Transcript 19 Ultrasonido - Ciencia de los Materiales

ULTRASONIDO
OBJETIVO: Determinar defectos internos, superficiales,
discontinuidades. En materiales ferrosos y no ferrosos,
medir espesores de paredes.
Los defectos se visualizan en un osciloscopio de rayos
catódicos.
Es un ensayo subjetivo, debido a que no queda ningún
documento del ensayo
Un sólido esta formado por moléculas fuertemente
unidas atraídas entre si y que se encuentran
distribuidas en forma regular y geométrica, si
producimos una perturbación, esta se propaga en todo
el medio, en forma de ondas.
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ULTRASONIDO
ONDAS LONGITUDINALES. Si un cuerpo vibra, sus
partículas se mueven alrededor de su posición de
equilibrio, si su dirección es la misma de su
propagación estamos en presencia de ondas
longitudinales.
Como las partículas son atraídas hacia su posición de
equilibrio por sus vínculos elásticos, no hay un
transporte de materia, solo hay un transporte de
energía, las ondas sonoras, son ondas mecánicas que
transportan energía.
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ULTRASONIDO
ONDAS TRANSVERSALES. Cuando la dirección de
propagación esta a 90 grados,del movimiento de las partículas,
estamos en presencia de ondas transversales.
Como la propagación de las ondas es función de los módulos
de elasticidad. En los sólidos ambos módulos , longitudinal y
transversal son distintos de cero, y en los fluidos el transversal
vale cero, por lo tanto en los sólidos se propagan ondas
longitudinales, transversales, y combinadas, mientras que en
los fluidos ( líquidos y gases), solo longitudinales.
En los fluidos no existen ondas transversales.
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ULTRASONIDO
f: frecuencia,
Hz ( Hertz) : 1 ciclo/ segundo
ONDAS SONICAS NO AUDIBLES
f < 16 Hz
ONDAS SONICAS AUDIBLES
16 Hz < f < 20 KHz
ONDAS ULTRASONICAS
f > 20 KHz
20 KHz para hormigón.
20 MHz para metálicos, lo común 1 a 12 MHz
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ULTRASONIDO
LAS ONDAS ULTRASONICAS SE GENERAN A PARTIR DEL
EFECTO PIEZOELECTRICO
El efecto piezoeléctrico consiste en la propiedad que
tienen ciertos cristales, que al ser cortados según
determinada orientación, y serle aplicada una presión
mecánica entre sus caras, generan una descarga eléctrica
Esta descarga será positiva en una cara y negativa en la
otra, Al invertirse el signo de las cargas se invierte el
sentido de la descarga.
Inversamente si se aplican cargas eléctricas a las caras
del cristal, Este se comprime o tracciona según sea el
signo de las cargas eléctricas, produciéndose vibraciones
u ondas mecánicas.
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ULTRASONIDO
ENTONCES APLICANDO UN ELEMENTO
CONDUCTOR SOBRE UNA CARA DEL CRISTAL Y
ALIMENTANDOLO CON UNA TENSION ELECTRICA.
EL CONJUNTO FUNCIONA COMO UN
GENERADOR DE ONDAS MECANICAS.
EN ESTE CASO ULTRASONIDO.
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ULTRASONIDO
Los materiales comunes son:
Cuarzo y Sulfato de litio.
En las cerámicas:
Titanato de Ba, metaniobato de Pb y
zirconato de Pb.
El conjunto se llama palpador o cabezal,
puede ser emisor, receptor o emisor y
receptor en el mismo cabezal.
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INCIDENCIA OBLICUA
ULTRASONIDO
Cuando una onda incide, bajo
un determinado angulo,
respecto a la normal, en una
superficie que limita a 2 medios
( 1 y 2).
Parte del haz es reflejado y
parte es transmitido al medio 2,
produciéndose el fenómeno de
refracción, este ángulo
dependerá del ángulo de
incidencia inicial y de la
velocidad del sonido de los
materiales 1 y 2.
