Ultrasonidos

Ciencia de los materiales. Corrientes inducidas. Líquidos penetrantes. Ensayos magnéticos

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ULTRASONIDOS

La técnica de ultrasonidos nos permite encontrar defectos que se encuentran dentro del material. Esta técnica es la más compleja.

Las otras técnicas son técnicas que nos permiten encontrar defectos superficiales y también nos permite cuantificar estos defectos.

Los ultrasonidos son ondas acústicas de idéntica naturaleza que las ondas sónicas (campo  por encima zona audible : 20 KHz-100 MHz).

Son ondas mecánicas ,no ondas electromagnéticas. Entre 1-10 MHz es lo que nosotros vamos a estudiar.

Por los fenómenos que provocan en su propagación en los sonidos ,líquidos y sólidos, han dado lugar a multitud de aplicaciones técnicas y científicas como :

1-Control de calidad de los materiales estructurales (END)

2-Detección de heterogeneidades

3-Determinación de propiedades(caracterización)

4-Medida de espesores(metología)

fórmulas aplicadas:

C = velocidad acústica(m/seg)

C = *f = *1/T f (Hz)  (m)

T (seg)

Z = impedancia acústica cte para cada material

(resistencia del material a la propagación de la onda)

Z = *c

 = densidad

Las impedancias acústicas en el aire son mayores que en el agua.La fuente emisora de los ultrasonidos es una pieza que se denomina palpador ,que posee como elemento fundamental un cristal piezoeléctrico que transforma los impulsos eléctricos en impulsos de ondas que se transmiten por medio de un acoplante (glicerina,aceite,etc.) al cuerpo sometido a exámen,ya que las impedancias acústicas presentan un problema cuando ponemos el palpador en contacto directo con el material,vamos a tener un poco de aire suficiente para que no podamos conseguir que los rayos se transpasen por el material.

Zaire>>Zmaterial

% = ø(Z1-Z2)/(Z1+Z2)ø

La presencia de la cantidad de aire nos provoca que todas las ondas se van a reflejar en el material y no deben de ser todas sino la mayor parte de ellas. Hay que interponer lo mencionado anteriormente ,el medio acoplante .

Los impulsos se propagan en el cuerpo y las ondas reflejadas en la superficie opuesta o en un defecto (grieta,escoria,etc.).

Partes que componen un equipo de ultrasonidos:

I de los ecos

0 10

Línea base de tiempos.

En la pantalla veremos picos y ecos. Siempre vamos a encontrar cuando encendemos un pico de emisión a la izquierda de la pantalla ,cuando coloco el palpador veo ese pico y otros más.

-El 1° pico significa el espesor de la pieza.

-El 2º pico significa el doble del espesor.

-El 3º pico significa el triple del espesor y así sucesívamente.

A la hora de evaluar una indicación o eco, hay que tener en cuenta los siguientes datos:

-Posición del palpador.

-Recorrido del impulso ultrasónico en el material.

-Forma del eco.

-Amplitud.

Los dos primeros datos sirven para localizar el defecto en la pieza y los dos últimos son de gran utilidad para evaluar su tamaño.

Hay que calibrar con una pieza patrón. Para hacerlo primero tomo un medio acoplante y ponemos el palpador, a continuación con dos manos coger los dos primeros pico y el primero se pone en el medio (con nuestros datos : 25 mm) de la pantalla y el segundo al final de la pantalla (50 mm) ,de esta forma ya tengo el equipo calibrado.

Hemos supuesto una pieza de 25 mm ,ha calibrado de 0-50 mm. Cada división vale 1 mm.

Supongamos que la pieza mide 35 mm ,veré en la pantalla 1 pico en 35 mm.

Supongamos una pieza de 75 mm, ha calibrado de 0-150 mm.

El pico de emisión lo vamos a utilizar para saber cúal es el primer pico y cúal es el segundo.

Las principales técnicas o métodos , son:

a) Método de reflexión por eco.

b) Método por transmisión o transparencia.

- ensayos por contacto.

c) Método de resonancia.

ensayos por inversión.

RESUMEN DE LAS ETAPAS DEL ENSAYO:

La realización de un ensayo por ultrasonidos requiere una serie de etapas que pueden resumirse en las siguientes:

Estudio de la pieza problema: geometría, naturaleza, estructura estado superficial, defectos más probables...

Elección de parámetros del ensayo en función de las características anteriores.

Calibración del equipo (en distancia y sensibilidad), a ser posible por medio de bloques del mismo material que el sometido a exámen.

Aplicación del ensayo.

ENSAYOS MAGNÉTICOS

Los campos magnéticos y las partículas magnéticas las vamos a considerar para la detección de grietas superficiales en metales magnéticos.(La relación campo magnético-partículas magnéticas-detección de grietas).

Para detectar grietas orientadas según una dirección, no se podía dejar al azar la orientación de las líneas de fuerza del campo magnético, sino que los resultados óptimos se obtenían cuando el plano de la grieta resultaba perpendicular a las líneas del campo.El ensayo por partículas magnéticas permite detectar discontinuidades e impurezas superficiales, tales como inclusiones no metálicas en materiales ferromagnéticos.

También es posible, la detección de discontinuidades e inclusiones no metálicas superficiales (con ciertas limitaciones).

El ensayo consta basícamente de tres etapas:

-Magnetización de la pieza.

-Aplicación de las partículas magnéticas.

-Observación y anotación de la presencia de indicaciones.

Una vez magnetizada la pieza, el siguiente paso es aplicar sobre su superficie el revelador que permita detectar los campos de fuga originados en las discontinuidades.

Existen grandes variaciones entre los diversos tipos de partículas,en todos los casos, se trata de sustancias ferromagnéticas finamente divididas (de su uniformidad dependerá que los ensayos sean reproducibles).

