ULTRASONIDO

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Instituto Universitario de Tecnología de Puerto Cabello
Puerto Cabello Edo. Carabobo
Lab. De ensayos no destructivos.
 Herrera Pedro
 Ruiz Rossana




ULTRASONIDO






Puerto Cabello Febrero del 2010

ANÁLISIS DE MÉTODO:
Las pruebas por ultrasonido (UT) utiliza la energía del sonido de alta frecuencia para llevar a cabo los exámenes y realizar mediciones. De inspección por ultrasonido puede ser utilizado para la detección de fallas y evaluación, la medición tridimensional, caracterización de los materiales, y más. Para ilustrar el principio de inspección general, un pulso típica / echo configuración de inspección, tal como se ilustra a continuación se utilizará.
Un típico sistema de inspección UT se compone de varias unidades funcionales, como el emisor / receptor, el transductor y los dispositivos de visualización. Un emisor-receptor es un dispositivo electrónico que puede producir pulsos de alta tensión eléctrica. Impulsada por el emisor, el transductor genera energía de alta frecuencia de ultrasonido. La energía sonora se introduce y se propaga a través de los materiales en forma de ondas. Cuando hay una discontinuidad (como un crack) en la ruta de las olas, parte de la energía será reflejada de la superficie del defecto. La señal de onda reflejada se transforma en una señal eléctrica por el transductor y se muestra en una pantalla. En el subprograma de abajo, la intensidad de la señal reflejada se muestra frente al tiempo de generación de señal para cuando se recibió un eco. El tiempo de viaje de la señal puede estar directamente relacionado con la distancia que la señal de recorrido. De la señal, la información sobre la ubicación de reflectores, tamaño, orientación y otras características a veces puede ser adquirida.

VENTAJAS
_ Se detectan discontinuidades internas en el material.
_ Se pueden medir espesores
_ Alta sensibilidad para discontinuidades muy pequeñas
_ Puede delinearse claramente el tamaño de la discontinuidad, su localización y su orientación
_ Solo se requiere acceso por un lado del material inspeccionar
_ Tiene alta capacidad de penetración y los resultados de prueba son conocidos inmediatamente
_ Su operación electrónica permite una mayor rapide y aautomatizacion

Como con todos los métodos de END, inspección ultrasónica también tiene sus limitaciones, que incluyen:
• La superficie debe ser accesible para transmitir el ultrasonido.
• La habilidad y la formación es más amplia que con otros métodos.
• Normalmente se requiere un medio de enganche para promover la transferencia de energía del sonido en la muestra de ensayo.
• Los materiales que son en bruto, de forma irregular, muy pequeño, excepcionalmente fina o no homogéneos son difíciles de inspeccionar.
• De hierro fundido y otros materiales de grano grueso son difíciles de inspeccionar, debido a la transmisión de sonido de bajo y el ruido de la señal de alto.
• Defectos lineales orientadas en paralelo a la viga de sonido puede pasar desapercibido.
• Los patrones de referencia son necesarios para la calibración de equipos y la caracterización de defectos.

PROPAGACIÓN DE ONDAS
Los ensayos por ultrasonidos se basa en variables en el tiempo las deformaciones o vibraciones en los materiales, que generalmente se conoce como la acústica. Todas las sustancias materiales están compuestas de átomos, que puede ser forzado en el movimiento de vibración de sus posiciones de equilibrio. Muchos de los diferentes patrones de movimiento de vibración existen en el nivel atómico, sin embargo, la mayoría son irrelevantes para la acústica y la prueba de ultrasonido. Acústica se centra en las partículas que contienen átomos que se mueven al unísono para producir una onda mecánica. Cuando un material que no se hace hincapié en la tensión o compresión más allá de su límite elástico, sus partículas individuales realizar oscilaciones elásticas. Cuando las partículas de un medio han sido desplazadas de sus posiciones de equilibrio, interna (electrostática) las fuerzas de la restauración surgir. Son estas fuerzas elásticas restauración entre las partículas, en combinación con la inercia de las partículas, que conduce a los movimientos oscilatorios del medio.
En los sólidos, las ondas de sonido se puede propagar en cuatro modos de principio de que se basan en la forma en que las partículas de oscilar. El sonido se puede propagar en forma de ondas longitudinales, ondas de corte, ondas de superficie, y en materiales delgados como olas de placas. Longitudinales y las ondas son los dos modos de propagación más utilizado en las pruebas de ultrasonido. El movimiento de las partículas responsables de la propagación de las ondas de corte longitudinal y se ilustra a continuación.