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INCIDENCIA OBLICUA
ULTRASONIDO
Es aplicable a estos fenómenos la ley de Snell
r = reflejada
d = refractada
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TRANSFORMACION DE ONDAS
ULTRASONIDO
Onda longitudinal
Onda transversal
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ULTRASONIDO
ANGULOS LIMITES
MEDIO 1 ACERO\ MEDIO 2 PLEXIGLAS
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ANGULOS LIMITES
ULTRASONIDO
Si α L1 = 57,8° en el medio 1, en el medio 2 es: α T2 = 90º
Cuando el haz transversal tiene 90º las ondas se propagan
como ondas superficiales.
( 2do. Angulo límite)
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ANGULOS LIMITES
MEDIO 1 PLEXIGLAS
ULTRASONIDO
MEDIO 2 ACERO
1er. ANGULO LIMITE
αL1 = 27,6 º
αT2= 33º
Al desplazar el haz incidente y aumentar el ángulo α, en
el 2do. medio el haz refractado longitudinal se sigue
abriéndo, se va adelantando, cuando el ángulo α incidente
llega a los 27,6º, el ángulo α transversal tiene 33º, la onda
longitudinal refractada tiene 90 º y no aparece en el 2do
medio
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ANGULOS LIMITES
ULTRASONIDO
MEDIO 1 PLEXIGLAS
MEDIO 2 ACERO
2do ANGULO LIMITE
α L1 = 57,8º
α T2 = 90º
Si seguimos variando el angulo αL1, a α L2,
la onda transversal refractada, deja tambien el medio 2,
α L1 = 57,8º
α T2 = 90º
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ULTRASONIDO
ANGULOS LIMITES PRACTICOS PARA
PALPADORES ANGULARES
1er. ANGULO LIMITE
αT2= 35º
2do ANGULO LIMITE
α T2 = 80º
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ULTRASONIDO
Las ondas
acusticas
dependen de la
velocidad del
sonido en el
medio y de la
impedancia
acustica
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ULTRASONIDO
Las ondas acústicas dependen de la velocidad del
sonido en el medio y de la impedancia acústica
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ULTRASONIDO
Las ondas acústicas dependen de la velocidad del
sonido en el medio y de la impedancia acústica
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ULTRASONIDO
Las ondas acústicas dependen de la velocidad del
sonido en el medio y de la impedancia acústica
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ULTRASONIDO
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IMPEDANCIA ACUSTICA
ULTRASONIDO
LA IMPEDANCIA ACUSTICA ( Z ) ES UNA
CONSTANTE DEL MATERIAL
Si un medio posee baja impedancia, ofrece baja
resistencia a la propagación del sonido.
Se puede decir que la impedancia es una
resistencia que se opone a las vibraciones.
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IMPEDANCIA ACUSTICA
ULTRASONIDO
LA IMPEDANCIA ACUSTICA ( Z ) ES UNA
CONSTANTE DEL MATERIAL
La impedancia esta relacionada con la densidad
(d ) y la velocidad del sonido en el medio ( c )
z=dxc
La relación de impedancia de los materiales
establece la proporción del poder de transmisión
de las ondas dentro de un material de impedancia
diferente
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ULTRASONIDO
IMPEDANCIA ACUSTICA
Tabla comparativa de parámetros
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ULTRASONIDO
IMPEDANCIA ACUSTICA
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IMPEDANCIA ACUSTICA
ULTRASONIDO
Acero al carbono z= 466 x 104 g/ cm2x seg.
Aire
z = 0,004 x 104 g/ cm2x seg.
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ULTRASONIDO
PALPADOR LONGITUDINAL
EMISOR - RECEPTOR
PARA TRABAJOS ESPECIALES
O PARA CONTROLES
CONTINUOS PUEDE USARSE
UN PALPADOR EMISOR Y
OTRO RECEPTOR
Los palpadores con plaquitas de cuarzo son los mas resistentes al
desgaste.
