo de S como medida para determinar si una indicación ha de ser detectada de forma directa o indirecta. Sabiendo que el espesor es de 15,8; aplicando la ecuación: Cos (70) = 15/S Se obtiene que S = 46 mm y 2S = 92 mm; por lo que si dicha indicación se encuentra antes de 46 mm, esta será de detección directa por lo que las ecuaciones para encontrar el lugar donde se encuentra esta son: X=S x sen(70º) Y=S x cos(70º) Mientras que para el caso contrario, si dicha indicación se encuentra luego de los 46 mm; la indicación será de detección indirecta por lo que se usan las siguientes ecuaciones: Y=2t-S x cos(70º) X=S x sen(70º) Sabiendo esto, Cuando se analiza la pieza se encuentra una indicación a un S= 28,25, de modo que la detección es directa y por tanto la ubicación de esta es en X=26,89 mm y en Y=9,5mm, usando las primeras dos ecuaciones como se ha dicho. En primer lugar se cree que se trata de una indicación irregular, sin embargo al desplazar el palpador a lo largo de todo el cordón de soldadura se obtiene que dicho indicación abarca toda la extensión del mismo; por lo que se determina que esta es

de carácter alargado con una longitud de 130 mm, que está a una profundidad de 9,5mm y pasa por el centro de todo la soldadura. Por último se sospecha que la indicación es producto de una falta de penetración de la soldadura Nota: en ningún momento los picos superan la curva DAC

Observaciones Las medidas de espesores para diferentes materiales con una misma calibración, no son confiables debido a que estas se hicieron con una velocidad propagación de la onda sonora característica de un solo de ellos, además los que presenten tratamientos adicionales poseen modificaciones estructurales que también incurrir en las medidas por lo que estas pueden ser erróneas.

Recomendaciones Siempre que se va a realizar un ensayo es indispensable hacer la calibración respectiva para que este sea totalmente exitoso y acorde. Las calibraciones deben realizarse con los instrumentos apropiados, es decir tratando en lo posible de realizarlas con piezas estandarizadas como los bloques V1 , V2 y ASME ; pues estas dan garantía de las medidas que se obtienen . La pieza soldada debería rechazarse pues los resultados arrojados por ultrasonido señalan una posible falta de infiltración de la soldadura; esto puede comprometer las propiedades mecánicas de la pieza, siendo la indicación un sitio factible para concentrar esfuerzos y provocar la falla.

Conclusiones 

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Es un hecho que el manejo del equipo junto con la calibración de los mismos son pasos fundamentales en el examen de una pieza en particular; pues dependiendo de lo anterior es que la operación es exitosa y confiable desde el punto de vista de los resultados e interpretaciones Es vital el entrenamiento por parte de la persona que opera el equipo, pues los datos obtenidos tienen una alta complejidad en cuanto a su lectura e interpretación. La curva DAC es muy importante para la confiabilidad de los datos , pues permite verificar que las atenuaciones no sean muy grandes