MODOS DE SONIDO PROPAGACIÓN DE ONDAS
En el aire, el sonido viaja por la compresión y la rarefacción de las moléculas de aire en la dirección de viaje. Sin embargo, en los sólidos, las moléculas absorben las vibraciones en otras direcciones, por lo tanto, un número de diferentes tipos de ondas de sonido son posibles. Ondas pueden ser caracterizadas en espacio de patrones oscilatorios que son capaces de mantener su forma y se propaga en forma estable. La propagación de las ondas a menudo se describe en términos de lo que se llama "modos de onda".
Como se mencionó anteriormente, longitudinal y transversal (corte) las olas son más utilizados en la inspección ultrasónica. Sin embargo, en las superficies e interfaces, los diferentes tipos de vibraciones elípticas o complejo de las partículas que otras olas posible. Algunos de estos modos de ondas de Rayleigh y como Cordero olas también son útiles para la inspección ultrasónica.
El siguiente cuadro resume muchos, pero no todos, de los modos posibles de ondas en los sólidos.
Tipos de ondas en sólidos
Las vibraciones de partículas

Longitudinal
Paralelo a la dirección de onda

Transversal (corte)
Perpendicular a la dirección de las olas

De superficie - Rayleigh
Órbita elíptica - Modo simétrico

Mural Wave - Cordero
Componente perpendicular a la superficie (onda extensional)
Mural Wave - Love
Paralelo a la capa de plano, perpendicular a la dirección de onda
Stoneley (Leaky ondas de Rayleigh) Wave guiada a lo largo de la interfaz

Sezawa
Modo de antisimétrica

Las ondas longitudinales y transversales se discutieron en la página anterior, así que vamos a tocar en la superficie de la placa y las ondas de aquí.
De superficie (o de Rayleigh) ondas viajan de la superficie de un material sólido relativamente gruesa penetrar a una profundidad de una longitud de onda. Ondas de superficie combinar un movimiento longitudinal y transversal para crear un movimiento de la órbita elíptica como se muestra en la imagen y la animación de abajo. El eje mayor de la elipse es perpendicular a la superficie del sólido. En la profundidad de un átomo individual de la superficie aumenta la anchura de su disminuye movimiento elíptico. Ondas de superficie se genera cuando una onda longitudinal cortar una superficie de cerca del ángulo crítico segunda y viajan a una velocidad de entre .87 y .95 de un corte onda. Ondas de Rayleigh son útiles porque son muy sensibles a los defectos de la superficie (y otras características de la superficie) y que siguen de la superficie alrededor de las curvas.

Tipos de transductor
Transductores ultrasónicos están fabricados para una variedad de aplicaciones y pueden ser fabricadas de encargo cuando sea necesario. Es necesario prestar cuidadosa atención a la selección del transductor adecuado para la aplicación. Una sección anterior sobre la longitud de onda acústica y la detección de defectos hizo una breve reseña de los factores que afectan a la detectabilidad de defectos. De este material, sabemos que es importante elegir los transductores que tienen la frecuencia deseada, ancho de banda y de enfoque para optimizar la capacidad de inspección. Mayoría de los casos el transductor se elige bien a aumentar la sensibilidad o la resolución del sistema.