Si utilizamos otro debemos usar un protector de goma
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ULTRASONIDO
PALPADOR LONGITUDINAL
EMISOR - RECEPTOR
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ULTRASONIDO
SENSIBILIDAD: Es función de la cantidad de energía
eléctrica que se transforma en energía mecánica.
RESISTENCIA AL DESGASTE: es cuando se usa el cristal
sin protector
El mas resistente es de cristal de cuarzo.
PODER RESOLUTIVO:Es la mayor o menor separación
entre dos ecos de fondo, aun cuando el escalón de la pieza
sea mínimo.
Con un palpador con un gran poder resolutivo se pueden
observar 2 ecos consecutivos producidos por un escalón
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muy mínimo.
ULTRASONIDO
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PALPADOR S – E
ULTRASONIDO
Para determinar fallas cerca de la superficie o medir espesores.
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ULTRASONIDO
PALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDO
PALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDO
DETECCION DE FALLAS CON PALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDO
DETECCION DE FALLAS CON PALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO DETERMINACION DE LUGAR FISICO DE LA FALLA
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ULTRASONIDO
DETECCION DE
FALLAS EN PIEZAS
CURVAS
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ULTRASONIDO
NOMENCLATURA DE LOS PALPADORES
Q = Cuarzo
B= Titanato de Ba
K = Cristal especial
El Numero indica la frecuencia en MHz ( p/e : B 2 )
La letra S después de la frecuencia indica que tiene suela
protectora ( B2S)
La letra T luego de la frecuencia, estancos al agua, Q 4 T
La letra M antes de la nomenclatura, significa miniatura,M Q
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ULTRASONIDO
NOMENCLATURA DE LOS PALPADORES
La letra S antes de la M, significa subminiatura , S M Q
Ejemplo general de un palpador longitudinal: S M B 6 S
SUBMINIATURA-TITANATO DE Ba- 6 MHz – SUELA
PROTECTORA.
La letra W antes de la nomenclatura significa palpador
angular (W B).
Frecuentemente se presentan W 45 o M W 45, son de
Titanato de Ba y 4,5 MHz
Si tiene la letra O son para ondas superficiales.
Las letras SE significa que son 2 cristales independientes
(Emisor y Receptor)
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ULTRASONIDO
ESQUEMA DEL EQUIPO GENERADOR DE ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO
TODO INSTRUMENTO DE ANALISIS DE DETECCION DE
FALLAS ,MEDICION DE ESPESORES, ETC, POR
ULTRASONIDO, CONSTA BASICAMENTE DE
- GENERADOR DE IMPULSOS.
- RECEPTOR AMPLIFICADOR
- OSCILOGRAFO DE RAYOS CATODICOS.
El aparato y su funcionamiento es independiente del
palpador utilizado, pero la preparación del equipo se debe
realizar en función del palpador a utilizar.
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ULTRASONIDO
ACOPLAMIENTO, Para que se produzca el
pasaje del haz de ondas ultrasónicas desde
el palpador hacia la pieza y viceversa es
necesario que no haya aire entre ambos,
para ello se usa un elemento que se llama
acoplamiento, puede ser agua, grasa,
vaselina, aceite etc.
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ULTRASONIDO
La cantidad de botones de comando etc. que tiene el
equipo depende del modelo, antigüedad y algun otro
elemento particular. Pero esencialmente todos tienen
RANGO O RANGE: Regula el campo de
aplicacion del equipo, esta graduado en
unidades de distancia, mm, metros.
Suele tener 2 botones, uno de ajuste grueso y
otro de ajuste fino. Regula la velocidad de
desplazamiento del punto luminoso y permite la
apertura y/o cierre de la distancia entre ecos, de
esa manera se puede ubicar el cero del aparato.
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ULTRASONIDO
DESPLAZAMIENTO O DELAY: Este es un
corrimiento del cero, permite desplazar los ecos,
manteniendo la distancia y el paralelismo entre
ellos, constante.
AMPLIFICADOR: Con este control se puede
variar la altura de los ecos.
Esta graduado de decibeles.
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ULTRASONIDO
TRANSMISION POR TRANSPARENCIA
Se evalúa la cantidad de ondas ultrasónicas que se trasmite
y que se recibe, sirve esencialmente para el control 100%
automático, como el caso de la palanquillas
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ULTRASONIDO
PROCEDIMIENTO POR IMPULSO Y ECO
Se basa en la medición del tiempo que pasa entre la
transmisión del haz ultrasónico desde la superficie elegida y el
eco de fondo o el eco de cualquier discontinuidad que exista en
el camino
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ULTRASONIDO
ONDAS TRANSVERSALES
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ULTRASONIDO
ONDAS DE SUPERFICIE
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ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DEL EQUIPO. CON UNA PROBETA V 1/5
Calibración del equipo en unión con la probeta patrón
V1/5, esta es de acero SAE 1022, forjado, templado y
revenido y rectificada.
Calibración del equipo para ser usado con palpador
normal
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DEL EQUIPO CON
PROBETA V 1/5
Rango de 100 mm.
Se coloca grasa sobre el patrón para que haga
de acople, luego se verifica que el eco de
emisión este sobre la izquierda de la pantalla,
entoces aparecerán los ecos de fondo.
Ubicaremos el 1er. eco de fondo en cero (0) y
luego los restantes, jugando con el rango y el
delay , una vez ubicados los ecos, con el delay
corremos toda la pantalla hasta que el primer
eco esté en 25.
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DEL EQUIPO. EN UNION CON UNA
PROBETA V 1/5
Utilizando el rango de 250 mm podemos poner 10 ecos de
fondo.
Si calibramos con la parte de 100 mm, podemos calibrar
en la escala de 100 mm o en la escala de 250 mm.
Siempre necesitamos como mínimo 2 ecos de fondo para
poder calibrar
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ULTRASONIDO
ONDAS LONGITUDINALES
RANGO DE 100 mm
PROBETA V1/5
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ULTRASONIDO
ONDAS LONGITUDINALES
RANGO DE 250 mm
PROBETA V I /5
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ULTRASONIDO
Calibración en unión con un palpador S-E
Estos palpadores se calibran con patrones
especiales debido a que un cristal emite y otro
cristal recibe
La probeta es escalonada de poco espesor ,
2,4,6,8 y 10 mm
Si usamos un aparato que tenga una escala de 10
mm, calibramos en forma sucesiva con 2 alturas.
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ULTRASONIDO
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ULTRASONIDO
CALIBRACION
DE
PALPADORES
ANGULARES
CON LA
PROBETA V2
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ULTRASONIDO
CALIBRACION
DE
PALPADORES
ANGULARES
CON LA
PROBETA V2
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES
ANGULARES CON LA PROBETA V1/5
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES
ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES
ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES
ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES
ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
CALIBRACION DE PALPADORES
ANGULARES CON BORDE DE CHAPA
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ULTRASONIDO
COMPARACION DE METODOS
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ULTRASONIDO
INMERSION
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ULTRASONIDO
INMERSION
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ULTRASONIDO
PALANQUILLA
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ULTRASONIDO
PALANQUILLA
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ULTRASONIDO
PALANQUILLA
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ULTRASONIDO
SOLDADURA INCIDENCIA NORMAL
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ULTRASONIDO
SOLDADURA INCIDENCIA NORMAL
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ULTRASONIDO
SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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ULTRASONIDO
SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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ULTRASONIDO
SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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ULTRASONIDO
SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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ULTRASONIDO
SOLDADURA INCIDENCIA ANGULAR
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