Es muy importante tener en cuenta el tamaño de las partículas, ya que, si son muy gruesas, serán necesarias fuerzas grandes para moverlas y, en consecuencia, sólo los campos de fuga de gran intensidad podrán atraerlas y retenerlas, lo que significa que las pequeñas discontinuidades no darán ninguna indicación. Si , por el contrario, son demasiado finas, pueden adherirse a la superficie aunque no existan discontinuidades, lo que puede dar lugar a errores en la interpretación

Grandes!primero se magnetiza y se espolvorea con el salero.

Pequeñas!Spray (verde, 14 HF) y magnetiza después.

Modos de aplicación de las partículas:

Por vía seca.

Por vía húmeda.

Por vía seca

La sensibilidad aumenta para pequeñas discontinuidades, a medida que disminuye el tamaño de las partículas.Las partículas que se aplican en forma de polvo seco son mezcla de diversos tamaños en proporciones cuidadosamente elegidas, las más grandes ayudan a localizar discontinuidades grandes y contrarrestan la tendencia de las finas a producir falsas indicaciones.

Por vía húmeda

Las partículas magnéticas se aplican en suspensión en un medio líquido (queroseno o agua), lo que permite utilizar tamaños mucho más finos.

La movilidad de las partículas grandes se anula cuando la película líquida que moja la pieza disminuye de espesor al cortar el riego de suspensión, además originan indicaciones confusas o falsas por su tendencia a alinearse formando cadenas que tienden a deformarse debido a las fuerzas de arrastre a que las somete el líquido.

Cuanto mayor sea la movilidad de las partículas, más rápidamente se formarán las indicaciones y serán más nítidas.

En el método seco se facilitan los desplazamientos de las partículas golpeando o haciendo vibrar la pieza objeto de ensayo.

En el método húmedo, interesa que las partículas tengan la menor tendencia posible a sedimentarse. Esto implica tres posibles soluciones :reducir el tamaño de las partículas ,disminuir su densidad o aumentar la viscosidad del medio líquido.

CORRIENTES INDUCIDAS

Este ensayo se utiliza para la detección de defectos superficiales en piezas metálicas, en algunos casos es posible también determinar la profundidad de la grieta.

Para la realización del ensayo hemos utilizado un defectómetro, el cual consta de un palpador que porta en su interior una bobina. Dicha bobina está recorrida por una corriente alterna de elevada frecuencia que origin un campo magnético que, a su vez, induce corriente en la superficie de la pieza.

Estas corrientes inducidas en la pieza ejercen su influencia sobre las características eléctricas de la bobina y sobre su impedancia. Cuando existen defectos en la superficie de la pieza, la distribución de las corrientes inducidas resulta alterada en las zonas defectuosas, originándose un cambio de impedancia en la bobina que se traduce en un cambio de la indicación de la aguja en la escala.

Experimentamente:

detectamos los defectos superficiales de una válvula, primero se ponen todos los mandos a cero.

Una vez conectado el equipo, se comprueba el estado de carga de las pilas, y se pulsa el botón correspondiente según tengamos un material férreo, no ferréo o austenítico.

Con el palpador situado sobre la pieza (en un sitio donde no tenga defectos) se ajusta la aguja del aparato a cero mediante el mando 13, al levantar el palpador de la pieza se mueve del cero entonces debemos de poner el 12 para corregirlo en el 1 y realizar todo desde el principio hasta que al levantar el palpador se mantenga en cero , ya ajustado el aparato se lleva a la realización del ensayo.

Se va desplazando el palpador sobre la pieza y cuando pasa por encima de un defecto, la aguja se desvía hacia la derecha, hemos utilizado una pieza con grietas de profundidad conocida ,pudiendo establecer una sencilla proporcionalidad entre las divisiones que se desvía la aguja en la escala y la profundidad de la grieta.

El equipo dispone de un monitor que acciona una lámpara roja indicadora de defectos que se enciende cuando la magnitud de la grieta alcanza un nivel determinado.

LÍQUIDOS PENETRANTES

Este método sirve para detectar discontinuidades que afloran a la superficie en sólidos no porosos. Las etapas de este ensayo pueden variar según lo que se quiera obtener pero básicamente son las siguientes:

Limpieza y preparación previas de la superficie.-la superficie de la muestra debe estar limpia y seca, para ello hemos echado agua y secado con un secador de aire.

Penetración .-consiste en aplicar el penetrador (hay varios penetradores, según fabricante) sobre la superficie de la muestra, de manera que pueda alcanzar y entrar en la discontinuidad. Esto se hace por inmersión en un baño o extendiendo el líquido con una brocha.

Eliminación del exceso de líquido penetrante.-tiene por objeto dejar libre la superficie del material del líquido que no ha penetrado en las discontinuidades ,de manera que en la observación final haya suficiente contraste sobre el fondo limpio. En nuestro caso utilizamos agua como agente de limpieza ,lo hicimos con un “chorro potente” para más efectividad. Luego secamos la superficie para permitir la adecuada aplicación posterior del revelador. También se trabajan con penetrantes fluorescentes ,relizándolo en la oscuridad.

Revelado .-este actúa como “extractor” del penetrante, acelerando su tendencia natural a salir de la discontinuidad. El revelador es un polvo muy fino, normálmente blanco débilmente coloreado, que se aplica diréctamente en seco o bien por vía húmeda, como suspensión en un líquido volátil.

Observación.-esto se hace bajo la luz natural y se busca las posibles indicaciones producidas que han aparecido en la superficie.

La más amplia utilización de los líquidos penetrantes es en el campo de los materiales no magnéticos tales como Al, Mg, acero inoxidable, Cu, bronces, latones y otros.