Transductores se clasifican en grupos de acuerdo a la aplicación
• Transductores de contacto se usan para las inspecciones de contacto directo, y son generalmente manipuladas a mano. Ellos tienen elementos protegidos en una carcasa deslizante para resistir el contacto con una variedad de materiales. Estos transductores tienen un diseño ergonómico para que sean fácil de agarrar y mover a lo largo de una superficie. A menudo tienen placas de desgaste reemplazable para alargar su vida útil. Materiales de acoplamiento de agua, grasa, aceites o materiales comerciales se utilizan para eliminar el espacio de aire entre el transductor y el objeto de ensayo.
• Transductores de inmersión, no contactar con el componente. Estos transductores están diseñados para operar en un medio líquido y todas las conexiones sean estancas. Transductores de inmersión suelen tener un acoplamiento de impedancia capa que ayuda a obtener más energía de sonido en el agua y, a su vez, en el objeto de ensayo. Transductores de inmersión se puede comprar con un cepillo, cilíndrica o esférica centrado centrado de la lente. Un transductor enfocado puede mejorar la sensibilidad y la resolución axial mediante la concentración de la energía del sonido a un área más pequeña. Transductores de inmersión se utilizan típicamente dentro de un tanque de agua o como parte de un sistema de pelele squirter o en aplicaciones de escaneo.

Palpadores duales contienen dos elementos de forma independiente, operado en una única carcasa. Uno de los elementos que transmite y el otro recibe la señal ultrasónica. Los elementos activos pueden ser elegidos por su envío y recepción de las capacidades para ofrecer un transductor con una señal más nítida, y transductores para aplicaciones especiales, tales como la inspección del material de grano fino. Palpadores duales son especialmente adecuados para hacer mediciones en aplicaciones donde los reflectores están muy cerca del transductor ya que este diseño elimina el anillo por efecto que una sola palpadores experiencia (cuando solo palpadores están operando en modo pulso-eco, el elemento no se puede iniciar recepción de señales reflejadas hasta que el elemento ha dejado de sonar desde su función de transmitir). Palpadores duales son muy útiles para realizar mediciones de espesor de materiales delgados y cuando la inspección de defectos superficiales cerca. Los dos elementos están en ángulo hacia los demás para crear un cruzado camino del haz de sonido en el material de prueba.
Transductores de línea de retardo proporciona versatilidad con una variedad de opciones de reemplazar. La línea de retardo extraíble, la superficie conforme la membrana, y las opciones de tapa de protección de desgaste puede hacer un transductor único eficaz para una amplia gama de aplicaciones. Como su nombre indica, la función principal de un transductor de línea de retardo es introducir un intervalo de tiempo entre la generación de la onda sonora y la llegada de las ondas reflejadas. Esto permite que el transductor para completar su "enviar" la función antes de que comience su "escucha" la función para que la resolución cercana a la superficie se ha mejorado. Están diseñados para su uso en aplicaciones tales como la alta precisión de medición de espesor de materiales delgados y los controles delaminación en materiales compuestos. También son útiles en aplicaciones de medición de la temperatura desde la línea de retardo proporciona cierto aislamiento con el elemento piezoeléctrico por el calor.
Transductores de haz angular y cuñas se suelen utilizar para introducir una onda de corte refracta en el material de prueba. Transductores se pueden comprar en una variedad de ángulos fijos o ajustables en las versiones donde el usuario determina los ángulos de incidencia y refracción. En las versiones de ángulo fijo, el ángulo de refracción que está marcada en el transductor sólo es precisa para un determinado material, que suele ser de acero. El recorrido del sonido permite que el ángulo del haz de sonido se refleja en la de fondo para mejorar la detección de fallas en los alrededores de las zonas soldadas. También se utilizan para generar ondas de superficie para uso en la detección de defectos en la superficie de un componente.
Normal transductores de onda transversal de incidencia son únicos, ya que permiten la introducción de las ondas S directamente en una probeta, sin el uso de una cuña de haz angular. El diseño cuidadoso ha permitido la fabricación de transductores con una mínima contaminación de onda longitudinal. La relación de la longitudinal de los componentes de onda de corte es generalmente por debajo de-30dB.
Transductores de pincel de pintura se utiliza para explorar amplias áreas. Estos transductores largo y estrecho se componen de una matriz de pequeños cristales, que son cuidadosamente estudiada para reducir al mínimo las variaciones en el rendimiento y mantener la sensibilidad uniforme sobre toda la superficie del transductor. Transductores pincel de pintura permiten escanear un área más grande con más rapidez de discontinuidades . Transductores más pequeños y más sensibles a menudo se requiere definir con mayor precisión los detalles de una discontinuidad.
Métodos de calibración

De calibración se refiere al acto de evaluación y ajuste de la precisión y la exactitud de los equipos de medición. En las pruebas de ultrasonido, varias formas de calibración debe ocurrir. En primer lugar, la electrónica del equipo debe ser calibrado para garantizar que se están realizando según lo previsto. Esta operación se realiza generalmente por el fabricante del equipo y no se tratará más adelante en este material. Normalmente, también es necesario que los operadores para realizar una "calibración usuario" de los equipos. Esta calibración de usuario es necesario porque la mayoría de equipos de ultrasonidos puede ser reconfigurado para su uso en una gran variedad de aplicaciones. El usuario debe "ajustar" el sistema, que incluye la configuración de los equipos, el transductor, y la configuración de prueba, para comprobar que se alcanzó el nivel deseado de precisión y exactitud. El patrón de calibración término generalmente se usa sólo cuando un valor absoluto se mide y en muchos casos, los estándares son trazables a las normas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.
En las pruebas de ultrasonido, también hay una necesidad de normas de referencia. Los patrones de referencia utilizados para establecer un nivel general de coherencia en las medidas y para ayudar a interpretar y cuantificar la información contenida en la señal recibida. Los patrones de referencia se utilizan para validar que el equipo y la configuración de ofrecer resultados similares de un día para otro y que se producen resultados similares de los diferentes sistemas. Los patrones de referencia también ayudan a que el inspector pueda estimar el tamaño de los defectos. En un pulso-eco del tipo de instalación, la fuerza de la señal depende tanto del tamaño del defecto y la distancia entre la falla y el transductor. El inspector puede utilizar un estándar de referencia con un error inducido artificialmente de tamaño conocido y en aproximadamente la misma distancia para el transductor para producir una señal. Al comparar la señal de la norma de referencia a la recibida de la falla real, el inspector puede estimar el tamaño de la falla.
En esta sección se discuten algunos de los más comunes de calibración y la muestra de referencia que se utilizan en la inspección ultrasónica. Algunos de estos ejemplares se muestran en la figura anterior. Tenga en cuenta que se dispone de otras normas y estándares diseñados especialmente para que puedan ser necesarios para muchas aplicaciones. La información aquí proporcionada está destinado a servir de introducción general a las normas y no a la instrucción sobre el uso adecuado de las normas.
Introducción a las normas comunes
Calibración y normas de referencia para las pruebas de ultrasonido que vienen en muchas formas y tamaños. El tipo de estándar que se utiliza depende de la aplicación de ECM y de la forma y la forma del objeto que está siendo evaluada. El material de la norma de referencia debe ser el mismo que el material objeto de la inspección y el error inducido artificialmente de cerca debe ser similar a la de la falla real. Este segundo requisito es una limitación importante de muestras de referencia estándar. La mayoría utiliza los agujeros perforados y muescas que no representa bien los defectos reales. En la mayoría de los casos los defectos artificialmente inducida en las normas de referencia son mejores los reflectores de la energía del sonido (debido a su superficie plana y lisa) y producen indicios de que son más grandes que las que un defecto de tamaño similar se producen. Producir más "realistas" defectos es prohibitivo en la mayoría de los casos y, por tanto, el inspector sólo puede hacer una estimación del tamaño de la falla. Los programas informáticos que permiten el inspector de crear modelos informáticos de simulación de la pieza y falla algún día disminuir esta limitación.

Tipo IIW US-1








DISCUSION DE RESULTADOS

Realizado el ensayo de ultrasonido, midiendo el espesor de la pieza y luego identificando los efectos se efectúan los siguientes resultados: